"Технологическая карта на выдерживание бетона методом "термоса" и использование разогретых бетонных смесей"
(введена в действие Распоряжением Управления развития Генплана от 07.04.1998 N 6)

Технологическая карта на выдерживание бетона методом "термоса" при возведении монолитных конструкций разработана ОАО ПКТИпромстрой в соответствии с протоколом семинара-совещания "Современные технологии зимнего бетонирования", утвержденным первым заместителем премьера Правительства Москвы В.И. Ресиным, и техническим заданием на разработку комплекта технологических карт на производство монолитных бетонных работ при отрицательных температурах воздуха, выданным Управлением развития генплана г. Москвы.

Карта содержит организационно-технологические и технические решения по выдерживанию бетона методом "термоса", которым предусматривается укладка бетонной смеси в опалубку с начальной температурой 10, 20, 30 °C, и предварительный электроразогрев смеси при укладке ее в опалубку с начальной температурой 50 °C. Метод "термоса" относится к числу наиболее эффективных и его использование при производстве бетонных (железобетонных) работ при отрицательных температурах воздуха должно способствовать ускорению работ, снижению затрат труда и повышению качества возводимых конструкций.

В технологической карте приведены область применения, рекомендации по организации и технологии работ, требования к качеству и приемке работ, потребность в материально-технических ресурсах, решения по технике безопасности и основные параметры термосного выдерживания монолитных конструкций. Исходные данные и конструктивные решения, применительно к которым разработана карта, приняты с учетом требований СНиП, а также условий и особенностей, характерных для строительства в г. Москве.

Технологическая карта предназначена для инженерно-технических работников строительных и проектных организаций, а также производителей работ, мастеров и бригадиров, связанных с производством бетонных (железобетонных) работ.

Технологическую карту разработали: Ю.А. Ярымов - гл. инженер проекта, руководитель работы; А.Д. Мягков, к.т.н. - ответственный исполнитель от ЦНИИОМТП; А.И. Творогов к.т.н.; В.Н. Холопов; Т.А. Григорьева, Л.В. Ларионова, И.Б. Орловская, Е.С. Нечаева - исполнители; В.В. Шахпаронов, к.т.н. - научно-методическое руководство и редактирование; С.Ю. Едличка, к.т.н. - общее руководство разработкой комплекта технологических карт.

1.1. Сущность способа заключается в нагревании бетона за счет подогрева заполнителей и воды или бетонной смеси на строительной площадке до укладки ее в опалубку и использовании тепла, выделяющегося при твердении цемента, для приобретения бетоном заданной прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опалубке.

1.2. Областью наиболее экономичного применения метода "термоса" в соответствии с указаниями СНиП 3.03.01-87 являются массивные монолитные фундаменты, блоки, плиты, стены, колонны, рамные конструкции с разными значениями модуля поверхности () <*>, а также температурных режимов подогрева и выдерживания бетонной смеси (таблица 1).

--------------------------------

<*> Модуль поверхности бетонируемой конструкции определяется отношением суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкций к ее объему и имеет размерность "".

1.3. В технологической карте приводятся:

указания по подготовке конструкций к бетонированию;

профессиональный и численно-квалификационный состав рабочих;

выбор параметров выдерживания бетона;

указания по контролю качества и приемке работ;

потребность в материально-технических ресурсах;

решения по технике безопасности.

1.4. Метод "термоса" включает:

обычный "термос" при укладке бетонной смеси в опалубку с начальной температурой () 10, 20, 30 °C;

предварительный электроразогрев бетонной смеси на строительной площадке до 50 - 70 °C с помощью электродов с питанием от сети переменного тока с напряжением 380 (220, 127) В.

1.5. В настоящей карте приводятся методические примеры определения модуля поверхности, пользования картой, определения прочности бетона и расчета подбора электрической мощности (Приложения 1, 2, 3, 4)

2.1. Картой предусматривается укладка бетонной смеси на отогретое и подготовленное к бетонированию основание, для чего:

основание очищается от снега и наледи, пятен мазута, нефти, битума и масел, а имеющиеся трещины заполняются цементным раствором;

удаляются поверхностная цементная пленка со всей площади бетонирования, а также, наплывы и раковины, поверхность старого бетонного основания обрабатывается струей сжатого воздуха.

Ранее уложенный бетон и промерзшее основание отогреваются на глубину 300 мм. Мерзлые пучинистые грунты отогреваются до положительной температуры на глубину не менее 500 мм;

отогревание основания и соприкасающихся элементов конструкции выполняется в тепляках (из брезента, фанеры и т.п.) способом электропрогрева с помощью вертикальных или горизонтальных электродов или прогревом жидкостно-топливными нагревателями. Отогрев производится способами, не вызывающими снижения качества бетона;

способ отогрева основания выбирается с учетом имеющегося оборудования, температуры наружного воздуха, типа утепленной опалубки, размеров конструкции, стоимости энергоресурсов и требуемой глубины отогрева.

2.2. Опалубка и арматура перед бетонированием также очищается от снега, наледи, цементной пленки и грязи струей горячего воздуха. Не допускается снимать наледь паром или горячей водой.

2.3. Арматура диаметром более 25 мм, а также арматура из жестких прокатных профилей и крупные закладные детали при температуре наружного воздуха ниже -10 °C отогреваются до положительной температуры.

2.4. Перед началом бетонирования конструкции проверяются:

наличие исправного оборудования и необходимых механизмов для укладки и уплотнения бетонной смеси с заданной интенсивностью в зимних условиях;

подготовленность опалубки и теплоизоляции, а также мест укладки бетонной смеси и наличие средств защиты уложенного бетона от снега, дождя, ветра;

наличие освещения для работы в вечерние и ночные смены.

2.5. Допустимое время нахождения бетонной смеси в пути от момента выгрузки из бетоносмесителя до начала укладки в конструкцию устанавливается строительной лабораторией в зависимости от вида цемента, состояния погоды и начальной температуры бетонной смеси. Допустимое время, исходя из условий удобоукладываемости, не должно превышать:

30 мин при температуре смеси = 40 °C;

45 мин при температуре смеси = 20 - 30 °C;

120 мин при температуре смеси = 5 - 10; °C.

2.6. Оптимальная температура отпускаемой с завода бетонной смеси составляет 30 °C, а с учетом предварительного разогрева бетонной смеси у места укладки 10 °C. Предварительный разогрев бетонной смеси на строительном объекте предусмотрен на специально подготовленной площадке (рис. 1).

2.7. Расчет подбора необходимой электрической мощности для предварительного разогрева бетонной смеси производится с учетом требуемой температуры разогрева, температуры смеси после транспортирования, ее удельного сопротивления, емкости бункеров для разогрева смеси (Приложение 3).

2.8. Укладка бетонной смеси послойно производится темпами, не допускающими время перекрытия каждого слоя более 2,5 - 3 ч. Предварительно допустимая продолжительность перекрытия слоев должна назначаться строительной лабораторией. При цементах с началом схватывания не менее 1 ч 30 мин допустимая продолжительность перекрытия слоев бетонной смеси назначается расчетными данными (таблица 7).

2.9. Величина снижения температуры бетонной смеси за время ее укладки и уплотнения приводится в зависимости от толщины, высоты бетонируемой конструкции и длительности укладки и уплотнителя смеси (таблица 6).

2.10. Перепад температуры между открытой поверхностью бетонируемой конструкции и наружным воздухом для предотвращения появления трещин в конструкциях не должен превышать:

20 °C для монолитных конструкций с < 5;

30 °C для монолитных конструкций с >= 5.

В случае невозможности соблюдения указанных условий поверхность конструкции после распалубливания укрывается брезентом, толью, щитами и т.д.

2.11. После укладки бетонной смеси в опалубку открытые поверхности бетона укрываются полиэтиленовой пленкой и теплоизоляцией в виде минераловатных плит для сохранения требуемой температуры.

2.12. Основными параметрами термосного выдерживания монолитных конструкций являются марка цемента, его расход на 1 м³ бетона, класс бетона и его начальная температура, температура наружного воздуха, модуль поверхности, коэффициент теплопередачи опалубки, продолжительность остывания бетона (таблицы 2 и 3).

Примечание. В таблицах для каждого расхода цемента приведены значения трех параметров: верхняя строка - коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м² x °C; средняя строка - температура окончания выдерживания бетона, °C; нижняя - время выдерживания, ч.

2.13. Прочность бетона в конструкции в % от определяется по результатам измерения температуры твердеющего бетона в соответствии с п. 2.14. Ориентировочно для этого можно пользоваться графиками нарастания прочности (рис. 2, 3). График нарастания прочности бетона при различных температурах подготавливается строительной лабораторией в процессе подбора состава бетона. При определении прочности бетона по кривым нарастания прочности рассчитывается средняя температура бетона для интервала времени, перепад температур в котором не превышает 10 °C. В настоящей карте приводится пример определения прочности бетона по графику нарастания прочности (Приложение 3).

2.14. Температурный режим и прочность бетона в конструкции определяются по контрольной точке, расположенной на глубине 50 мм от середины поверхности бетона в расчетном сечении. Под расчетным сечением понимается среднее сечение бетонируемой конструкции по отношению к наибольшему размеру сечения (рис. 4).

2.15. При снятии с бетонируемых конструкций опалубки или теплоизоляции соблюдаются следующие требования:

не допускается распалубливание или снятие теплоизоляции с конструкции, если температура бетона в ее центре продолжает повышаться;

снятие с конструкции опалубки и теплоизоляции разрешается не ранее достижения в контрольной точке требуемой прочности;

опалубка или тепловая изоляция конструкции снимается, когда температура бетона в наружных слоях конструкции достигает +5 °C и не позже, чем слои остынут до 0 °C. Не допускается примерзание опалубки, гидро- и теплоизоляции к бетону;

распалубка и снятие теплозащиты с монолитных массивных конструкций с <= 2 допускается при перепаде температур между центром конструкции и средней температурой наружного воздуха (в ближайшие 10 дней после распалубки) не более 30 °C при оптимальной теплоизоляции и 27 °C при теплоизоляции выше оптимальной.

2.12. Работы по монтажу арматурных сеток и каркасов, установке и разборке опалубки и укладке бетонной смеси выполняет комплексная бригада (таблица 4).

3.1. Контроль качества прогрева монолитной конструкции методом "термоса" при отрицательных температурах воздуха производят в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01-85* "Организация строительного производства", СНиП-III-4-80* "Техника безопасности в строительстве" и СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции".

3.2. Производственный контроль качества обогрева конструкций осуществляют прорабы и мастера.

3.3. Производственный контроль включает входной контроль электротехнического оборудования, качества теплоизоляционных материалов для предварительного электроразогрева бетонной смеси, операционный контроль качества отдельных производственных операций и приемочный контроль требуемого качества монолитной конструкции в результате выдерживания методом "термоса".

3.4. При входном контроле электротехнического оборудования, теплоизоляционных материалов и бетонной смеси проверяют внешним осмотром их соответствие нормативным и проектным требованиям, а также наличие и содержание паспортов, сертификатов и других сопроводительных документов.

При операционном контроле проверяют соблюдение состава подготовительных операций, технологии установки опалубки и арматуры, а также укладки теплоизоляционного материала, укладки бетона в опалубку бетонируемой конструкции в соответствии с требованиями СНиП, процесс электроразогрева бетонной смеси перед укладкой и выдерживание бетона.

При приемочном контроле качества проверяют качество монолитной конструкции в результате выдерживания бетона.

Результаты операционного контроля фиксируются в журнале работ. Основными документами при операционном контроле являются настоящая технологическая карта и указанные в карте нормативные документы, перечни операций контролируемых производителем работ (мастером), данные о составе, сроках и способах контроля (табл. 5).

3.5. При производстве бетонных работ измеряется температура:

наружного воздуха - не реже двух раз в смену;

бетонной смеси: на месте ее приготовления и перед выгрузкой на месте укладки;

в уложенном слое до перекрытия новым слоем (не допускается снижение температуры бетона в уложенном слое ниже 5 °C);

после укладки в конструкцию (через каждые два часа в первые сутки после окончания бетонирования и затем не реже двух раз в смену в течение трех суток твердения, а в последующие сутки один раз в смену в течение периода остывания бетона до 0 °C).

3.6. Температура бетона в конструкции измеряется техническими термометрами или термодатчиками (рис. 6).

3.7. Измерение температуры бетона термометрами осуществляется через наклонные под углом 45° скважины диаметром 20 мм, которые заливаются на 1/4 своей длины маслом.

Длина хвостовой части термометра, погруженного в скважину, должна позволять снимать его показания, не извлекая термометр из скважины. Глубина скважины при угле наклона 45° составляет 50 - 100 мм.

Все отверстия для измерения температуры бетона пронумеровываются и наносятся на схемы конструктивного элемента.

3.8. Показатели температурной смеси перед укладкой в опалубку в процессе твердения, а также температуры наружного воздуха записываются в специальный журнал в сроки, указанные в п. 3.5.

3.9. Прочность бетона после распалубливания рекомендуется определять с помощью молотка конструкции НИИ Мосстроя, ультразвуковым способом или высверливанием и испытанием кернов.

Примечание. В таблице приведены данные для бетонных смесей, приготовляемых с добавками ССБ и СДБ в количестве 0,2% массы цемента.

5.1. При производстве арматурных, опалубочных и бетонных работ необходимо соблюдать требования СНиП III-4-80* "Техника безопасности в строительстве" и государственных стандартов ССБТ.

5.2. Рабочие при производстве работ должны иметь удостоверение на право производства общестроительных работ, а также пройти инструктаж по технике безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.0.004-79 ССБТ "Организация обучения работающих безопасности труда. Общие положения".

5.3. Рабочим на время работы необходимо выдавать спецодежду, спецобувь и средства индивидуальной защиты в соответствии с действующими типовыми нормами и характером выполняемой работы.

5.4. В темное время суток обеспечивается освещение рабочих мест, проездов и проходов к ним.

5.5. Рабочие места, в зависимости от принятой технологии производства работ, обеспечиваются согласно нормокомплектам оснасткой, средствами коллективной защиты и средствами связи и сигнализации.

5.6. При производстве работ, связанных с электроразогревом бетона в бункерах, помимо требований общих правил безопасного производства работ (СНиП III-4-80* "Техника безопасности в строительстве") следует руководствоваться "Правилами технической эксплуатации и безопасности электроустановок промышленных предприятий".

5.7. Электробезопасность на строительной площадке, участках производства работ и рабочих местах обеспечивается в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.013-78 "Строительство. Электробезопасность. Общие требования". Лица, занятые на строительно-монтажных работах, должны быть обучены безопасным способам ведения работ, а также уметь оказать первую доврачебную помощь при электротравме.

5.8. В строительно-монтажной организации назначается инженерно-технический работник, ответственный за безопасную эксплуатацию электрооборудования и устройств, имеющий квалификационную группу по технике безопасности не ниже IV.

5.9. Работы, связанные с присоединением (отсоединением) проводов, выполняются специалистами по электротехнике, имеющими соответствующую квалификационную группу по технике безопасности.

5.11. На весь период производства работ на строительных площадках устанавливаются знаки безопасности в соответствии с ГОСТом 12.4.026.76.

Модуль поверхности определяется отношением суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему V:

Для упрощения подсчетов ниже приводится ряд формул, по которым можно определить конструкций разных очертаний:

а) для колонн и балок прямоугольного сечения со сторонами и , м:

б) для колонн и балок квадратного сечения со стороной

в) для куба

г) для параллелепипеда (со сторонами a, b, c):

отдельно стоящего

примыкающего к массиву

д) для плит и стен толщиной "a"

е) для сплошного цилиндра с диаметром d и высотой h, м

ж) для цилиндрической оболочки

где - наибольшая толщина стенки, м;

m - коэффициент, учитывающий заделку торцов оболочек пробками.

Для цилиндрических оболочек без заделки торцов m <= 1, с пробкой на одном торце m = 1,5 и пробками на обоих торцах m <= 2.

Исходные данные: монолитная железобетонная плита размерами a = 30000 мм, b = 20000 мм и толщиной h = 500 мм, бетонируется в зимнее время при температуре наружного воздуха = -10 °C, укладывается на отогретое грунтовое основание, бетон марки 300 на портландцементе марки 400, скорость ветра V = 5 м/с. Температура бетонной смеси сразу после выхода с завода = 35 °C, температура бетона после транспортирования = 30 °C, время укладки и уплотнения = 10 мин, расход цемента 200 кг на м³ бетона. Требуемая прочность к моменту замерзания бетона - 40% от .

Решение:

а) определяется модуль поверхности охлаждения:

б) по таблице 6 определяется начальная температура бетона (после укладки и уплотнения) при h = 500 мм, = 10 мин и перепада температур = 1 °C, снижение температуры = 0,04 °C при заданном перепаде = - = 30 - (-10) = 40 °C

= 0,04 x 40 = 1,6 °C

;

в) по таблице 2 для бетона марки 300 на портландцементе марки 400 с расходом цемента 200 кг/м³ при температуре наружного воздуха = -10 °C = 4 и начальной температурой бетона = 28 °C, находящейся между значениями = 20 °C и = 30 °C, методом интерполяции определяются:

продолжительность остывания ;

коэффициент теплопередачи ;

г) по найденному коэффициенту "К" по рис. 6 определяется конструкция опалубки и тепловая защита: при "К" = 5,03 Вт/м² x °C подходит тип опалубки II, тепловая защита по рис. 6.

Бетон марки класса В 25

Режим остывания:

12 часов при 45 °C

3 часа при 50 °C

3 часа при 43 °C

6 часов при 35 °C

7 часов при 30 °C

14 часов при 18 °C.

Отсчет прочности в % от ведется по оси ординат по соответствующей температурной кривой (для данного интервала). Переход на последующие средние температуры твердения бетона осуществляется параллельно оси абсцисс. Отсчет времени производится путем суммирования его интервалов, соответствующих средним температурам.

Таким образом соблюдение приведенного режима остывания позволят получить 58% прочности.

Определить требуемую мощность трансформатора для разогрева бетонной смеси в бункере, если известно, что:

По данным условиям возможный поток укладки бетонной смеси в смену определяется по формуле:

где q - емкость бункера;

- коэффициент использования оборудования по времени (0,8);

- коэффициент учета зимних условий (равный поправочному коэффициенту к нормам времени. Принят условно 1,3),

тогда поток укладки бетонной смеси в смену составит

Расход электроэнергии для разогрева 1 м³ бетонной смеси определяется по формуле:

где - температура разогретой бетонной смеси;

- температура бетонной смеси после транспортирования;

0,75 - коэффициент, учитывающий расход электроэнергии для разогрева 1 м³ бетонной смеси на 1 °C,

тогда:

Требуемая мощность трансформатора определяется по формуле:

где - поток бетонной смеси в смену;

- расход электроэнергии для разогрева 1 м³ бетонной смеси;

8 - количество часов в смену;

- коэффициент использования оборудования по времени. Принимаем 0,9;

- при отдельном трансформаторе = 1,

тогда:

1. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства

2. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции

3. СНиП III-4-80*. Техника безопасности в строительстве

4. Технологические правила по производству бетонных работ в зимнее время с использованием предварительного электрообогрева бетонной смеси. Белорусский Политехнический институт. Комбинат "Минскстрой"

5. Руководство по зимнему бетонированию с применением метода термоса. НИИЖБ Госстроя СССР, Москва, Стройиздат, 1975 г.

6. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера. ЦНИИОМТП Госстроя СССР, Москва, Стройиздат, 1982 г.

7. Рекомендации по технологии возведения конструкций из монолитного бетона и железобетона на объектах ПСО Моспромстроя. ПКТИпромстрой ПСО Моспромстрой, Москва, 1989 г.