Betonování při teplotách pod nulou

Ano, mráz je pro čerstvě položený beton nebezpečný. A v první řadě kvůli vlivu nízkých teplot na procesy tuhnutí a tvrdnutí cementů. Beton je velmi citlivý na chlad. To ovlivňuje především dobu tuhnutí a rychlost tvrdnutí. Například při poklesu teploty z 20 na 5 °C se tuhnutí betonu zpomalí 2–5krát. Toto zpomalení je však obzvláště výrazné při dalším poklesu teploty – na 0 °C. Pokud se však obnoví normální teplota výdrže, tvrdnutí opět nabere obvyklé tempo. A pokud teplota betonu klesne na 0 °C, tvrdnutí se zcela zastaví. To se vysvětluje tím, že při mrznutí betonu zmrzne i volná voda v něm obsažená a zpomalí se tvorba cementového kamene. V důsledku toho se zastaví i tvrdnutí betonu. Při mrznutí betonu se objem vody zvětší o 9 %.

V důsledku toho vzniká v pórech betonu vysoký tlak, který způsobuje destrukci struktury ještě nevytvrzeného betonu. Když se voda nahromadí na povrchu zrn hrubého kameniva, zmrzne a vytvoří tenký ledový film, který oddělí povrch kameniva od kontaktu s cementovou pastou. V důsledku toho se zhoršuje pevnost betonu. Pokud zmrazíte beton v raném věku, led zničí mnoho krystalů cementového lepidla. Pokud bylo míchání betonu provedeno před zmrazením a tvrdnutí betonu ještě nezačalo, nezačne ani po zmrazení. Jakmile však tvrdnutí začne, zastaví se, zatímco volná voda v betonu zůstane ve formě ledu. Když beton rozmrzne, zmrzlá volná voda se změní na kapalinu a beton se obnoví. Probíhají v něm stejné procesy jako před zmrazením, ale se změněnou strukturou. Tyto změny ve struktuře betonu snižují jeho pevnost a přilnavost betonu k výztuži. Konečná pevnost betonu bude tím nižší, čím dříve byl beton vystaven mrazu.

Nejnebezpečnější je mrznutí betonu během doby tuhnutí cementu. Opakované mrznutí a tání během počátečního období tvrdnutí (tání a mrznutí) je pro beton také škodlivé.

JE MOŽNÁ ZIMNÍ BETONOVÁNÍ?

Ano, a dokazují to práce ruských vědců S. A. Mironova, V. P. Sizova a I. G. Sovalova, kteří vyvinuli a zavedli do praxe teorii a metody zimní betonáže.

Mluvíme o vytvoření normálních podmínek pro tvrdnutí betonu v zimě. To znamená, že během období určeného dosažením stanovené pevnosti betonu je nutné udržovat požadovanou teplotu a vlhkost, k tomuto účelu využívat vnitřní teplo betonu nebo dodatečně zahřívat tvrdnoucí beton.

Jako vždy vše začíná betonovou směsí, jejíž příprava v zimních podmínkách je velmi důležitou operací. V první řadě je nutné pečlivě zkontrolovat kvalitu a stav surovin. Například písek, drcený kámen a štěrk by neměly být kontaminovány a smíchány se sněhem a ledem. Proto se skladují na suchých vyvýšených místech, pod markýzami nebo v uzavřených místnostech. Během skladování je samozřejmě zakázáno dopouštět se sněhu do cementu.

Betonová směs by se měla připravovat ve vytápěných místnostech. Vnitřní tepelná rezerva v betonové směsi se vytváří ohřevem jejích složek. Ohřev kameniva může být jednostupňový, kdy se materiály současně rozmrazují a zahřívají, a dvoustupňový, kdy se v některých jednotkách kamenivo předmrazuje a v jiných se zahřívá na konstrukční teplotu (40 °C). Současně se v nádržích ohřívá voda párou na stanovenou teplotu – od 30 do 80 °C. Ohřev cementu a jemně mletých přísad je zakázán. Pokud jde o výztuž, musí být zbavena sněhu a ledu a ohřáta horkou vodou nebo párou. Teplota složek betonové směsi v době nakládání do míchačky musí být taková, aby byla zajištěna stanovená teplota betonové směsi při opuštění míchačky a uložení do formy – nejméně 5 °C.

Betonová směs je tedy připravena. Je však třeba ji dopravit na místo umístění s minimálními tepelnými ztrátami. Tepelné ztráty během samotné přepravy betonové směsi jsou menší než při manipulaci. Proto se v zimě dodává na místo umístění bez překládky. V tomto případě je nutné zajistit izolaci a vytápění přepravního kontejneru. Pokud se betonová směs přepravuje v korbě sklápěče, je korba zakryta plachtou nebo vytápěna výfukovými plyny. To umožňuje vytvořit tepelnou clonu nad betonovou směsí. Při přepravě betonové směsi v kbelících a bunkrech se tyto zakrývají dřevěnými izolovanými víky; vnější strana se izoluje plstí a poté se opláští překližkou. Při přepravě betonu čerpadlem se izolují jak místnosti, kde jsou instalována betonová čerpadla, tak i betonové odtoky.

BETON SE POKLÁDÁ

Na místě se betonová směs ukládá do bednění z dřevěných a kovových panelů, ve vhodném tvaru budoucí konstrukce. Do bednění se instaluje ocelový rám – výztuž.

Je vhodné betonovou směs pokládat co nejrychleji a bez přerušení. Víme, že tvrdnutí betonu závisí na chemických reakcích cementu s vodou. A hlavní roli v tom bude hrát teplo a voda! Proto se v zimě při nízkých teplotách bednění izoluje a ihned po betonáži se horní, otevřený povrch betonu izoluje štíty a rohožemi. Již jsme uvedli, že v Rusku byly vyvinuty a v praxi zavedeny metody zimní betonáže. Nejúčinnější z nich jsou termosky, elektrické ohřevy a ohřevy párou.

Podle termosové metody beton tvrdne pod „kožišovým pláštěm“ – vrstvou tepelně izolačních materiálů (struska, piliny, rákos atd.). Tyto materiály špatně vedou teplo. Betonová směs proto téměř neztrácí teplo, které přijala během výroby. Kromě toho cement při tvrdnutí také uvolňuje teplo. V mnoha případech je množství tepla dostatečné k tomu, aby beton během chladnutí získal potřebnou pevnost. Tato pevnost umožňuje odbednit konstrukci bez obav z zamrznutí. V tomto případě se beton po rozmrazení nezhroutí. Termosová metoda je nejúspornější a nejjednodušší. Pro její provedení není potřeba žádné speciální vybavení. Tato metoda je však použitelná pouze při betonáži masivních konstrukcí, protože tenkostěnné konstrukce velmi rychle chladnou.

Pokud nelze požadované pevnosti betonu dosáhnout ve stanoveném časovém rámci termometodou, doporučuje se použít umělé ohřevy betonu elektrickým proudem nebo párou. Elektrické ohřevy spočívají v zavedení kovových elektrod do čerstvě položeného betonu, kterými prochází elektrický proud. Elektrický odpor čerstvě připraveného betonu položeného v bednění se s tvrdnutím betonu zvyšuje. Elektrický proud protékající betonem způsobí jeho ohřev a tvrdnutí: čím větší je odpor, tím vyšší je napětí. Teplota betonu by neměla být vyšší než 60 °CPři výrobě železobetonových konstrukcí se jako elektrody používá výztuž.

Způsob ohřevu párou je následující. V bednění se zevnitř vyříznou kanály a jimi se vede pára. Je také možné vyrobit dvojité bednění a zavádět páru do prostoru mezi jeho stěnami. Někdy se pára vede potrubím uloženým uvnitř betonu. Beton se zahřeje na 50 – 80 °C. Vzhledem k vysokým teplotám, které vznikají při ohřevu betonu párou, a za příznivých vlhkostních podmínek se tvrdnutí betonu výrazně urychluje: například za dva dny je možné dosáhnout takové pevnosti, které beton dosáhne po sedmi dnech tvrdnutí za normálních podmínek. Ohřev betonu párou vyžaduje velké dodatečné náklady. To je jeho nevýhoda. Metoda ohřevu párou se doporučuje pro tenkostěnné konstrukce.

• Reologie zpracovatelnosti
• betonování
• Železobeton
• Samoohřívací beton
• Betonové schody
• Betonové prefabrikáty
• Betonové prefabrikáty

Obecná ustanovení. Pojem „zimní podmínky“ při výrobě betonového díla se liší od kalendářního. „Zimní podmínky“ pro konkrétní staveniště začínají, když průměrná denní teplota venkovního vzduchu klesne na + 5 °C a během dne klesne pod nulu.

Při teplotách pod 0°C se hydratační procesy v betonu zastaví, tzn. interakce cementových minerálů s vodou. Tvrdnutí betonu se zastaví, když beton zmrzne a změní se v monolit, jehož pevnost je určena mrazovými silami. V betonu se objevují vnitřní pnutí, způsobená zvýšením objemu volné vody přibližně o 9 % při mrznutí. Tato napětí narušují slabé adhezní vazby mezi jednotlivými složkami betonu a snižují jeho pevnost. Volná voda, namrzající na povrchu zrn kameniva ve formě tenkého filmu, zabraňuje přilnutí cementové pasty ke kamenivu. Tím se také zhoršují pevnostní vlastnosti betonu.

Po rozmrznutí betonu se obnoví tvrdnutí při kladných teplotách, ale pevnost je nižší než návrhová hodnota, tzn. toho, čeho by bylo dosaženo při kalení za normálních podmínek. Klesají i další vlastnosti betonu: hustota, trvanlivost, přilnavost k výztuži atd. Vlastnosti betonu se tím výrazněji zhoršují, čím dříve po pokládce zamrzne. Pokud beton získal určitou pevnost v době zmrznutí, pak je negativní vliv zmrznutí na jeho vlastnosti malý: po rozmrazení může pevnost betonu dosáhnout návrhové hodnoty. V tomto případě je adhezní vazba mezi cementovou pastou a plnivem výrazně větší než vnitřní pnutí. Proto je pravděpodobnost deformace v kontaktní zóně nižší.

Minimální pevnost betonu v době jeho zmrznutí, dostatečná k tomu, aby po rozmrazení dosáhl své projektované pevnosti, se nazývá kritická. Tato pevnost betonu v konstrukcích s nepředepjatou výztuží musí činit alespoň 30 % návrhové pevnosti v závislosti na třídě betonu a ne méně než 50 kg/cm50. U předpjatých konstrukcí by to mělo být minimálně 2 % návrhové hodnoty. Pokud mají být konstrukce zatěžovány v zimě, pak by v době zamrznutí měla pevnost betonu v nich dosáhnout 70% návrhové hodnoty.

Pro získání betonu designové kvality v zimních podmínkách je nutné zajistit mu teplotní a vlhkostní režim, ve kterém nejsou narušeny nebo zpomaleny fyzikální a chemické procesy tuhnutí. Doba udržování takového režimu by měla zajistit dosažení kritické nebo návrhové pevnosti.

Úkolem „zimní“ betonáže je získat beton dané pevnosti. K dosažení tohoto cíle se provádějí obecná opatření a různé technologie k zajištění normálního tvrdnutí betonu.

a) Práce se provádějí na zahřáté betonové směsi. V době uložení do konstrukce musí mít tato směs kladnou teplotu, reciproční k teplotě okolního vzduchu. Toho je dosaženo ohřevem vody, drceného kamene a písku (páry) při přípravě betonové směsi v závodě.

b) Pro zamezení prochladnutí během jízdy je korba sklápěče shora uzavřena štíty a zespodu je ohřívána výfukovými plyny z motoru vozidla přes dvojité dno korby.

c) Vany a bunkry jsou zakryty izolovanými dřevěnými kryty a zvenčí obloženy. Při silných mrazech se periodicky zahřívají párou. Čerpadla na beton jsou instalována ve vytápěných místnostech. Před zahájením prací je přes betonové potrubí čerpána horká voda. Při teplotách pod -10°C jsou potrubní úseky hlavního betonového potrubí uzavřeny tepelnou izolací spolu s topným materiálem potrubí.

d) Před pokládkou betonové směsi se bednění a výztuž zbaví suti, sněhu a ledu. K tomuto účelu se v případě potřeby používá foukání horkým vzduchem z ohřívačů nebo páry a také mytí horkou párou s následným foukáním horkým vzduchem.

e) Při mrazech pod minus 15°C se výztuž z prutů o průměru větším než 25 mm a válcovaných profilů zahřeje na plus 5°C, aby byla zajištěna dobrá přilnavost betonu k výztuži. Ke stejnému účelu se v délce minimálně 1,5 m od tvárnice izolují kovové prvky přečnívající po zateplení za izolované bednění.

f) Kvalitu betonu do značné míry ovlivňuje stav podkladu, na který je položen. Je důležité vyloučit předčasné zmrznutí betonu na křižovatce se základnou a následnou deformaci zvednutých zemin základny.

Těžké zeminy se před betonáží základů ohřívají párou, ohněm nebo elektřinou. Netopící se půdy se neprohřívají. Teplota položené směsi musí být minimálně o 10°C vyšší než teplota základové půdy. Pokládání betonové směsi na zmrzlý podklad („zmrzlý“ podklad) není povoleno.

Pokud je nutné položit betonovou směs na předem položený a zmrzlý beton, zahřeje se do hloubky minimálně 400 mm a chrání před mrazem, dokud čerstvý beton nezíská kritickou pevnost.

g) Při betonáži se pro snížení tepelných ztrát betonová směs pokládá po malých úsecích po délce a šířce, aby se dříve položené vrstvy rychle překryly novými a teplota betonu nestihla klesnout pod ten vypočítaný.

h) Betonování probíhá nepřetržitě bez přerušení, protože příprava zmrzlých pracovních spár je velmi pracná a ne vždy je zajištěna požadovaná kvalita.

Technologie, které zajišťují normální podmínky tuhnutí betonu:

1. Aplikace chemických přísad.

Chemické přísady snižují bod tuhnutí tekuté části betonové směsi a zajišťují tvrdnutí betonu při teplotách pod 0 °C, což prodlužuje dobu potřebnou k získání pevnosti.

Tento způsob je relativně levný (další náklady oproti běžným podmínkám (zvýšení ceny) cca 16 %) a ve stavebnictví je hojně využíván. Používají se tyto přísady: chlorid sodný, chlorid vápenatý, uhličitan draselný (potaš), dusitan sodný atd.

Do betonové směsi se při její přípravě zavádějí přísady. V závislosti na jejich množství se dosáhne požadovaného účinku:

— při 1–2 % hmotnosti cementu – urychlení tvrdnutí betonu;
– při 3–5 % hmotnosti cementu – snížení teploty tuhnutí o 5–10 °C;
– při 10–15 % hmotnosti cementu – úplné vyloučení zmrznutí „studeného betonu“, ale zároveň nárůst pevnosti trvá 40–90 dní.

2. Zahřívání betonu.

) Termosková metoda. Využívá se teplo vznikající při chemických reakcích tvrdnutí betonu. Za tímto účelem je konstrukce dodatečně izolována.

Metoda je účinná pro masivní konstrukce jednoduchého tvaru, zejména pro zakopané konstrukce a konstrukce na zemi a v zemi (základy, suterénní stěny, základy pro zařízení, podlahy na zemi atd.). Pro zvýšení účinku při přípravě směsi se používají cementy se zvýšeným vývinem tepla.

b) Zahřívání párou. Kolem vybetonované konstrukce je instalován „plášť“ ze střešní lepenky, dřevěných nebo ocelových panelů, pod který je přiváděna pára (obr. 4.52). „Košile“ zajišťuje potřebné zahřátí konstrukce a vlhkost (nevysychá beton).

Používá se nízkotlaká pára 0,5–0,7 atm. s teplotou 80-90°C. Přibližný režim ohřevu párou: rychlost nárůstu teploty (gradient) ne více než 5–10 stupňů/hodinu; izotermický ohřev na teplotu 80°C pro beton s použitím běžného portlandského cementu a 95°C pro struskový portlandský cement a pucolánový cement. Rychlost ochlazování (gradient) betonu by měla být 10 stupňů/hod. Parní ohřev betonu lze provádět, dokud nedosáhne své projektované pevnosti, což je důležité zejména pro naše východní a severní oblasti, kde je „zimní období“.
8. 10 měsíců.

Metoda se používá k ohřevu různých betonových konstrukcí, ale pouze tam, kde je pára v požadovaném množství.

c) Elektrické topení. Vnitřní – pomocí elektrod. Při průchodu elektrického proudu mokrou betonovou směsí vzniká teplo. Elektrody lze zapustit do čerstvě položeného betonu nebo do konstrukce před betonáží umístit topné dráty. Počet elektrod a topných drátů je v každém případě určen výpočtem.

Výhodou této metody je její jednoduchost. Nevýhodou je složitost ovládání (24hodinový dohled) a vysoká cena.

Externí – teplo vzniká „ohříváním“ bednění nebo ohřevem ohebných elektrických šňůr.

Rýže. 4.52. Schémata pro instalaci bednění při ohřevu železobetonových konstrukcí párou: a – ohřev základů; b – vytápění betonových desek (podlah, plošin); c – kapilární bednění pro ohřev kolony; d – vytápění žebrového stropu; 1 – izolace; 2 – vyjímatelná schránka; 3 – sloupcová schránka; 4 – přívod páry; 5 – krabice podlahové desky; 6 – bednění; 7 – otvory v žebrech parního boxu

3. Betonování ve sklenících. Přes vybetonovanou konstrukci nebo její část se instaluje lehké rámové oplocení z plachty, fólie apod. (stan) a pod něj je přiváděn teplý vzduch nebo jsou uvnitř stanu umístěny ohřívače. Pod stanem (teplota plus 5–10 °C) se betonuje za běžných podmínek.

V závislosti na úkolu může skleník „fungovat“ 3–16 dní, dokud beton nedosáhne 50 % návrhové (vypočítané) pevnosti, nebo celých vypočítaných 28 dní.

4. Zahřívání betonu infračervenými paprsky (pronikající vytápění).

Zvláštností metody je, že přenos tepla do betonu (ohřev) probíhá v celé tloušťce konstrukce současně a se stejnou intenzitou (obr. 4.53).

K ohřevu monolitického betonu se používají topná tělesa, jako je NVSZH (teplovzdorný ohřívač na sušení vzduchu) nebo NVS (ohřívač na sušení vzduchu). Výkon těchto topidel na 1 m délky se pohybuje od 0,6 do 1,2 kW, teplota sálavých ploch se pohybuje od 300 do 600°C. Topná tělesa pracují při napětí 127, 220 a 380 V.

Karborundové zářiče mají výkon až 10 kW/h a jejich provozní teplota dosahuje 1300–1500 °C.

Rýže. 4.53. Schémata vytápění infračervenými paprsky: a – ohřev betonu v deskách; b, c – stejné, ve stěnách; 1 – vytápěné konstrukce; 2 – lichoběžníkové reflektory; 3 – infračervené zářiče; 4 – kulové reflektory; 5 – střešní lepenka; 6 – bednění; 7 – panely posuvného bednění

Optimální vzdálenost mezi infračervenou instalací a vyhřívaným povrchem je 1–1,2 m.

Infračervené zářiče lze použít k vytápění jak otevřených betonových ploch, tak i přes bednění. Pro lepší absorpci infračerveného záření je povrch bednění opatřen černým matným lakem. Teplota na povrchu betonu by neměla překročit 80–90°C. Aby se zabránilo intenzivnímu odpařování vlhkosti z betonu, jsou otevřené povrchy pokryty plastovou fólií, pergamenem nebo střešní lepenkou.

Infračervené instalace jsou umístěny v takové vzdálenosti od sebe, aby se prohřály všechny plochy betonového povrchu. Zahřívání betonu infračervenými paprsky se konvenčně dělí do tří období: zrání betonu a jeho ohřev; izotermický ohřev; chlazení.

Metoda se používá pro tepelné zpracování betonu v tenkostěnných konstrukcích s velkým plošným modulem (například stěny betonované v posuvném bednění, desky, nosníky). Tato metoda se používá také pro ohřev zmrzlého betonu v pracovních spárách, při ukládání betonu do drážek, dále pro ohřev výztuže, zapuštěných dílů a „aktivního“ povrchu bednění před uložením betonu do něj.

Zdroj: Technologie stavebních procesů. Snarsky V.I.