СТРОИТЕЛЬСТВО ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ЗИМНИХ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Особенности зимнего периода
| По нормативным требованиям условия зимнего периода наступают при установлении среднесуточной температуры наружного воздуха ниже 5°С и при минимальной суточной температуре ниже 0°С. Подобные климатические условия продолжаются на территории России в среднем 6...7 месяцев в году. Зимний период в наибольшей степени оказывает влияние на возведение конструкций зданий и сооружений из монолитного бетона. Прекращение бетонных работ зимой привело бы к увеличению сроков строительства объектов, возрастанию накладных расходов и сроков оборачиваемости инвестиций. В результате возрастает себестоимость строительной продукции и сокращается объем ее реализации с порождением целого ряда социальных проблем. К производству бетонных работ в зимний период предъявляется ряд требований, основные из которых: • выбор и технико-экономическое обоснование способа зимнего бетонирования, разработка технологической карты производства работ; • необходимость подогрева бетонной смеси на стадии приготовления до температуры не более 35°С; • максимальное сохранение начальной тепловой энергии бетонной смеси при ее доставке на объект и в период укладки в конструкцию; • удаление снега из заопалубленного пространства и наледи с арматурного каркаса; • увеличение продолжительности уплотнения бетона на 25% при его укладке в конструкцию; • обеспечение заданных температурно-влажностных условий выдерживания бетона; • достижение требуемой прочности бетона по морозостойкости до его замораживания. Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в бетоне в начальный период его структурообразования химически несвязанной воды затворения с последующим увеличением ее объема до 9% и сопутствующим разрушением связей в бетоне. При этом его конечная прочность на 15...20% ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях. Замерзание воды в бетоне влияет и на другие процессы, снижающие его прочность. Так, ледяная пленка обволакивает арматуру и заполнитель в бетоне, препятствуя тем самым их необходимому сцеплению с цементным тестом и созданию плотной структуры бетона после оттаивания. Основой формирования технологии зимнего бетонирования является обеспечение условий, при которых монолитные железобетонные конструкции в короткие сроки с наименьшими затратами могли бы набрать критическую прочность по морозостойкости или требуемую для восприятия проектных нагрузок с необходимым качеством. Критическая прочность бетона, выраженная в процентах от Rg есть прочность, при достижении которой бетон может быть заморожен без снижения его прочностных показателей при наступлении положительных температур. Подготовка к производству работ начинается с анализа особенностей бетонирования и предполагаемых условий эксплуатации монолитных конструкций. Основные факторы, влияющие на технологию бетонирования: • модуль поверхности Мп, характеризующий массивность конструкции и определяемый как отношение суммарной площади наружных охлаждающихся поверхностей бетонируемой конструкции к объему бетона этой конструкции; • предварительный нагрев основания (промороженного грунта, подстилающего слоя), на которое будет укладываться бетонная смесь до температуры 40...50°С, и прогрев конструкции в глубину до 30 см; • класс бетона, его начальная температура, степень армирования конструкции, тип и особенности опалубки, технические и химические средства воздействия на бетон в период его выдерживания и т. д. |
ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ПРИ МОНТАЖЕ ЗДАНИЙ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
Производитель работ и мастер должны следить за тем, чтобы фундаментные блоки монтировали сразу же после окончания рытья котлована и укладывали их только на непромороженный грунт. Если между окончанием земляных работ, подготовкой основания и установкой фундаментных блоков намечается разрыв более суток, открытые участки котлована и траншей утепляют и укрывают от снега. Возведение фундаментов на мерзлых грунтах допускается как исключение только при непучинистых грунтах (песок, гравий, галька). Во избежание промерзания пучинистого грунта сразу после отрывки котлована делают подсыпку из сухого песка толщиной не более 10 см, а после установки блоков их засыпают с боков грунтом и утепляют. В случае промерзания грунта под установленными блоками следует прекратить монтаж здания и принять срочные меры для отогрева основания. Лучше всего отогревать грунт, устраивая на промерзших участках специальные тепляки. Температуру воздуха в тепляках поддерживают с помощью газовых нагревательных приборов или электрокалориферов в пределах от 40 до 60°С до полного оттаивания основания. Засыпку пазух производят по участкам сразу после окончания монтажа фундамента на участке. Для засыпки пазух используют сухой грунт. Комья крупнее 15 см разбивают, а лед и снег удаляют. Со стороны подвального помещения фундаменты утепляют путем подсыпки песка слоем до 0,7 м или сухого разрыхленного грунта слоем не менее 1 м с откосами в углах. Монтаж надземной части ведут, как правило, с транспортных средств во избежание обледенения деталей и других трудностей, связанных с хранением сборных элементов на приобъектных складах. Производитель работ или мастер обязан следить за тем, чтобы нижний ряд складируемых конструкций не соприкасался со снегом или льдом, для чего применяют утолщенные подкладки высотой не менее 10 см, которые укладывают непосредственно на грунт после очистки площадки от снега и льда. Для предотвращения обледенения или засыпки снегом стыкуемых поверхностей конструкций во время хранения на складе, в процессе монтажа при снегопадах и в перерывах между монтажом верхние ряды крупноблочной кладки или верх стеновых панелей необходимо укрыть толем или рубероидом и закрепить полотнище через 1,5-2 м П-образными хомутами из стали диаметром от 4 до 6 мм. Могут быть применены и другие способы защиты.
Бригадир монтажников обязан проверить все подаваемые под монтаж блоки или панели: они должны быть сухими и иметь чистые (без снега и льда) стыкуемые поверхности. Очищают их от снега металлическими щетками, для удаления наледей применяют пескоструйный аппарат. Очищенные поверхности просушивают струей горячего воздуха, подаваемого от электрокалорифера или с помощью инжекционной газовой горелки. Применять огневой способ удаления наледи с панелей, имеющих термоизоляционные вкладыши или гидроизоляционные сгораемые материалы, не допускается. Запрещается удалять наледи и отогревать поверхности конструкций горячей водой или паром, так как вода, охлаждаясь, замерзает и образует на поверхности бетона тонкую, еле заметную ледяную пленку, которая снижает прочность сцепления раствора с бетонной поверхностью. При монтаже полносборных зданий в зимних условиях особое внимание должно быть уделено проверке правильности приготовления строительных растворов и использования их на рабочем месте. Отрицательная температура может резко ухудшить свойства раствора, поэтому для понижения температуры замерзания строительного раствора и для предотвращения его разрыхления после замерзания в швах между сборными элементами в него вводят добавки нитрита натрия или поташа. Добавка нитрита натрия обеспечивает интенсивное твердение раствора при температуре до -10°С, а добавка поташа до -20°С. Строительный раствор с добавкой нитрита натрия приготовляют на утепленных и отапливаемых узлах с применением горячей воды (не выше 80"С) и подогретого песка (не выше 60°С). Подвижность укладываемого в швы раствора должна быть 6-8 см. Для приготовления водного раствора нитрита натрия сухую соль растворяют в теплой воде (не ниже 40°С). В целях уменьшения потребности в таре концентрированный раствор нитрита натрия рекомендуется готовить с отношением соли и воды 1:1 по массе и добавлять его непосредственно в растворосмеситель в процессе приготовления строительного раствора. Величину добавки нитрита натрия назначают из расчета средней температуры окружающего воздуха, при которой производится работа. Она составляет 5% по массе цемента (в расчете на сухую соль) при температуре воздуха от +5 до -5°С и 8% при температуре от -6 до -10*С. При температуре воздуха от -10 до -20°С рекомендуется вводить в раствор добавку поташа в количестве 10-15% по массе цемента. Качество приготовления растворов обычно контролирует лаборант строительной лаборатории, а правильность их использования - мастер или бригадир. Для предупреждения быстрого замерзания раствора его температуру при укладке в швы и стыки выбирают в зависимости от температуры наружного воздуха: Температура наружного воздуха, 'С -10 -11...-20 Ниже -20 Температура раствора, 'С, не ниже +20 +25 +30 Для обеспечения требуемой температуры раствор перевозят на строительные объекты в специально оборудованных автомашинах, обеспечивающих подогрев раствора теплом отработанных газов. Выбирать раствор из ящиков, не имеющих подогрева, нужно в течение 20-25 мин. Замерзший раствор запрещается отогревать горячей водой и применять его в дело. Укладывают и разравнивают раствор непосредственно перед установкой блока или панели, которые к моменту окончания разравнивания раствора должны быть поданы краном к месту монтажа. Укладывать раствор на поверхность блока или панели рекомендуется с помощью специальной рамки и плоского правила, которым снимают излишек раствора, оставляя ровную поверхность для установки монтируемой детали. Установку и выверку блока или панели необходимо закончить до начала замерзания раствора. При возведении крупноблочных зданий в зимних условиях, как правило, применяют способ замораживания, который обеспечивает высокую прочность сцепления замерзшего раствора с бетоном блока и не дает заметных осадок. В этом случае при наступлении оттепелей, весной прочность раствора может понизиться до нуля, а осадка здания увеличится. Затем в условиях положительных температур раствор зимней кладки постепенно наберет прочность и она приблизится к проектной. Если в зимний период бывают оттепели, то раствор в это время набирает некоторую прочность, которая обеспечивает достаточную монолитность и устойчивость крупноблочной кладки в момент ее полного оттаивания. Для уменьшения деформаций крупноблочных зданий, монтируемых в зимних условиях, углы кладки и места сопряжения внутренних стен с наружными армируют. Обычно для этого применяют металлические плоские каркасы из круглой 12-мм стали. В процессе монтажа здания укладываемые арматурные каркасы должны перекрывать по верхней плоскости блоков стык двух смежных элементов в каждую сторону от стыка не менее чем на 150 см. В течение всего периода оттаивания крупноблочной кладки производитель работ должен контролировать величину осадки и равномерность прохождения ее по всему зданию. Во время монтажа зданий производитель работ обязан вести журнал работ, в который ежедневно не менее трех раз в сутки записывать температуру наружного воздуха, температуру раствора в момент его укладки и концентрацию водных растворов солей (поташа, нитрита натрия). Влияние на качество монтажа полносборных зданий в зимних условиях оказывают: толщина шва раствора, качество стыкуемых поверхностей панелей и блоков и другие факторы. Толщина горизонтальных швов не должна превышать 20 мм. Если она больше, то это может стать причиной резкого увеличения осадок в период весеннего оттаивания. Для обеспечения хорошего сцепления сборных железобетонных элементов следует предохранять верхние плоскости уже смонтированных панелей и блоков от обледенения и попадания на них снега. В снегопады их следует укрывать толем или рубероидом. При монтаже полносборных зданий в зимних условиях по требованию проектной организации, осуществляющей авторский надзор, работники строительной лаборатории отбирают образцы раствора из горизонтальных швов здания и оценивают их качество. |
Возрастающие объемы монолитного строительства диктуют необходимость перехода на надежные скоростные технологии с обеспечением качества выполняемых конструкций зданий и сооружений.
"Программа развития строительного комплекса на период до 2005 года" предусматривают ускоренное создание и освоение техники нового поколения, высокоэффективных и интенсивных технологий и их научного обеспечения, повышающих эффективность и надежность строительства.
Большое внимание уделяется совершенствованию технологии зимнего бетонирования и производству работ в экстремальных условиях и критических ситуациях, учитывая, что тенденция к дальнейшему расширению области применения монолитного бетона и железобетона становится все более приоритетной.
В этой связи проведен комплекс аналитических и экспериментально-производственных исследований на основе системного подхода, концепции интенсификации технологических процессов и целевой комплексной программы.
Особое место занимают новые технологии, обеспечивающие управление режимами тепловлажностной обработки бетона, включая процессы остывания конструкций.
Разработаны новые опалубочные системы "ТОНУС-Комби М"*, основанные на принципе плоских нагревателей. Они прошли производственную апробацию и успешно применяются в строительных организациях России.
Конструктивно-технологические решения опалубочных систем - термоактивная блок-форма (1049642), щитовая опалубка перекрытий (2138606), термоактивный низковольтный опалубочный, щит (2125635) - защищены патентами Российской Федерации.
Аналитические и экспериментально-производственные исследования теплофизических основ и технологических особенностей кондуктивного воздействия на бетон новых опалубочных систем "ТОНУС-Комби М" и структурно-физических превращений в бетоне на стадиях трех фаз (массопереноса, структу-рообразования и напряженно-деформированного состояния) и анализ полученных результатов позволили установить зависимость физических процессов в период разогрева и подъема температуры, динамики набора прочности бетоном от скорости подъема температуры, а также оценить зависимость влияния тепло- и массопереноса как следствия температурных градиентов на структурные изменения в бетоне и вытекающие из них изменения физико-механических характеристик бетона монолитных конструкций.
Наиболее ответственными и сложными в исполнении являются конструкции межэтажных перекрытий, требующие значительных затрат времени и расхода материально-энергетических ресурсов.
С целью интенсификации технологических процессов выполнения монолитных перекрытий успешно применяется новая щитовая опалубка перекрытий, отличающаяся от известных опалубок возможностью эффективного управления процессами твердения и остывания бетона с обеспечением условий формирования однородных тепловых полей и получения конструкций высокого качества.
Конструктивно-технологическое решение новой опалубочной системы обеспечивает возможность вертикального опускания термоактивных теплоизолиро-ванных щитов за счет изменяющейся ригельной системы, что позволяет управлять процессами остывания бетона перекрытий.
Интенсивные способы и методы разработаны и защищены патентами Российской Федерации.
Первый из них - способ возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций (? 2119025) - отличается от уже известных возможностью интенсификации процессов твердения бетона и остывания конструкций за счет управления этими процессами на основе применения новой термоактивной низковольтной опалубочной системы. Ее конструктивно-технологические решения включают стойки, ригели, фанерную палубу и размещенные на ее поверхности термоизолированные пазогребневые греющие панели из высокопрочного пенополистирола, оборудованные плоскими нагревателями, составляющими термоактивные покрытия этих панелей.
Другой, электроимпульсный способ распалубки бетонных и железобетонных конструкций (1766674) отличается от применяемых традиционно механических способов тем, что стальная палуба опалубочной системы, выполняющая функцию нагревателя за счет непосредственного включения ее в электрическую цепь низкого напряжения, после окончания процесса термообработки бетона вновь включается в электрическую цепь на 10-15 мин и нагревается до температуры +50...+150"С. Подача такого кратковременного электрического импульса приводит к тепловому расширению металла элементов опалубочной системы по всей контактирующей поверхности, значительно опережающему объемное расширение бетона. В результате снижается сцепление бетона с палубой и образуется технологический зазор, способствующий свободному отрыву палубы от бетона, что обеспечивает механизированное разопалубливание конструкций без применения дополнительных приспособлений.
Электроимпульсный способ распалубки конструкций первоначально был предложен для объемной блочной опалубки в виде блок-форм с греющей металлической палубой и успешно реализован в производственных условиях, а затем применен при разопалубливании различных конструкций (колонн, ленточных фундаментов, наружных и внутренних стен, межэтажных перекрытий), выполняемых с применением комбинированных термоактивных опалубочных систем с графито- и металлопластиковыми нагревателями, в том числе переоборудованных с применением этих плоских нагревателей опалубок и опалубочных систем в термоактивные.
Такой способ исключает деформирование узлов и контактов элементов термоактивных опалубочных систем, имеющее место при использовании традиционных методов разопалубливания конструкций с механическим воздействием на опалубки.
Разработаны критические технологии скоростного монолитного строительства и изготовления доборных элементов, нашедшие применение при всесезонном производстве работ в экстремальных условиях.
Принятые модели теплового воздействия на бетон основаны на принципе "закрытой поверхности", исключающем наличие открытых бетонных поверхностей выполняемых конструкций.
Исследованиями установлено значительное повышение технологического эффекта при двусторонней теплоизоляции: сокращение времени разогрева бетона и повышение КПД термоактивных низковольтных систем, снижение температурных градиентов, повышение однородности тепловых полей при разогреве и остывании бетона, что в конечном итоге приводит к повышению физико-механических характеристик и улучшает структуру бетона.
На основе производственного опыта и системного анализа разработана классификация критических и экстремальных ситуаций, возникающих в реальных условиях строительства. При этом учитывалось, что одним из главных негативно влияющих на бетон изменяющихся внешних факторов является аварийное отключение систем энергообеспечения и термообработки бетона в ранние сроки его твердения (до достижения критической прочности), а также в период бетонирования, особенно при низких отрицательных температурах и значительном ветровом воздействии.
В результате объемных экспериментально-производственных исследований разработана комплексная система обеспечения надежности монолитного строительства в экстремальных условиях, основанная на принципе дублирующих систем, классифицированных по двум классам.
Надежность интенсивных критических технологий монолитного строительства и изготовления доборных элементов является результирующей трех составляющих:
- опалубочных систем и нагревательных элементов;
- ускоренных способов и методов;
- дублирующих систем энергообеспечения и термообработки бетона.
Новые типы нагревателей (графитопластиковые, металлопластиковые и греющая металлическая палуба) обладают высокой надежностью и значительным (до 50 000 ч) ресурсом безотказной работы.
Использование в экстремальных условиях монолитного строительства принципа дублирующих систем (энергообеспечения и термообработки бетона) значительно повышает надежность технологии, исключает возможность проявления деструктивных процессов.
Исследованы различные ситуации возможного аварийного отключения основных систем энергообеспечения и термообработки бетона и перехода на дублирующие системы.
Анализ и оценка расчетных и экспериментальных данных свидетельствуют о создании наиболее негативных условий формирования тепловых полей и твердения бетона при раннем (1-2 ч) аварийном отключении основной системы энергообеспечения.
Оперативный переход на применение дублирующих систем во всех экспериментах и при производственном внедрении обеспечивал исключение негативных процессов в структурообразовании бетона.
Производственное освоение новых технологий монолитного строительства выявило их высокую надежность, сокращение времени изготовления конструкций, I снижение трудовых и материально-энергетических { затрат, высокий технический и технологический уровень монолитного строительства, качество конструкций, отвечающее требованиям СНиП.
Новые технологии монолитного строительства в экстремальных условиях рекомендованы к широкому применению во всех регионах Российской Федерации, особенно в условиях Дальнего Востока и Крайнего Севера,
Выводы: 1. Разработаны и защищены пятью патентами Российской Федерации новые интенсивные критические технологии монолитного строительства в экстремальных условиях, основанные на развитии кондуктивного метода термообработки бетона с применением термоактивных низковольтных опалубочных систем нового поколения "ТОНУС-Комби М".
Опалубочные системы на основе плоских нагревателей массой до 15 кг/м2 с циклом оборачиваемости до 100 оборотов, комбинированные опалубочные системы с греющей металлической палубой с пластиковым покрытием, отечественные и зарубежные опалубки, переоборудованные в термоактивные, обеспечивают эффективное управление процессами тепло-влажностной обработки бетона, включая процессы остывания конструкций.
Управляемые режимы тепловлажностной обработки бетона при удельной мощности опалубочных систем в широком диапазоне 100-1000 Вт/м2 обеспечивают в экстремальных условиях однородные тепловые поля в теле бетона монолитных конструкций различной массивности и достижение бетоном до 70% проектной прочности в течение 1-1,5 суток.
2. Разработана комплексная система обеспечения технологической надежности монолитного строительства в экстремальных условиях, основанная на приме- | нении дублирующих систем.
Ее реализация исключает негативное воздействие на твердеющий бетон случайных факторов окружающей среды при производстве работ в экстремальных условиях, чем обеспечивается однородная структура бетона и высокое качество конструкций.
Повышению надежности технологии способствует смещение процесса твердения бетона в ночные энергозоны минимального энергетического потребления, обеспечивающее также и снижение стоимости работ.
3. Экономический эффект применения новых интенсивных критических технологий монолитного строительств в экстремальных условиях составляет 626,7 тыс. руб. на одну секцию 10-этажного жилого дома. На м3 бетона экономится 50 кВт ч электроэнергии и 1,2 чел.-ч трудозатрат. Цикл твердения бетона сокращается в 3-5 раз.
Автор: Ю. Минаков
Источник: Журнал "Строитель", Справочник специалиста стройиндустрии, 3/2001