7 Материалы и методы защиты (Читай вместе с ГОСТ Р 54851-2011)

ГЛАВА 7
Материалы и методы защиты (Читай вместе с ГОСТ Р 54851-2011)

7.1. Введение

Бетон, уложенный в течение холодного периода, должен выдерживаться при температуре по возможности близкой к указанной в Строке 1 Таблицы 3.1 в течение времени, рекомендованного в Таблице 5.3, до тех пор пока прочность конструкции не достигнет предварительно обусловленных значений. Специальная система защиты необходима для поддержания необходимой температуры с учетом факторов наружной температуры, геометрии структуры и состава бетонной смеси. В некоторых случаях достаточно укрыть бетон укрывочным материалом и использовать тепло реакции гидратации для поддержания температуры на рекомендованном уровне. В более экстремальных случаях может быть необходимым обустройство тепляков и применение обогревателей для поддержания желаемой температуры.

 7.2. Укрывочные материалы

Так как большинство тепла от реакций гидратации выделяется в первые трое суток, то нагрев от внешних источников для предотвращения замерзания может не понадобиться, если тепло сохраняется. Тепло от реакций гидратации может быть сохранено при использовании укрывочных одеял на неотформованных поверхностях и теплоизоляционных форм. Для обеспечения эффективности сохранения тепла изолирующие материалы должны плотно прилегать к поверхности бетона или опалубки. По обыкновению используются следующие материалы:

7.2.1. Листы вспененного полистирола (полиэтилена) Таковые могут быть вырезаны по форме и вставлены между каркасами опалубки или приклеены к месту крепления.

7.2.2. Полиуретановая пена (из баллончиков). Пена может быть нанесена на тыльную поверхность формы, создавая постоянный защитный слой. Стойкая, погодоустойчивая эмаль должна быть нанесена поверх полиуретановой пены для уменьшения поглощения воды и защиты от разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения. Полиуретановая пена должна применяться с осторожностью, она выделяет токсичные вещества при горении.

7.2.3. Одеяла из вспененного поливинила — этот материал представляет собой податливые одеяла из вспененного поливинила с экструдированной поливиниловой подкладкой. Одеяла могут иметь встроенные греющие провода.

7.2.4. Минеральная вата поставляется в больших рулонах. Необходимо использовать поверх иного материала, во избежание прилипания к поверхности бетона. (Очень вольный перевод).

7.2.5. Солома — солома до сих пор популярна хотя он не столь эффективна, как одеяла или маты. Недостатки соломы — это ее объемность, пожароопасность и нужда в защите от влаги. Промасленный брезент, полиэтиленовая пленка или промасленная бумага должна быть использована в качестве защитного укрытия от ветра и дождя. (Жаль, что набитым зазря текстом укрыть бетон нельзя).

7.2.6. Теплоизоляция из одеял и ваты должна адекватно защищать от ветра, дождя, снега. Материал с закрытыми порами имеет преимущества в силу его влагостойкости.

 7.3. Выбор защитного материала

Температурограммы твердеющего бетона раскрывают эффективность различных количеств и типов укрывочных материалов (и других методов) для разных погодных условий и типов бетона. С использованием температурограмм могут быть сделаны подходящие модификации для методов защиты или защитных материалов. Дополнительные методы оценки температур, которые могут поддерживаться различными защитными приспособлениями для заданных погодных условий были описаны (Tuthilletal. 1951; Mustard and Ghosh, 1979). Как упоминается в разделе 7.2, теплота гидратации высока в течение нескольких дней после укладки бетонной смеси и постепенно понижается впоследствии. Таким образом, защитное снаряжение для поддержания необходимой температуры в течение периода ухода за бетоном важнее в продолжительном периоде, нежели, чем в коротком. С точки зрения опалубщика, наоборот, бетон, предназначенный для защиты в течение 3 суток, может быть подвергнут распалубке при температурах более низких, чем бетон, предназначенный к уходу в течение 7 суток. (В дебильной российской реальности опалубщик сдирает опалубку после первых суток, греет руки на теплом бетоне, потом все трещит, потом трещины замазываются).

Основываясь на рекомендациях данного отчета, Таблица 7.3.1, 7.3.2, 7.3.3 и 7.3.4, Рис. 7.3.1, 7.3.2, 7.3.3 и 7.3.4 можно отметить минимальную температуру воздуха, при которой бетонные стены или плиты различной толщины могут быть открыты при различных значениях сопротивления теплопроводности укрывочных материалов, при различных типах цемента в расчете на 3 или 7 суточный период ухода за бетоном. Для периода ухода за бетоном меньше 3 суток могут быть использованы таблицы и графики для 3 суток. Для периода ухода за бетоном между 3 и 7 суток может быть использована интерполяция между значениями таблиц и графиков. Для этих графиков и таблиц предполагается, что температура свежеуложенного бетона 10 °С.

Эти графики и таблицы могут быть также использованы для определения требуемого сопротивления теплопроводности изолирующих материалов для различных условий. Толщина выбранных изолирующих материалов, которая необходима для получения необходимых защитных свойств может быть вычислена исходя из предположения, что защита применяется к внешней поверхности стальных форм. Когда применяется 20 мм фанерная опалубка, значение сопротивления теплопроводности R 0,17 для фанеры должно быть прибавлено к значению R укрывочных материалов. Значения, указанные в таблицах и графиках, основаны на предположении, что скорость ветра не более 24 км/ч. При более высокой скорости ветра эффективность приведенных толщин защитных материалов уменьшается. Однако, при скорости ветра 48 км/ч уменьшение в пересчете на значение сопротивления теплопроводности R составляет 0,1. Таким образом, для практических целей, эффектом скорости ветра при определении толщины защитного материала можно пренебречь.

(Судя по их же таблицам 0,1 м² × К/Вт это ой, ой, как много и пренебрегать никак нельзя).

Углы и края конструкции в особенности чувствительны в течение холодного периода. Таким образом, толщина защитных материалов для этих частей должна быть увеличена в три раза по сравнению с толщиной, рекомендуемой для стен или плит. Прибавим, что таблицы и графики сделаны для цемента, имеющего теплоту гидратации сходной с Cem 1. Для Cem 2 и молотого гидравлического вяжущего с умеренной теплотой гидратации требования к параметрам защиты, приведенные в таблицах и графиках, должны быть увеличены на 30%. Если применяются другие типы цементов или вяжущего, то схожие пропорциональные изменения должны быть произведены в количестве утеплителя (Tuthilletal,1951; Mustard and Ghosh, 1979). Утепление сверх рекомендованных параметров не должно применяться потому, что это увеличивает температуру бетонного монолита сверх рекомендованного уровня, что, в свою очередь увеличивает продолжительность периода постепенного охлаждения, увеличивая термоусадочное трещинообразование и увеличивая риск трещинообразования от температурного шока (явление, не описанное толково в отечественной литературе).

7.3.1. Пример — следующий пример иллюстрирует, как определить необходимую толщину теплоизоляции для данных условий.

Задача — Подрядчик предполагает необходимость возведения стены 0,46м толщины в условиях, когда температура воздуха будет −18С. Бетон будет иметь содержание цемента 296кг/м3. Нет требований к ранней прочности бетона, однако будет применен трехсуточный уход за бетоном. Опалубка изготовлена из 19мм фанеры. Заказчик желает применять плоские листы пенопласта для теплоизоляции. Какова должна быть толщина пенопласта.

Решение — Таблица 7.3.2 или График 7.3.2 может быть использован для разрешения проблемы. В соответствии с таблицей 7.3.2 сопротивление теплопроводности в 0,7м² × К/Вт достаточно для защиты при внешней температуре —16 °С, которая близка к ожидаемой температуре. Поскольку фанерная опалубка также будет служить целям защиты, требуемая дополнительная защита должна иметь сопротивление теплопроводности R=0,70—0,17=0,53м² × К/Вт. Обращаясь к таблице 7.3.5 можно увидеть, что 25 мм лист пенопласта имеет значение R 0,7м² × К/Вт. Однако, пенопласт 19 мм толщины будет использован для необходимой дополнительной защиты.

Рис. 7.3.1 Минимально допустимые температуры воздействия на бетонные плиты уложенные не на грунт и бетонные стены, определяемые как функция от толщины, R-значения сопротивления теплопередаче и содержания цемента.

(в течение 7 сут, для поддержания температуры монолита 10С, в опалубке со значением сопротивления теплопроводности R)

 Таблица 7.3.1 Минимальные температуры воздуха требуемые для поддержания температуры ухода 10С при твердении бетона в течение 7 суток, укрытого материалом со значением сопротивления теплопередаче R

 Рис. 7.3.2 Минимально допустимые температуры воздействия на бетонные плиты уложенные не на грунт и бетонные стены, определяемые как функция от толщины, R-значения сопротивления теплопередаче и содержания цемента.

(в течение 3 сут, для поддержания температуры монолита 10С, в опалубке со значением сопротивления теплопроводности R)

 Таблица 7.3.2 Минимальные температуры воздуха требуемые для поддержания температуры ухода 10С при твердении бетона в течение 3 суток, укрытого материалом со значением сопротивления теплопередаче R. Плита или стена по основной части не имеет контакта с грунтом.

 Рис. 7.3.3 Минимально допустимые температуры воздействия на бетонные плиты уложенные на грунт с температурой 2С, определяемые как функция от толщины, R-значения сопротивления теплопередаче и содержания цемента.

(в течение 7 сут, для поддержания температуры монолита 10С, с покрывалом со значением сопротивления теплопроводности R)

Таблица 7.3.3 Минимальные температуры воздуха требуемые для поддержания температуры ухода 10С при твердении бетона в течение 7 суток, укрытого материалом со значением сопротивления теплопередаче R. Плита или стена по основной части примыкает к грунту с температурой 2С.

*Для поддержания в бетоне 10С дополнительно требуется подогрев

Рис. 7.3.4 Минимально допустимые температуры воздействия на бетонные плиты уложенные на грунт с температурой 2С, определяемые как функция от толщины, R-значения сопротивления теплопередаче и содержания цемента.

(в течение 3 сут, для поддержания температуры монолита 10С, с покрывалом со значением сопротивления теплопроводности R)

Таблица 7.3.4 Минимальные температуры воздуха требуемые для поддержания температуры ухода 10С при твердении бетона в течение 3 суток, укрытого материалом со значением сопротивления теплопередаче R. Плита или стена по основной части примыкает к грунту с температурой 2С.

*Для поддержания в бетоне 10С дополнительно требуется подогрев

Таблица 7.3.5 Сопротивление теплопередаче различных укрывочных материалов.

7.4. Тепляки

Тепляки, возможно, наиболее эффективные меры защиты и, вместе с тем, самые дорогие. Необходимость тепляка зависит от природы конструкции и погодных условий (ветер, снег). Опыт показал, что они в основном необходимы при температуре воздуха менее 20 °С. Строители, пытающиеся бетонировать без тепляка при таких низких температурах, будут встречать сопротивление рабочих и затруднения с матчастью, что в конечном счете, приведет к поврежденной конструкции.

Тепляк блокирует ветер, сохраняет от холодного воздуха, предотвращает потери тепла. Тепляки могут быть сооружены из гибких материалов обладающих меньшей стоимостью и удобных для быстрого возведения и демонтажа. Тепляки, построенные из жестких материалов, более эффективны против ветра и для поддержания температуры по периметру (равномерность распределения температур). Тепляки должны быть способны противостоять ветровой и снеговой нагрузкам и быть относительно воздухонепроницаемыми. Достаточное пространство между бетоном и стенкой тепляка должно быть обеспечено для циркуляции теплого воздуха. Достаточное пространство в головной части тепляка должно быть предусмотрено для возможности эффективной работы строителей.

Теплом тепляк может снабжаться острым паром, горячим воздухом от электрических и дизельных пушек различных типов. Хотя нагревание острым паром обеспечивает идеальные условия ухода за бетоном, пар, также может вызывать обледенение периметра тепляка. Тепловые пушки и вентиляционные каналы должны быть расположены таким образом, чтобы не перегревать или не пересушивать бетонные поверхности. В течение периода ухода за бетоном бетонная поверхность не должна взаимодействовать с воздухом, разогретым до температуры более 11 °С относительно минимально допустимой температуры свежеуложенного бетона приведенной в Строке 1 Таблицы 3.1. В противном случае требуется перерасчет метода ухода за бетоном.

При использовании дизельных пушек должен быть обеспечен приток свежего воздуха для предотвращения реакции углекислого газа с поверхностью бетона. При избыточной карбонизации поверхность бетона будет слабой (пылящей).

Дизельные пушки непрямого нагрева имеют теплообменник в камере сгорания и не подают продукты сгорания в отапливаемую область. Выхлопные газы выводятся из камеры сгорания в атмосферу. Хотя, пушки непрямого нагрева энергетически менее эффективны по сравнению с пушками прямого нагрева, они могут применяться для ухода за финишным полом или из соображений безопасности. Тот факт, что пушка прямого нагрева располагается за пределами тепляка и горячие газы поступают в тепляк через вентиляционные каналы, не означает, что выхлопные газы свободны от диоксида углерода.

При нагреве тепловыми пушками контроль должен обеспечиваться постоянно, и подходящая противопожарная экипировка должна быть наготове рядом с местом проведения работ.

 7.5. Внутренний электрический нагрев

Бетон может разогреваться изнутри при использовании встроенного спирального и изолированного резистора (электрода). Ток низкого напряжения проходит через греющие провода, которые встроены в поверхностный слой бетонного монолита по определенной схеме. Внутренняя температура бетона может быть поднята до любого требуемого уровня посредством выбора подходящего расположения или объединения нагревательных элементов. Постепенное охлаждение может контролироваться попеременным отключением тока, проходящего через нагревательные элементы. Нагревание обычно начинают после завершения периода схватывания через 4–5ч, в зависимости от характеристик схватывания бетона. Таким образом, теплоизолирующие формы требуются только для предотвращения замерзания бетона в период схватывания и уменьшения потерь тепла, когда нагревательные элементы не используются. Потери влаги от испарения через не закрытые опалубкой поверхности должны быть предотвращены посредством укрывания поверхности пластиковой пленкой. Температура бетона должна контролироваться на предмет отсутствия превышения рекомендованных параметров.

 7.6. Укрытие после укладки.

Брезент или другой легко переносимый укрывочный материал располагается на козлах или других рамных опорах, которые устанавливаются сразу по окончании бетонирования. (в этом предложении я не смог понять, о чем пишет автор, думаю он и сам не понял, поэтому не перевожу). Защита особенно важна в случае применения легкого бетона. Малая скорость теплопередачи в легком бетоне приводит к быстрому замерзанию поверхности в сравнении с обычным тяжелым бетоном. (подвод тепла к поверхности из внутренних областей конструкции происходит намного медленнее, чем теплоотдача во внешнюю среду).

 7.7. Временное снятие защиты

Тепляк с поддержанием условий ухода должен оставаться на месте до окончания периода ухода за бетоном. Секции тепляка могут быть частично разобраны для того, чтобы позволить установку дополнительной опалубки или провести бетонирование, но расписание этих работ должно быть составлено таким образом, чтобы гарантировать невозможность замерзания ранее уложенного бетона. Разобранные секции должны быть возвращены на место сразу после окончания опалубочных или бетонных работ. Период, в течение которого защита временно снималась, не учитывается в учете установленного периода ухода за бетоном. Время, потерянное для ухода за бетоном в период разборки тепляка, должно быть компенсировано двойным количеством потерянных температуро-часов прежде, чем продолжить отсчет времени ухода за бетоном.

Для примера: защита была временно снята на 6 часов, и температура поверхности упала на 8С ниже минимально значения, приведенного в Таблице 3.1, недостаток защиты оценивается в 48 температуро-часов. Однако, период ухода за бетоном должен быть увеличен на 96 температуро-часов.

 7.8. Теплоизолирующая опалубка

Когда применяется утепленная опалубка в обогреваемом тепляке, температура поверхностного слоя и внутренних областей бетонного монолита должна контролироваться с целью недопущения нагрева бетона выше необходимого. Эта рекомендация применима в особенности к массивным конструкциям.