Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ

КОМПЛЕКС ПЕРСПЕКТИВНОГО РАЗВИТИЯ ГОРОДА

ТР 80-98

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНИРОВАНИЯ БЕЗОБОГРЕВНЫМ СПОСОБОМ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМОСА И УСКОРЕННОГО ТЕРМОСА

МОСКВА – 1998

Рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса разработаны лабораторией сборного домостроения НИИМосстроя (к.т.н. Ф.С. Белавин, научные сотрудники З.И. Глухова и И.Р. Младова) при участии Мосстройлицензии (Ю.П. Емельянов).

Метод термоса основан на использовании тепла, вводимого в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до ее укладки в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Ускоренный термос - это условное название технологии бетонирования монолитных конструкций без предварительного прогрева исходных материалов или бетонной смеси за счет введения в нее противоморозных добавок, что позволяет: снизить критическую прочность бетона в конструкциях с ненапрягаемой арматурой; сократить время выдерживания конструкций до снятия ненесущей опалубки и утеплителя; бетонировать конструкции при более низких отрицательных температурах наружного воздуха. Ускоренный термос - это технологически простой, удобный и экономически выгодный способ зимнего бетонирования.

Рекомендации разработаны с учетом требований СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», а также с использованием материалов по методам зимнего бетонирования, опубликованных после 1975 года.

Рекомендации согласованы с Управлением развития Генплана, АОХК «Главмосстрой», НИИЖБом Госстроя РФ, ГП «Мосгосэкспертиза».

Правительство Москвы

Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса

ТР 80-98

Комплекс перспективного развития города

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Настоящие рекомендации распространяются на производство бетонных и железобетонных работ в зимнее время с применением термоса и ускоренного термоса при строительстве на территории Москвы и Московской области.

1.2. Замораживание бетона в раннем возрасте отрицательно влияет на его свойства после оттаивания при последующем твердении вследствие необратимого разрушающего воздействия мороза на структуру бетона. Поэтому в соответствии с требованиями главы СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» не допускается замерзание бетона в конструкциях до достижения им критической* прочности, которая должна составлять от проектной:

а) для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой:

для бетонов классов: В15 (М200) и ниже - 50 %

В22,5 - В25 (М300 - М350) - 40 %;

В30 (М400) и выше - 30 %;

б) для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой - 80 %.

* Критической называется прочность бетона, в % от марочной, после достижения которой бетон может быть заморожен без снижения прочности и других показателей в процессе последующего твердения после оттаивания.

Разработаны НИИМосстроем

Внесены:

Управлением развития Генплана

Утверждены:

Первый заместитель руководителя Комплекса перспективного развития города

___________ Е.П. Заикин

«25» декабря 1998 г.

Дата введения в действие

«1» января 1999 г.

1.3. Для достижения бетоном прочности, требуемой проектом при твердении в зимних условиях без искусственного обогрева, технологически наиболее простым и экономичным является метод термоса, основанный на принципе использования тепла, введенного в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до укладки ее в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Общий запас тепла должен соответствовать его потерям при остывании конструкции (при соответствующем утеплении) до набора бетоном заделанной прочности (критической или распалубочной).

1.4. Ускоренный термос расширяет область применения термоса за счет введения в бетон противоморозных добавок, которые обеспечивают твердение бетона при отрицательных температурах без предварительного прогрева исходных материалов и бетонной смеси. Такой бетон, набрав на морозе критическую прочность, после оттаивания и 28-суточного твердения при температуре выше 0 °С приобретает прочность не менее 100 % от R₂₈.

1.5. С целью сокращения сроков твердения бетона ускоренный термос может применяться в сочетании с методами электрообогрева или электропрогрева бетона.

1.6. Ускоренный термос, как и обычный термос, применяют при производстве бетонных и железобетонных работ в зимних условиях при среднесуточной температуре наружного воздуха +5 °С и минимальной ниже 0 °С.

Наиболее экономичные методы выдерживания бетона монолитных конструкций при зимнем бетонировании приведены в табл. 1.

Противоморозные добавки при бетонировании ускоренным термосом следует, как правило, применять в комплексе с пластифицирующими.

1.7. Ускоренный термос позволяет снизить критическую прочность бетона в железобетонных конструкциях с ненапрягаемой арматурой, которая должна составлять от проектной:

для бетонов классов: В15 (М200) и ниже - 30 %;

В22,5 - В25 (М300 - М350) - 25 %;

В30 (М400) и выше - 20 %.

Таблица 1

Выбор наиболее экономичного метода выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций

Вид конструкции

Минимальная температура воздуха, С, до

Способ бетонирования

Массивные бетонные и железобетонные фундаменты, блоки и плиты с М_п*  3

-15

термос

-20

ускоренный термос

Фундаменты под конструкции зданий и оборудование, массивные стены и т.п. с М_п = 3 - 6

-15

термос, ускоренный термос

Колонны, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, свайные ростверки, стены, перекрытия с М_п = 6 - 10

-15

ускоренный термос, ускоренный термос с электропрогревом или электрообогревом

* М_п - отношение суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкций в м² к ее объему в м³. (м^-1).

1.8. При применении ускоренного термоса утепление и ненесущая опалубка могут быть сняты на несколько дней раньше, чем при выдерживании бетона по методу термоса, что видно из рис. 1(а, б).

Несущая опалубка может быть снята при прочности бетона не менее указанной в табл. 2.

Таблица 2

Требуемая прочность бетона при распалубке

Строительные конструкции

Фактическая нагрузка, % от нормативной

свыше 70

70 и менее

прочность бетона, % от проектной

1. Конструкции с напрягаемой арматурой

100

80

2. Колонны, несущие конструкции (балки, ригели, плиты) пролетом 6 м и более

100

80

3. Несущие конструкции пролетом до 6 м, плиты пролетом до 3 м

100

70

Примечания: 1. Загружение распалубленной конструкции полной расчетной нагрузкой допускается после приобретения бетоном проектной прочности.

2. Боковая несущая опалубка может сниматься после достижения бетоном прочности не менее критической, но не ранее момента, определяемого в соответствии с требованиями, изложенными в п. 1.12.

Рис. 1. Время и условия выдерживания бетона марки 200 - 300 на портландцементе марки 400 до снятия ненесущей (боковой) (а) и несущей (б) опалубки:

П_оу - продолжительность выдерживания в опалубке с утеплителем;

П_о - в опалубке без утеплителя;

П’_оу - в опалубке с утеплителем методом термоса.

1.9. Назначение теплоизоляции, условий распалубки конструкций, а также вида и количества вводимой в бетон противоморозной добавки производится исходя из расчетных величин температуры и скорости ветра, приведенных в табл. 3, для зимнего периода в соответствии с требованиями для Москвы главы СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».

Таблица 3

Расчетные величины температуры наружного воздуха и скорость ветра в Москве

Месяцы

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

Скорость ветра, м/с

С

-

-

-8

-19,1

-20,4

-19,1

-13,2

-4,5

-

4,9

1.10. Конструкция опалубки и слой утеплителя должны включать непродуваемые прослойки (толь, пленочные материалы и т.д.). Рекомендуемые конструкции опалубки и коэффициенты теплопередачи опалубок различных конструкций приведены в табл. 16 (приложение 1).

1.11. Температурный режим бетона в конструкции оценивается по контрольной точке, расположенной на глубине 50 мм в середине поверхности бетона в расчетном сечении.

За расчетное сечение на плане конструкции принимается среднее сечение по отношению к наибольшему размеру бетонируемой конструкции.

1.12. При решении вопроса о сроках снятия опалубки или тепловой защиты бетонируемых конструкций необходимо руководствоваться следующим:

а) нельзя допускать распалубку или снятие тепловой изоляции с конструкции, если температура бетона в ее центре продолжает повышаться;

б) снятие опалубки или тепловой защиты конструкции разрешается не ранее достижения бетоном требуемой прочности (см. п.п. 1.2, 1.7, 1.8);

в) опалубка или тепловая изоляция конструкции может быть удалена не ранее момента, когда разность температур между бетоном в контрольной точке и наружным воздухом достигает допустимых пределов: t = 20 °С для конструкций с М_п = 2 - 5 и t = 30 °C для конструкций с М_п  5;

г) примерзание опалубки к бетону не допускается. Снятие ее должно быть осуществлено не позднее достижения температуры +5 °С в контрольной точке конструкции.

2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ И ОСОБЕННОСТИ ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА 2.1. Для приготовления бетонных смесей, выдерживаемых по методам термоса и ускоренного термоса, рекомендуется применять быстротвердеющий и обычный портландцемент и шлакопортландцемент марки М400 и выше, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85* «Портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и их разновидности».

2.2. При изготовлении бетонной смеси с противоморозными добавками не допускается применение глиноземистого и пуццоланового цементов.

2.3. При использовании в качестве противоморозной добавки нитрита натрия содержание в клинкере трехкальциевого алюмината (С₃А) должно быть не более 7 %, а при использовании нитродапа - не более 8 %.

2.4. При предъявлении к бетону с нитродапом требований по морозостойкости марки 100 и более следует применять портландцементы с содержанием С₃А до 6 %, если в проекте нет особых указаний по виду цемента.

2.5. Заполнители для тяжелых и легких бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические требования» и ГОСТ 9757-90 «Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Классификация».

2.6. Заполнители, предназначенные для приготовления бетонов с добавками нитрита натрия и нитродапа, не должны содержать включений реакционноспособного кремнезема (опал, халцедон и др.), взаимодействие которого с едким натром, образующимся при твердении бетона, может привести к коррозии бетона.

2.7. При приготовлении бетонной смеси на неотогретых заполнителях не допускаются включения в них льда, снега, смерзшихся комьев и наледи.

2.8. Вода для затворения бетонной смеси должна применяться обычная водопроводная, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-79.

2.9. В качестве противоморозных добавок рекомендуется применять:

нитрит натрия в водном растворе по ТУ 38-10274-85;

нитрит натрия кристаллический технический (натрий азотистокислый) по ГОСТ 19906-74*;

неслеживающийся нитрит натрия по ТУ 113-05-100-14-91;

нитрат натрия технический по ГОСТ 828-77*Е;

нитродап (водный раствор натриевых солей нитрата, нитрита, хлорида, карбоната с незначительным количеством примесей в виде полуторных окислов) по ТУ 113-05-8-88 (согласовано с ГОРСЭС г. Москвы № 3-22-395 от 16.10.89 г.);

нитрит натрия (в водном растворе) плюс лигносульфонаты технические (ЛСТ) по ОСТ 13-183-83.

Количество противоморозных добавок следует назначать в зависимости от средней температуры наружного воздуха в процентах от массы цемента в пересчете на сухое вещество в соответствии с табл. 4.

Таблица 4

Рекомендуемые количества противоморозных добавок

Температура твердения бетона, °С

Количество безводной соли, % от массы цемента в пересчете на сухое вещество

нитрит натрия (в водном растворе), нитрит натрия кристаллический

неслеживающийся нитрит натрия

нитрат натрия

нитродап

нитрит натрия (в водном растворе) + ЛСТ

от 0 до -5

2 - 3

2

3

2 - 3

2 + 0,2

от -6 до -10

4 - 5

4

5

4 - 6

4 + 0,2

от -11 до -15

6 - 7

6

7

6 - 7

6 + 0,2

от -15 до -20

-

-

-

8

-

2.10. Области применения бетонов для различных типов конструкций и условия их эксплуатации при применении в качестве противоморозных добавок нитрита натрия или нитродапа приведены в табл. 5.

Таблица 5

Области применения бетонов с добавками нитрита натрия и нитродапа (знак «плюс» означает «допускается», знак «минус» - «не допускается»)

№№ п/п

Тип конструкции и условия эксплуатации

Условия применения

1.

Предварительно напряженные конструкции и стыки (каналы) сборно-монолитных и сборных конструкций, кроме указанных в п. 6

+

2.

Железобетонные конструкции с ненапрягаемой рабочей арматурой

+

3.

Железобетонные конструкции, а также стыки без напрягаемой арматуры сборно-монолитных и сборных конструкций, имеющие выпуски арматуры или закладные детали:

а) без специальной защиты стали;

+

б) с цинковыми покрытиями по стали;

+

в) с алюминиевым покрытием по стали;

-

г) с комбинированными покрытиями (щелочестойкими лакокрасочными или другими щелочестойкими защитными слоями по металлизированному подслою)

+

4.

Сборно-монолитные конструкции оконтуривающих блоков толщиной 30 см и более с монолитным ядром

+

5.

Железобетонные конструкции, предназначенные для эксплуатации:

а) в неагрессивных газовых средах;

+

б) в агрессивных газовых средах;

+

в) в неагрессивных и агрессивных водных средах кроме указанных в поз. 5 «г»;

+

г) в агрессивных водных средах при агрессивном воздействии сульфатов или солей и едких щелочей при наличии испаряющих поверхностей;

-

д) в зоне переменного уровня воды;

-

е) в водных и газовых средах при относительной влажности более 60 % (при наличии в заполнителе включений реакционноспособного кремнезема);

-

ж) в зонах действия блуждающих постоянных токов от посторонних источников

+

6.

Предварительно напряженные конструкции, армированные сталью классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, A-IV, A-V

-

7.

Конструкции из бетона на глиноземистом цементе

-

8.

Железобетонные конструкции для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток

-

Примечания: 1. Возможность применения добавок в случаях, перечисленных в п.п. 1 - 3 настоящей таблицы, должна уточняться в соответствии с требованиями п. 5.

2. Ограничения по применению бетонов с добавками, перечисленные в п. 5 «г», «д» и «е», распространяются и на бетонные конструкции.

3. Конструкции, периодически увлажняющиеся водой, конденсатами или технологическими жидкостями, приравниваются к эксплуатируемым при относительной влажности воздуха более 60 %.

2.11. Ориентировочно минимальный набор прочности бетона с противоморозными добавками, выдержанного при отрицательной температуре, должен быть не ниже приведенного в табл. 6.

При использовании быстротвердеющих портландцементов приведенные величины умножаются на коэффициент 1,2.

2.12. Применение противоморозных добавок в бетонах должно вестись в соответствии с требованиями ВСН 46-96 «Указания по приготовлению и применению в зимних условиях бетонов с добавкой нитрита натрия» и ВСН 3-89 «Инструкция по применению нитродапа (на основе натриевой селитры) в качестве противоморозной добавки в тяжелых бетонах монолитных конструкций».

Таблица 6

Нарастание прочности бетона с противоморозными добавками

Противоморозная добавка

Цемент

Температура твердения бетона, °С

Прочность бетона, % от R₂₈ при твердении на морозе через число суток

7

14

28

90

Нитрит натрия (в водном растворе)

портландский

-5

25

40

60

100

-10

15

25

35

70

Нитрит натрия кристаллический

-“-

-15

5

10

20

50

Нитродап

портландский

-5

25

40

60

100

-10

15

25

35

70

-15

5

10

20

50

шлакопортландский

-5

15

25

45

90

-10

10

15

25

60

-15

-

5

15

40

2.13. Применение бетона с противоморозными добавками возможно в сочетании с поверхностно-активными веществами (ПАВ) в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоне» (Стройиздат, М., 1981 г.)

Расход воды и соответственно цемента в бетонной смеси при введении ПАВ, пластификаторов и ускорителей твердения уменьшается примерно на 10 %.

2.14. Подбор состава бетона, укладываемого в зимних условиях методами термоса и ускоренного термоса, следует производить любым проверенным на практике способом, обеспечивающим получение бетона с заданными свойствами в установленные сроки при минимальном расходе цемента.

Состав бетона уточняется лабораторией путем приготовления его из имеющихся в наличии материалов.

Осадка конуса при укладке в опалубку определяется при рабочей температуре бетонной смеси и должна соответствовать требованиям, приведенным в табл. 7. При производстве работ в зимнее время следует стремиться к уменьшению подвижности смеси, так как это способствует ускорению твердения бетона в начальные сроки.

Таблица 7

Осадка конуса бетонной смеси при укладке в опалубку в зависимости от массивности конструкций и насыщения арматурой

Конструкции

Осадка конуса, см

Массивные неармированные или малоармированные (фундаменты, блоки массивов, подпорные стенки) с М_п  3

1 - 3

Массивные армированные конструкции (плиты, балки, колонны большого и среднего сечения) с М_п  5

3 - 6

Железобетонные конструкции 5  М_п  12, сильно насыщенные арматурой, конструкции, бетонируемые в скользящей опалубке

6 - 8

Подготовка под фундаменты и полы, основания дорог и аэродромов

0 - 3

2.15. Водоцементное отношение в бетонах, укладываемых в зимнее время, следует снижать до минимально возможного и оно не должно превышать величин, приведенных в табл. 8.

Таблица 8

Зависимость между проектной маркой бетона, маркой цемента и водоцементным отношением

Проектная марка бетона

Водоцементное отношение при марке цемента

200

400

500

150

0,65

-

-

200

0,55

0,65

-

300

0,38

0,45

0,5

400

-

0,38

0,4

500

-

-

0,38

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОСТЫВАНИЯ, ПРОЧНОСТИ БЕТОНА И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА КОНСТРУКЦИЙ 3.1. При выдерживании бетонных и железобетонных конструкций по методам термоса или ускоренного термоса температурный режим зависит от:

размеров и формы конструкций;

температуры бетона после его укладки в опалубку;

тепловой изоляции;

теплофизических свойств бетона и железобетона (теплоемкости, теплопроводности);

экзотермии цемента;

температуры наружного воздуха и скорости ветра.

3.2. Прогнозирование температурного режима бетонных или железобетонных конструкций необходимо для определения:

времени остывания бетона и величины набранной им за это время прочности;

величины термического сопротивления изоляции, требуемой для достижения бетоном заданной прочности в установленные сроки при известных начальных и граничных условиях;

оптимальной величины термического сопротивления изоляции, обеспечивающей наряду с набором требуемой прочности бетоном также и формирование благоприятного термонапряженного состояния конструкции;

характера распределения температуры бетона в конструкции для решения вопроса о назначении сроков ее распалубки.

3.3. Для определения перечисленных параметров разработаны несколько методик расчета, две из которых приведены в приложениях 1, 2.

3.4. В приложении 1 приведен наиболее простой и достаточно надежный для практических целей расчет по методу Б.Г. Скрамтаева с уточнениями С.А. Миронова.

Расчет позволяет определить прогнозируемое время остывания бетона и соответствующую прочность бетона по графикам, а также установить конструкцию опалубки и теплоизоляции.

В основу расчета положена зависимость между начальным теплосодержанием бетонной смеси, уложенной в конструкцию с учетом тепловыделения и теплопотерь в окружающую среду при остывании бетона в стационарном тепловом потоке и потерь тепла на нагрев опалубки и арматуры. Расчетом учитывается также изменение термического сопротивления опалубки в зависимости от скорости ветра.

3.5. В приложении 2 приведен табличный метод расчета температурного режима бетонных и железобетонных изделий, выполненный на ЭВМ по методу В.С. Лукьянова (ВНИПИтеплопроект).

Решение задачи заключается в отыскании по известным начальным условиям (виду и марке бетона, марке и расходу цемента на 1 м³ бетона, начальной температуре бетона и температуре наружного воздуха и требуемой к моменту распалубки прочности бетона) необходимого термического сопротивления опалубки, конечной температуры бетона и времени окончания выдерживания конструкции.

По величине выбранного термического сопротивления опалубки выполняется выбор конструкции опалубки и расчет толщины слоев теплоизоляции. В тех случаях, когда конструкция опалубки задана, по таблицам может быть подобрана необходимая величина начальной температуры бетона, а также время окончания выдерживания бетона для получения им соответствующей величины прочности.

3.6. При проведении расчетов длительности остывания бетонов термическое сопротивление укрытия поверхностей без опалубки следует принимать равным термическому сопротивлению опалубки и изоляции.