Archive for the ‘ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ’ Category
Грунт имеет трехфазную структуру, состоящую из твердых частиц (минеральных), жидкой фазы (воды) и газового заполнения (воздуха, газа и водяных паров). Изменение температуры окружающей среды оказывает существенное влияние в основном на жидкую фазу — воду, которая замерзает при температуре ниже 0°С и превращается в лед. Замерзание воды в грунте вызывает превращение всего трехфазного грунтового комплекса в монолитное тело. При этом в несколько (2…5) раз возрастает прочность на сжатие, разрыв, дробление и срез мерзлого грунта. Предел прочности на растяжение мерзлых грунтов изменяется только на 20…40%.
Скорость и глубина промерзания грунтов зависят от химико-минералогической природы, влажности, плотности, температуры, механического состава, степени оструктуренности грунта.
Для грунтов одного состава прочность в мерзлом состоянии главным образом зависит от их влажности до замерзания. В обычном состоянии гигроскопическая влажность песков не превышает 1%, лёсса (пыли) — 7%, глины — 17% массы сухого вещества. Более влагонасыщенные грунты с наступлением морозов промерзают быстрее и на большую глубину. Глубина промерзания грунта зависит от длительности воздействия отрицательных температур наружного воздуха, что характеризуется числом градусо-дней отрицательной температуры наружного воздуха до начала разработки грунта (рис. 11.3).
Нормативные глубины промерзания грунтов на территории стран СНГ достигают 2 м и для приближенных расчетов принимаются в соответствии со СНиП 23-01-99. При снеговом покрове толщиной более 250 мм глубина промерзания грунта уменьшается на 15…30%. Естественное оттаивание грунта длится 20…40 дней после прекращения морозов.
Выбор способов разработки грунтов в зимнее время определяется физико-механическими свойствами и глубиной промерзания грунта, объемом и местом производства земляных работ, метеоро-
Рис. 11.3. График примерной глубины промерзания грунта в зависимости от температуры воздуха и длительности промерзания
логическими и гидрогеологическими условиями, наличием энергоресурсов, машин и механизмов. Выбор способа производства земляных работ в зимних условиях зависит также от того, будут ли грунт просто удалять в отвал или впоследствии укладывать в насыпь, засыпать в траншеи и т. п.
Мерзлые грунты обладают сопротивлением сжатию и уплотнять их до требуемой плотности очень трудно. Разрыхленные взрывами или машинами крупные мерзлые комья грунта не поддаются уплотнению современными машинами и механизмами. Без предварительной подготовки мерзлый грунт можно разрабатывать экскаватором с ковшом объемом 0,5 м3 при толщине мерзлого слоя до 25 см, с ковшом объемом более 1 м3 при толщине слоя до 40 см. Разработка мерзлых грунтов механизмами при глубине промерзания более 40 см производится посредством скалывания или разрезки на блоки. Разрушение мерзлого грунта скалыванием по затратам энергии в 10 раз меньше, чем резанием.
Оттаивать мерзлые грунты следует на глубину 25…40 см до температуры 1,5…0,5°С, так как при более высоких положительных температурах освобождающаяся влага увеличивает вязкость грунтов и становится труднее их разрабатывать механизмами. 45% общего количества теплоты расходуется на скрытую теплоту плавления льда при оттаивании фунта, и лед полностью переходит в воду при нагреве мерзлого фунта до температуры 2…3°С.
Зимние земляные работы, как правило, выполняют узким фронтом, отогрев промерзшего грунта ведется на ограниченных площадях без перерывов (круглосуточно). При вынужденных перерывах в работе землеройных машин и механизмов, превышающих время начала замерзания грунта, участок работ должен быть утеплен и в случае необходимости возобновлен обогрев. По технико-экономическим соображениям наиболее полно повышенным требованиям производства зимних земляных работ в условиях строительства отвечают способы поверхностного прогрева промерзшего фунта и разработка его обычными землеройными экскаваторами с ковшом объемом 0,25…0,5 м3или электрифицированными механизмами и инструментом.
Окрасочные работы внутри помещений обычными красками производятся при температуре не ниже 8° и не выше 30°С без интенсивного сквозного проветривания.
Если приготовленные на воде окрасочные составы нанести на замерзшую штукатурку, то сверху образуется дополнительный ледяной слой (пленка), который с наступлением тепла неравномерно оттаивает, из-за чего краска подтекает, выцветает, отслаивается и шелушится. Поэтому зимние составы не должны содержать воду.
Для применения зимой рекомендуются перхлорвиниловые и полистирольные краски, в которых в качестве растворителя применяются сольвент, ксилол или аналогичные летучие вещества, не замерзающие и испаряющиеся при низких температурах. В результате нанесения таких красок на поверхности образуются окрасочные пленки, обладающие высокой морозостойкостью, прочностью сцепления с различными материалами и воздухопроницаемостью (в отличие от масляных красок), что очень важно при окраске в зимних условиях.
Перхлорвиниловыми красками можно покрывать штукатурные, каменные и бетонные поверхности при температуре наружного воздуха до -25°С, цементно-перхлорвиниловыми — при температуре воздуха не ниже -5°С, полистирольными — при температуре воздуха до -40°С.
Поверхности, окрашиваемые синтетическими красками, должны иметь влажность не более 8%. Гидроизоляцию устраивают с применением рулонных материалов и битумных мастик, причем в зимнее время на открытом воздухе при температуре не ниже -20°С (СНиП 3.04.01-87). Перед нанесением битумных растворов или мастик поверхности должны быть высушены и прогреты до 15°С. Битумы нагревают до 180…220°С.
При производстве кровельных и гидроизоляционных работ в зимних условиях чаще применяют холодные битумные и асфальтовые пасты и мастики, подогреваемые до температуры не ниже 70°С. Пасты и мастики готовят на незамерзающей жидкости — водном растворе этиленгликоля (в соотношении 25…45% этиленгли-коля и 75…55% воды) с содержанием его в пасте в количестве 9… 17% в зависимости от температуры наружного воздуха. С использованием холодных битумных и асфальтовых паст и мастик можно производить кровельные и гидроизоляционные работы при температурах наружного воздуха до -30°С. Вода, содержащаяся в битумных пастах, по мере их остывания поглощается пористыми основаниями и испаряется, оставшаяся часть воды должна быть незначительной, чтобы при замерзании не нарушить (ослабить) сцепления битума с изолируемыми поверхностями строительных конструкций. Процессы замерзания воды и возможные вредные последствия (образование тонких ледяных пленок между поверхностями строительных конструкций и наносимыми растворами и составами, а также кристаллов льда в твердеющих растворах и пленочных покрытиях и т. п.) примерно одинаковы для кладочных и штукатурных растворов, бетонной смеси, окрасочных составов и битумных паст.
|
Габаритные размеры, мм |
3200 х 1600×50 |
|
Масса, кг |
30 |
|
Напряжение, В |
36…60 |
|
Мощность, кВт |
0,5…1 |
|
Температура нагрева поверхности, °С |
25…80 |
|
Расход электроэнергии за 1 ч, кВт-ч |
0,3…0,5 |
Электропитание ТЭМ осуществляется через трехфазные понижающие трансформаторы (380/220/-60/36 В мощностью 20…30 кВт) и приборы, монтаж которых производится в виде передвижных электротехнических установок (ПЭУ) на автоприцепах, в шкафах-контейнерах или переносных электрощитов с отдельно располагаемыми трансформаторами.
|
Марка бетона |
Прочность бетона до замораживания не менее |
Время выдерживания бетона при 15…20°С, сут |
|
|
% от Rn* |
кгс/см2 (МПа) |
||
|
100 |
50 |
50 (4,9) |
5…7 |
|
200 |
40 |
80 (7,8) |
3…5 |
|
300 |
35 |
100(9,8) |
2…2,5 |
|
400 |
30 |
120(11,8) |
1,5…2 |
|
500 |
30 |
150(14,7) |
1,5…2 |
* R,B — прочность, достигаемая бетоном через 28 дней.
Необходимо также учитывать передвижение воды, находящейся в порах и капиллярах кирпича, шлакоблоков, штукатурки, бетона с возможным образованием льда на границе раздела двух материалов, например штукатурного раствора и оштукатуриваемой повер-
шанных растворов необходимо примерно 30-40% воды (от массы цемента или смешанных вяжущих), то в этих растворах до температуры — 3°С будет столько жидкой воды, сколько ее необходимо для химических реакций. При более низкой температуре в растворе наблюдается недостаток воды, он обезвоживается, так как вода переходит в лед. При замерзании вода увеличивается на ‘/12 в объеме и вызывает частичное разрушение структуры раствора, понижение прочности его сцепления с каменной или другой поверхностью. Поэтому важно, чтобы замерзание раствора или бетонной смеси происходило после того, как химически будет связано возможно большее количество воды, а слабосвязанной и свободной воды, способной превратиться в лед, останется меньше. Особенно вредным является многократное замерзание и оттаивание растворов в начальный период твердения.
Примером рационального использования этих явлений служат каменная кладка и штукатурные работы в зимних условиях с применением подогретых смешанных растворов. Нанесенный на сухие кирпичные или шлакоблочные поверхности смешанный подогретый раствор сохраняется без разрушения благодаря тому, что часть воды из раствора впитывается этими поверхностями до замерзания раствора, другая часть воды испаряется с открытых поверхностей. Оставшаяся вода заполняет лишь около половины объема пор твердеющего раствора и поэтому не может при замерзании разрушить штукатурку или каменную кладку. Для регулирования процессов твердения растворов и бетонов при низких температурах применяют различные химические добавки: в качестве ускорителей твердения — хлористый кальций, соду и лоташ, а также добавки, способствующие понижению температуры замерзания растворов — хлористый натрий (поваренная соль), нашатырь, нитрит натрия и другие вещества.
Соли в штукатурные и кладочные растворы вводят в следующих количествах (от массы воды затворения): при морозах до -5°С — 3% NaCl или СаС12; до-15°С-5% NaCl или СаС12 либо 3% NaCl и 2% СаС1, вместо 5%-ной добавки одной из этих солей.
Добавки поташа в количестве 3…4% массы сухой смеси рекомендуется вводить в строительные растворы следующих составов: 1 : 3 (цемент: песок), сложные — 1 : 0,1 : 3,5 (цемент : известь : песок) и 1 : 0,4 : 4,2 (цемент : глина : песок). Существенными недостатками применения поташа являются ускорение сроков схватывания и неудобство укладки растворов и бетонных смесей через 10-20 мин после затворения.
Нитрит натрия в количестве 5…10% массы цемента обеспечивает твердение цементного или смешанного раствора при морозах только до -10°С. Нитрит натрия и поташ в процессе твердения бе-
тона приводят к образованию едких щелочей, вследствие чего запрещается употреблять их в качестве противоморозных добавок при изготовлении конструкций, эксплуатируемых в водной или очень влажной среде. Кроме того, применение любой соли натрия сопровождается появлением выцветов, а добавки хлористых соединений дают высыпы на поверхностях бетона, штукатурки и т. п.
Для повышения качества этих растворов и смесей добавляют сульфитно-спиртовую барду в количестве до 3% массы цемента, что увеличивает их подвижность, а также период удобоукладыва-емости до полутора часов.
В практике широкое распространение получил метод термоса и электрообогрева. Метод термоса обеспечивает в зимних условиях частичное твердение цементных растворов и бетонов за счет их применения в теплом состоянии. Для этого материалы, которые входят в состав растворов и бетонов, предварительно подогревают. Некоторая часть тепла в последующем дополнительно выделяется цементом в процессе гидратации и твердения. Метод позволяет на первоначальной стадии процесса получить необходимую монтажную прочность конструкций и изделий (до 30…50% марочной прочности). Затем раствор или бетон постепенно охлаждается и замерзает. Процессы твердения замедляются и иногда приостанавливаются до потепления наружного воздуха, после чего восстанавливаются и раствор или бетон достигает полной марочной прочности.
Электродный прогрев бетона бывает нескольких видов. Для прохождения тока используют пластинчатые полосовые или стержневые электроды.
Чаще всего бетон подогревают металлическими стержневыми электродами, которые закладывают в него параллельными рядами. Соседние или противостоящие электроды соединяют с проводами разных фаз переменного электротока пониженного (51… 106 В) или повышенного (120…220 В) напряжения. При этом между электродами образуется электрическое поле, где электрическая энергия превращается в тепловую, прогревающую бетон.
Электроток включают через 1,5…2 ч после укладки бетона, имеющего температуру не ниже 5°С. Повышение или понижение тем-
Рис. 11.1. Бункер с пластинчатыми электродами для разогрева готовой бетонной смеси: 1 - пластинчатый электрод, 2 - отбойный брус, 3 - петля для подьема бункера, 4 - корпус бункера из листовой стали, 5 - токоподводящие устройства, 6 - трубы, приваренные по контуру к пластинчатым электродам, 7- вибратор, 8 - крепление защитного заземления, 9 - затвор для выгрузки бетонной смеси, 10 - порожек, / 1 - листовая резина для электроизоляции днища бункера пературы прогреваемого бетона регулируют изменением напряжения тока или отключением части электродов. В некоторых случаях роль электродов выполняет арматура железобетонных конструкций, по которой пропускают электроток. Электродный способ прогрева бетона имеет ряд существенных недостатков. Главные из них: отрицательное влияние арматуры и металлических форм на равномерность прогрева, отсутствие эффективных способов электроизоляции бортов форм и арматуры, простых и надежных способов подведения электротока к бетону и т. п.
Предварительный электроразогрев готовой бетонной смеси проводят в бункерах, бадьях или ящиках с помощью погружаемых трехпластинчатых электродов в смесь (рис. 11.1). Бетонную смесь подогревают до температуры 60…80°С, что должно ускорить твердение бетона на морозе, повысить прочность и качество. Готовая бетонная смесь при значительных затратах электроэнергии (40…60 кВт • ч/м3) разогревается до требуемой температуры за 5…20 мин. Горячую бетонную смесь быстро укладывают, а затем выдерживают термосным способом. Без дальнейшего дополнительного обогрева бетон приобретает прочность около 50% марочной.
Преимущество этого метода в том, что электропрогрев бетонной смеси проводится не в конструкциях, его осуществлению не мешает уложенная арматура, повышается безопасность ведения работ с применением электрооборудования. Бетонирование горячими смесями сокращает продолжительность тепловой обработки конструкций или изделий за счет предварительной гидротации и повышенного тепловыделения цемента после его электрообработки. Но предварительный электроразогрев резко уменьшает подвижность и повышает расслаиваемость бетонной смеси, т. е. значительно ухудшает ее технические свойства.
Кроме того, в бетонных смесях, нагретых до высокой температуры (50…70°С), происходит значительное расширение неоднородных компонентов, содержащихся мелких пузырьков воздуха и образующихся водяных паров, которые в последующем при охлаждении в разной степени уменьшаются в объеме и вызывают температурные деформации в уложенном бетоне, что приводит к образованию трещин или каверн. Это один из серьезных недостатков применения горячих смесей в технологии бетона. Уменьшения количества пор или каверн в бетоне можно добиться, уплотняя укладываемую горячую смесь вибраторами, которые способствуют удалению из нее расширяющихся пузырьков воздуха и пара. Ликвидировать появление трещин в бетоне при укладке горячей смеси очень трудно вследствие различных коэффициентов линейного теплового расширения отдельных неоднородных компонентов смеси (цемента, песка, щебня, гравия, воды, воздуха и добавок).
Термоэлектрические маты (ТЭМ) используют на стройплощадках и полигонах для прогрева бетона, каменной кладки, мерзлого грунта, укрытия, а также обогрева на открытых площадках материалов, механизмов, грузовых контейнеров и другого оборудования в зимних условиях. Кроме того, с помощью ТЭМ можно предварительно отогревать опалубку, арматуру, промерзший грунт и другие места перед укладкой строительных растворов и бетонов. Подлежащие обогреву конструкции и изделия или оборудование укрывают ТЭМ и в изолированном таким образом от внешней среды пространстве поддерживают заданный температурный режим.
Термоэлектрический мат — гибкое обогревательное устройство в виде греющего одеяла, состоящее из внешней оболочки, тепло-
изоляционного слоя и нагревательного элемента (рис. 11.2). Внешнюю оболочку ТЭМ выполняют из синтетических пленок (полиамидной, фторопластовой), резины или спецтканей (ткань-500, авиационный повинол на стеклоткани, ткань АХКР и др.). В большей степени основным требованиям отвечает прорезиненная ткань АХКР с двусторонней пропиткой (0,5 кг/м2), температуростойко-стьюот -70 до 120°С.
Рис. 11.2. Термоэлектрический мат
Теплоизоляционный слой выполняют из трех чередующихся слоев капронированного волокна ВТ-4С-25 и двух слоев алюминиевой фольги. В качестве тепловой изоляции в ТЭМ могут быть использованы маты типа АСИМ, АТИМС, минеральный утеплитель ATM 1-20, хлопчатобумажный ватин (пропитанный огнезащитным и противогнилостным составами) и др.
Нагревательный элемент изготовляют из асбестовой ткани, пронизанной нихромовой проволокой (10 нагревателей из проволоки диаметром 0,8 мм длиной 11 м каждая).