В стеновых конструкциях формование питых смесей от расклинивающего эффекта густоармированных вертикальных каркасов неизбежно сопровождается склонностью к повышенному расслоению, усугубляемому в нижней части бетонируемых фрагментов воздействием глубинных вибраторов.

Это способствует разному отвердеванию верхней и нижней части фрагмента и приводит к возникновению изгибных деформаций, усиливаемых непосредственно в послераспалубочный период скоростью ветра и другими сложными погодными воздействиями. Последнее обстоятельство заставляет строителей каждый раз производить геодезическую сверку координат возводимого сооружения на возможность отклонения конструкций забетонированного предыдущего этажа от вертикали.

Особого внимания заслуживает режим обогрева монолитных конструкций. При уплотнении бетона формируется начальная капиллярно-пористая структура. На поверхности бетона у капилляров за счёт массообмена с окружающей средой образуются мениски и возникает обжимающее отрицательное давление, вызывающее усадку бетона. Она значительна в период предварительной выдержки (порядка 2-4 ч) и превышает усадку зрелого бетона. Чтобы включить в механизм формирования прочности работу отрицательного давления, требуется испарить механически связанную часть воды затворения. При пропаривании, точнее при внешнем теплопрогреве, этого возможно добиться чередованием значений влажности среды теплоносителя.

Однако при наличии генератора тепла изнутри бетона в виде греющего провода происходит противоположная картина: тепловое поле зарождается в самом бетоне. Всё начинается с границы «провод-бетон» и при почти мгновенном нагреве провода до 80-100 °С, когда появляется паровоздушная смесь. Увеличиваясь в объеме, она приобретает повышенное давление и, стремясь испариться, сначала разрыхляет структуру свежеуложенного бетона, а затем, с ростом температуры в совокупности с действием поверхностного эффекта, образующего токи Фуко, повышает теплопередачу и ускоряет твердение бетона в околопроводном пространстве.

Поскольку провода, за исключением концевых выводов, замоноличены в бетоне, то изменение структурно-механических свойств бетона около их поверхности возможно установить лишь косвенно, скорее визуально - по состоянию околоконцевого слоя после окончания обогрева.

Для полосовых электродов многоразового пользования при прогреве рядом исследователей установлено явление налипания цементной смеси. Поэтому возможно полагать, что греющий провод, скорее всего, также покрывается своего рода «прочной камневидной шубой» - по существу теплоизоляцией, ослабляющей дальнейшую теплопередачу.

Однако нельзя забывать, что греющий провод закреплен на стальной арматуре -наиболее теплоёмком после воды материале, который, поглощая тепло прежде всего на себя, становится тоже регулятором прогрева всего железобетонного элемента, то есть своего рода температурным полем. В сборном железобетоне регулятором температурного поля является сама форма, и теплопередача к бетону со всех сторон изделия выравнивается.

Указанные обстоятельства, благодаря образованию постоянно обрастающего цементно-бетонного каркаса из «шубы» на греющем проводе и арматуре и, главное, неравномерности деформаций по объёму бетонного элемента, создают растягивающий эффект в малоармированных зонах, создавая неплотности и приводя в целом к недобору прочности бетонируемого элемента. Воспрепятствовать упрочнению «шубы», очевидно, возможно понижением интенсивности теплопередачи между проводом, арматурой и бетоном. Например, путём временного отключения электропитания или воздействием иных электрофизических явлений, задерживающих теплоотдачу от греющего провода и способствующих периодическому «успокоению» ин тенсивно-разогреваемой приконтактной зоны бетона около греющего провода, металла арматуры и, тем самым, выравниванию скорости гидратации по объему забетонированного элемента.

То есть следует либо режим обогрева принять периодическим, либо оставить скорость нагрева минимальной. Или, по аналогии с вибровоздействием, необходимо понизить частоту подачи порций тепла, но сохранить его непрерывность путём увеличения длительности его подвода в виде градусочасов. С периодичностью включения одному из авторов данной статьи удалось познакомиться в Финляндии, где отключение электроэнергии для прогрева осуществлялось в дневное время суток или, при необходимости, поддерживалась температура не выше 20 °С. Финские технологи положительно отзывались о пользе периодического отключения при условии укрытия бетона поролоновым одеялом и сохранении температуры около 20 °С.

Исследованиям изменений макроструктуры бетона непосредственно в фактических фрагментах элементов бетонируемых конструкций, физических явлений, сопутствующих этим изменениям во взаимосвязи с воздействием температурных полей на твердеющий бетон, посвящено значительно меньше работ, чем исследованиям микроструктуры цементного камня.

Целью наших исследований явилось уточнение влияния некоторых выше отмеченных факторов на установление фактических температурных режимов прогрева и на прочность бетона в непосредственных условиях возведения высоэтажногоздания.

Нами проведено исследование твердения монолитного бетона марки 400 с добавкой суперпластификатора С-3 + фор-миат натрия, уложенного в конструкцию железобетонного перекрытия 20-этажного жилого дома и подвергнутого электроразогреву через греющий провод, укреплённый на арматурном каркасе, в зависимости от влияния производственных факторов: времени доставки смеси, её выдерживания до укладки, температуры поверхности прилегающего слоя старого бетона и количества противоморозного компонента добавки.

Количество противоморозного компонента добавки в опытах в соответствии с сертификатом гарантировало получение начальной прочности не менее 30% от марочной. Струны греющего провода располагали с шагом примерно 300 мм. Тепло в них появлялось после бетонирования одной «захватки», соответствующей 9,5 м3 бетона (или емкости одного автобетоносмесителя).

На строительный объект бетонные смеси, отпускаемые с завода ЖБИ и соответствующие требуемой осадке конуса 8-1 5 см, доставлялись автобетоносмесителями. Температура наружного воздуха соответствовала 5...7 °С.

Анализ состояния бетонной смеси и условий её сохранения до укладки показал, что после цикличного перемешивания и детонации двигателя автобетоновоза в течение продолжительной перевозки, достигающей из-за транспортных пробок от 1,5 до 2,5 часов, и промежуточной технологической перегрузки в холодные бадьи, где выдерживание бетона, особенно в последней ёмкости, составляет ещё не менее 1 часа, смесь теряет исходную температуру приготовления бетона, вовлекает и растворяет при долгом перемешивании много воздуха, что значительно понижает показатель подвижности смеси, способствуя при её выгрузке из бадьи комкованию, особенно при понижении наружной отрицательной температуры ниже -10 °С.

При доставке отдельных «долгодоставляемых» партий бетона проверялась возможность замораживания в нём растворной части при частичном разливе смеси на непрогретой поверхности опалубки путём фиксации времени примерзания краёв пробы (в виде «кучки») к мороженой поверхности. Примерзание в ряде случаев наступало через 10-20 мин. Наличие противоморозного компонента добавки не вызывало сомнений, что потверждалось специальным наблюдением и сертификатом на бетонную смесь. Показатель подвижности смеси составлял 5-8 см. То есть пластифицирующая способность смеси по сравнению с показателем при отгрузке падала до 60%.

Таким образом, у авторов создалось представление не только о значительной потере пластичности, но и потере в какой-то степени криоскопических свойств смеси из-за длительной перевозки, сопровождаемой детонацией двигателя автобетонасме-сителя, очевидно активно воздействующей на распад органической составляющей пластифицирующей противоморозной добавки в смеси. Хотя распад добавки следует считать положительным явлением в отличие от неорганических веществ, присутствие ионов которых в старом бетоне, например хлора, даже стимулирует коррозию арматуры.

Целью дальнейших экспериментальных работ было установление рациональной температуры прогрева бетона, исходя из фактических условий состояния смеси и окружающего наружного температурного воздействия на забетонированную конструкцию.

Смеси разгружали в промежуточные ёмкости - бадьи в количестве 4-6 штук и последовательно поднимали башенным краном для заполнения «литьём» опалубки перекрытия и внутренних стен. После укладки бетона в количестве, рассчитанном на одну «захватку» (около 4-8 м3 бетона), и замеров температуры смеси для ускорения твердения включался электро-богрев. Поверхность опалубки перекрытия перед укладкой бетона прогревали тёплыми потоками воздуха («воздушными пушками») с нижнего предыдущего этажа-, а внутренние поверхности опалубки - для стен и каркасов - подачей скользящего потока тёплого воздуха до положительных температур 5...10 °С. К сожалению, арматурные каркасы под перекрытие из-за ветра прогревались плохо. Ежедневная норма бетонирования в целом составляла около 100 м3 в сутки.

При бетонировании перекрытия по причине зависания «комков» бетона на каркасе арматуры из-за локального примерзания пластичной бетонной смеси приходилось каркас дополнительно сотрясать прикасанием гибкого глубинного вибратора. Т.е. виброэффект использовали для создания колебаний в каркасе с целью отрыва от него примерзаемой смеси. В указанных условиях, когда температура смеси быстро снижалась к 0 °С, становилась актуальной задача её скорейшего прогрева.

Замеры температуры выполняли на опытном фрагменте перекрытия размером 1 5x1 2x0,25 м с расположением точек замера в центре квадратов размером 3x3 на глубине бетона 120-125 мм. В результате было установлено, что температура доставляемой в автобетоновозах при температуре наружного воздуха -5...-7 °С бетонной смеси редко превышала температуру в 5...7 «С. После перегрузки и укладки в опалубку температура в центре квадратов бетонного фрагмента, расположенных по контуру экспериментируемой площади, составила в среднем 3...4 °С, на пограничной плоскости 0...2 °С. В центре «эксперимента» (по линии 7,5x6 м) она была выше на 3 1;С, т.е. составляла 6...7 °С.

При этом в местах «обнажения» арматуры после заливки смеси на металлическом каркасе и на поверхности опалубки через 5-7 мин образовывалась наледь толщиной до 0,5 мм. Тепловую обработку осуществляли при температурах изотермического прогрева 60...70 °С в течение 6-7 ч, а при 40...45 °С в течение 48 ч. Прочность после прогрева с максимальной температурой 70 °С составляла около 55-67% от требуемой через 28 сут. Бетон характеризовался локальным вспучиванием, медленным дальнейшим ростом прочности, значительными трещинами по границе с ранее уложенным бетоном.

Более того, бетон по краям бетонного элемента оставался сырым и после завершения обогрева. Киносъёмка свежеотформованного бетона на границе с опалубкой зафиксировала интенсивное испарение влаги. По-видимому, целесообразно создание под укрывным «одеялом» пространства, где собирался бы пар, создавая условия, подобные заводской пропарочной камере.

Поэтому было решено смягчить условия твердения, не превышая проектного расхода энергии, то есть использовать те же градусочасы, но при меньшей температуре.

Для совмещения процессов поддержания условий твердения бетона с добавкой суперпластификатора, который сначала способствует интенсивному переходу потенциальной энергии цементного зерна в поверхностную или его максимальному растворению в водном растворе и, в свою очередь, достаточно продолжительному индукционному периоду до формирования твердеющей структуры цементного камня, было принято осуществлять тепловую обработку при понижении максимальной температуры до 40...45 °С. Последнее способствовало получению марочной прочности, соответствующей проекту и даже выше её.

Кроме того, необходимость подачи тепла в бетон фактически сразу после укладки нарушает классическую технологию соблюдения всех стадий режима тепловой обработки бетона, как это принято на заводах сборного железобетона. Однако практика понижения температуры до 40 °С оправдала себя в летний период, когда, при понижении распалубочной прочности до 50-55%, интенсивный рост прочности пропаренного бетона наблюдался в последующий период уже на следующие сутки.

Анализ результатов исследования позволяет сделать ряд выводов.

  1. Для повышения эффективности использования потенциальных свойств цемента необходимо изменить практику долгих перевозок готовых смесей к объекту строительства, а лучше - внедрять практику изготовления бетонных смесей вблизи строительства.
  2. Производителям бетоносмесительного оборудования необходимо настойчивее наполнять рынок мини-заводами на передвижной платформе, оборудованными складывающимися бетоноводами.
  3. Следует организовать перемешивание смесей за 5-10 мин до подъезда автобетоносмесителя к строительному объекту, так как это делается уже несколько десятилетий за границей.
  4. В практику подготовки арматурных каркасов в зимний период обязательным условием должен быть введён обогрев, даже за счёт наводки токов Фуко.
  5. В целях повышения прочности за счёт отрицательного капиллярного давления целесообразно режим обогрева принять прерывистым, исключив понижение температуры ниже 20 °С, или принять интенсивность подъёма температуры минимальной не более чем на 4 °С в час.