Монолитные конструкции и сооружения из бетона с добавками хлористых солей

Фундаменты и стены подвалов многоэтажных зданий. Способ зимнего бетонирования рекомендуется применять прежде всего при возведении бетонных и бутобетонных конструкций, например в фундаментах зданий, подпорных стенок, оборудования и т.п.

Можно привести большое количество примеров возведения фундаментов под стены промышленных и жилых зданий, под различного вида оборудование. В последнем случае рекомендовалось принимать меры зашиты от коррозии стали закладных частей, болтов и самого оборудования. На пример, в зиму 1952 г. на Волгодонстрое впервые были забетонированы плиты откосов и отдельные опытные железобетонные плиты с добавлением в бетонную смесь хлористых солей в количестве 22,5% от веса воды затворения. В зиму 1953/54 гг. по инициативе гл. инженера 25-го Стройтреста Е.К. Грабинского в Воронеже было уложено несколько тысяч кубометров такого бетона и бутобетона при возведении фундаментов под стены промышленных и жилых зданий, а также фундаментов под дымовые трубы. Работы в 1953 г. и в последующие годы не прекращались при любых морозах. Никаких дефектов на протяжении последующих лет в фундаментах обнаружено не было.

В Ярославле трестом № 5 только за зимние периоды 1956-1958 гг. было уложено 23 тыс. м бетона с добавкой хлористого натрия при возведении фундаментов жилых и культурно-бытовых зданий, промышленных объектов нефтеперерабатывающего завода. Были забетонированы также стены подвалов жилых четырехэтажных домов поселка Нефтестрой, школы и технического училища.

Характерной особенностью твердения бетона, уложенного в подземные конструкции, является то обстоятельство, что температура его всегда значительно превышает температуру наружного воздуха. Резкие понижения температуры воздуха мало влияют на температуру бетона (рис. 66), что создает условия для набора им заданной прочности.

Основания и дорожные покрытия. На Южном Урале растут объемы строительства монолитных бетонных автомобильных дорог. Только в одном г. Челябинске за период 1962-1965 гг. в дорожные покрытия уложено около 165 тыс.м3 бетона, причем около 40% из них с добавками хлористых солей в зимнее время.

Следует отметить, что районы Южного Урала характеризуются суровыми климатическими условиями. Температура воздуха понижается до -40°С. Около 195 суток в году температура воздуха имеет отрицательные значения, причем характера резкие колебания ее, иногда даже знакопеременные. В этой связи несомненный интерес представляет обследование дорожного покрытия из бетона с добавками хлористых солей, уложенного в зимнее время.

Обследованный участок дороги в г. Челябинске по ул. Туристов протяженностью 500 м (площадь 8320 м2, объем бетона 1823 м3) забетонировано 30/ХП-1962 по 5/1 1963 г. при температурах воздуха от -1 до -24°С. Бетонная смесь с температурой от 6 до -23°С, приготовленная в заводских условиях, укладываясь на заранее подготовленное песчано-щебеночное основание, температура которого была близка температуре воздуха. После уплотнения смеси поверхностными вибраторами поверхность бетона укрывали слоем пергамина и слоем опилок, толщиной 10-15 см.

Для бетонирования использовали бетон марки 400 состава 1:1,39:1,7 9:0,43 с расходом шлакопортландцемента марки 500 (в трамбованных образцах) Магнитогорского завода 520 кг/м3. Бетон приготовляли с добавками хлористого натрия и кальция в количествах 7 и 3,5% веса воды затворения соответственно (подвижность смеси во время укладки была в пределах 3-6 см стандартного конуса).

В процессе выдерживания бетона периодически замеряли температуру, в результате чего было установлено, что длительность понижения начальной температуры бетонной смеси до 0°С в большей степени зависит от исходной температуры смеси, чем от температуры наружного воздуха. В бетоне в возрасте до 28 суток температура колеблется меньше, чем температура воздуха и ниже -12°С не опускалась.

Испытания высверленных из дирожного полотна образцов (d = 11,2 см; h = 15 см) показали, что средний объемный вес бетона по всему участку дороги, составивший 2380 кг/м3, превысил расчетный (2 320). Объемный вес колебался в пределах +50 кг/м3. Такая неоднородность объемных весов не могла не сказаться на других показателях бетона и, в первую очередь, на его прочности. Средняя прочность бетона в возрасте двух лет составила 420 кгс/см2, т. е. соответствовала марочной. Однако разброс ее был крайне велик - от 238 до 685 кгс/см2. При этом прочность и объемный вес находились, как правило, в прямой зависимости.

Большинство из испытанных образцов показали высокую водонепроницаемость - более 10 ат и значительно меньше -3-6 ат. Однако морозостойкость бетона оказалась невысокой. Половина образцов, испытанных на морозостойкость в водонасыщенном состоянии при температуре -20°С, начала интенсивно разрушаться после 20-50 циклов. Прочность остальных образцов, испытанных на сжатие после 50 и 100 циклов, снизилась до 50%.

Таким образом, бетон дорожного покрытия исследованного участка оказался недостаточно морозостойким. Причина этого заключена в низкой морозостойкости бетона на шлакопортландцементе. Возможно также, что при высверливании образцов частично нарушалась структура бетона.

Начиная с зимы 1952/53 г. Управление строительства дорог, мостов и трамвайных путей Мосгорисполкома в больших масштабах применяет бетоны с добавками хлористых солей (по преимуществу хлористого натрия) при строительстве трамвайных путей на цементно-бетонном

основании. При строительстве трамвайных путей по Бауманскому пер. и Свалочному шоссе бетон, уложенный с добавкой поваренной соли в количестве 5% от воды затворения, сверху утепляли опилками. Первые сутки температура его сохранялась на уровне 10-15°С, а затем опустилась до 0°С. В дальнейшем она все время превышала температуру наружного воздуха, опускаясь лишь до -6, -10°С. Разрушений бетона от взаимодействия мороза не наблюдалось.

В 1953—1954 гг. при строительстве дороги на Хорошевском шоссе на мерзлый грунт укладывали слой талого песка толщиной 5 см, а по нему бетонное покрытие, которое укрывали слоем опилок толщиной 10-15 см. Наблюдения показали, что благодаря притоку тепла из нижележащих слоев в бетонном покрытии создаются благоприятные условия для медленного остывания его. В зимних условиях температура бетона на грунте длительное время поддерживается около 0°C.

В зиму 1954/55 г. Управлением дорожно-мостового строительства для экспериментальных работ с постановкой наблюдений был выбран объект треста Гордорстрой № 1. Укладку бетона вели с 26 ноября 1954 по 26 апреля 1955 г. с помощью бетоноукладочных и отделочных машин Д-181 А и Д-182 А. Для устройства оснований применялся бетон на портландцементах сВ/Ц = 0,55. В бетонную смесь вводили 5%-ный хлористый натрий (от веса воды затвсрения) или 1%-ный хлористый кальций (от веса цемента).

Бетон укладывали на подготовленное основание из супесчаного грунта или на слой талого, заранее подогретого песка толщиной 10 см и сверху утепляли слоем опилок толщиной 10 см. В течение зимнего периода было уложено 30 тыс.м2 бетонных дорожных оснований толщиной 20см.

Укладка и выдерживание бетона в покрытии производились при температурах наружного воздуха не ниже -15°С. Смесь во время укладки имела температуру от 2 до 10°С. Температура в бетонном основании быстро снижалась до 0 и в течение месяца составляла от 0 до -2°С. При этом в пределах суток при изменениях температуры наружного воздуха от +1 до -15°С в бетоне она изменялась на 1°. В этих условиях происходило медленное твердение бетона, каких-либо структурных нарушений в покрытии не наблюдалось.

Опыты показали целесообразность применения добавки одного лишь хлористого натрия в разность применения, добавки одного лишь хлористого натрия в количестве 5-6% веса воды при устройстве дорожных покрытий в условиях московского климата. Соль эта дешевая и недефицитная, а метод производства работ с применением ее в комбинации с термосным выдерживанием не вызывает больших затруднений.

На основании полученных результатов была разработана Инструкция по приготовлению и применению дорожного бетона методом "холодного термоса". В последние годы в Москве в зимних условиях из бетона с добавкой хлористого натрия уложены сотни тысяч бетонных оснований под трамвайные пути, тротуары, водостоки и коллекторы.

Зимой 1956/57 г. строительный трест в Ярославле использовал бетон с добавкой хлористого натрия в покрытии магистральной автодороги. Земляное полотно было подготовлено до заморозков, а основание под бетонное покрытие (из песчано-гравийной смеси толщиной 15 см) укладывали в зимних условиях.

При температурах наружного воздуха до -15°С бетонную смесь изготовляли с добавкой 12% соли веса воды затворения и уплотняли площадочными вибраторами, виброрейкой. После уплотнения бетон укрывали слоем опилок толщиной 10 см. За зимний период он набрал необходимую прочность, а летом 1957 г. по нему был уложен слой асфальтобетона.

Качество бетона контролировали по контрольным образцам, а в летний период было обследовано квалифицированной комиссией. По средним показателям испытания бетонных образцов за зимний период было установлено, что в течение 90 суток бетон с добавкой соли набирал 70% марочной прочности. В дальнейшем прочность его увеличилась до 100% и более от принятой марки. К моменту обследования через два года автодорога находилась в хорошем состоянии и успешно эксплуатировалась.

На основании своего опыта строители треста № 5 также пришли к выводу, что бетон, твердеющий на морозе, может изготовляться на одном хлористом натрии, который является более дешевым и менее дефицитным. Такой бетон может изготовляться на стационарных бетонных заводах, а для ускорения приготовления рабочего раствора соли следует пользоваться подогретой водой.

Бетоны с добавками хлористых солей, твердеющие на морозе, использованы в дорожном строительстве в Ново-Куйбышевске, Омске, Новокузнецке и многих других местах.

Кроме удобства работы с таким бетоном в зимнее время технологического порядка их применение дает значительный экономический эффект: по сравнению с электропрогревом (по данным Е. Осадчего), применение добавок дает 7,8 руб. экономии на каждом кубометре уложенного бетона.

Искусственные сооружения железнодорожного строительства. В зимнее время 1954-1959 гг. на Кольском полуострове за полярным кругом на участках новых железнодорожных линий было возведено свыше 30 искусственных сооружений (рис. 68). Этот район характеризуется суровыми климатическими условиями. Температура воздуха в течение зимы, продолжающейся 7-9 месяцев, опускается до -45 °С, а устойчивые температуры в зимний период составляет от -20 до -28 °С.

Бетон в основном приготовляли на портландцементах и гравийно-песчаной смеси, которую применяли без подогрева. Воду, расход которой уменьшался на 10-12% за счет пластифицирующего действия солей, подогревали до 25 °С, так как это несколько ускоряло приготовление растворов добавок. Концентрацию растворов солей подбирали по ожидаемым температурам твердения бетона, которые устанавливали (на основании производственных) наблюдений равными среднесуточным температурам воздуха. За расчетную температуру принимали среднесуточную минимальную температуру по прогнозу на первые 10 суток твердения.

Бетонную смесь готовили в обычных бетономешалках. Загрузку и перемешивание составляющих бетона вели двумя способами. По первому из них сначала загружали заполнители и раствор затворения и перемешивали их в течение времени, необходимого в данной бетономешалке для обычного бетона без добавок. Затем загружали цемент и смесь продолжали перемешивать в течение такого же времени. По этому способу перемешивали бетонные смеси, заполнители которых содержали большое количество смерзшихся частиц песка. Как показал опыт, при такой загрузке составляющих происходит лучшее разрушение смерзшихся частиц песка и удаление наледи с крупного заполнителя. Когда в заполнителе содержание смерзшихся частиц песка было незначительным, в бетономешалку сначала загружали заполнитель и 50% раствора затворения, а затем цемент и оставшуюся половину раствора. Продолжительность перемешивания смеси, как и по первому способу, в 2 раза превышала продолжительность перемешивания обычного бетона.

Бетонную смесь транспортировали в неутепленных и необогреваемых автосамосвалах. Бетон развозили на объекты, расположенные на расстоянии от 0,5 до ±4 км от бетоносмесительного узла. Время от момента выдачи бетона из смесительной установки до укладки его в конструкцию составляло 20—30 мин. За этот период осадка конуса снижалась на 1,5-2,5 см, но смесь была вполне удобоукладываемой. Опалубку для бетонных конструкций изготовляли из досок 40-мм толщины, а для фундаментов - из горбы ля. Опалубку дополнительно не утепляли. В котлованы без водоотлива бетон укладывали в распор. Бетонную смесь уплотняли поверхностными и глубинными вибраторами. Сразу после уплотнения горизонтальные поверхности бетонной смеси укрывали слоем толя и засыпали снегом (толщина слоя 20-40 см). Укрытие в опалубку снимали не ранее, чем через 15 суток после бетонирования при наборе бетоном прочности не менее 60-65 кгс/см а в зоне переменного водотока - 75-80 кгс/см2. С зимы 1958/59 г., по предложению МИИТ (А.Е. Шейкин, П.С. Костяев), опалубка опор мостов и труб в зоне переменного горизонта водотока снималась только после спада воды и. наступления устойчивых положительных температур.

В августе 1959 г., когда возраст бетона составлял 7-8 месяцев, а затем в 1967, 1969 и 1970 гг. ряд сооружений был обследован.

При обследовании вели внешний осмотр бетона, а также определяли его прочность (в 1959 г. с помощью маятникового прибора В.В. Царапкина, Ю.Е. Корниловича, Э.Я. Осадчук, а в последующие годы - эталонным молотком К.П. Кашкарова). Характеристика бетона, уложенного в обследованные сооружения, приведена в табл. 64, а результаты определения прочности бетона некоторых сооружений - в табл. 65.

Из данных табл. 65 видна общая тенденция увеличения прочности бетона во времени, значительно большего, чем у бетона без добавки, уложенного в летнее время. Высокая прочность бетона в зоне переменного уровня водотока свидетельствует о его достаточной морозостойкости.

В этой связи следует отметить, что при визуальном осмотре разрушения бетона в зоне переменного уровня водотока наблюдались когда опалубка снималась до спада уровня воды и наступления устойчивых положительных температур.

При обследованиях в ряде случаев наблюдались раковины диаметром до 40 мм, образовавшиеся от попадания смерзшихся комьев песка. С нашей точки зрения для данных сооружений это не опасно, поскольку они достаточно массивны, а развития раковин во времени не происходит.

В результате обследований установлено также периодическое, но систематическое появление высолов на поверхности бетона, главным образом, вдоль трещин, видимо, усадочного происхождения, в виде пятен толщиной менее 1 мм с несплошным солевым налетом. Высолы, представленные, в основном, углекислым натрием и частично углекислым кальцием и хлористым натрием, по данным производственных наблюдений, появляются на 7-10-е сутки после бетонирования, В дальнейшем они появляются периодически, когда влажность среды уменьшается до 40-50%.