Строительство зимой

Земляные работы в зимнее время производят в том случае, когда необходимо своевременно выполнить последующие общестроительные работы или использовать имеющееся на строительстве мощное землеройное оборудование (объем ковша I куб.м. и более). Работы в зимних условиях должны выполняться по специальному проекту и обосновываться технико-экономическим расчетом, так как трудоемкость и стоимость разработки мерзлых грунтов увеличивается в несколько раз. В зимний период рекомендуется разрабатывать разрыхленные скальные, сухие песчаные, щебенистые и гравелистые несмерзшиеся грунты, несвязные и малосвязные грунты (содержание глинистых частиц 3-12%), которые по сравнению со связными легко уплотняются и после оттаивания дают меньшие осадки. Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами, оборудованными прямой или обратной лопатой, без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя от 0,25 м ковшом объемом 0,5-0,65 м3, 0,4 м - ковшом объемом 1 - 1,25 м3.
Грунт, промерзший на глубину более 0,25-0,4 м, готовят к разработке способами оттаивания или рыхления. Способ подготовки должен выбираться и обосновываться в проекте в зависимости от объемов и условий работ, сроков их выполнения и наличия соответствующего оборудования.

При зимнем бетонировании необходимо создание такого режима укладки и твердения бетона, при котором он к моменту замерзания приобретает необходимую прочность, называемую критической, которая нормируется СНиП и увеличивается с увеличением класса бетона по прочности. На практике применяют как безобогревные способы выдерживания (способ термоса и термоса с добавками - ускорителями твердения, противоморозными добавками), так и способы искусственного подогрева или прогрева бетона.

Выдерживание бетона способом термоса

Выдерживание бетона способом термоса применяется для массивных конструкций. Способ основан на использовании утепленной опалубки, тепла подогретых составляющих смеси и тепла, выделяемого в процессе схватывания и твердения цемента вследствие экзотермии. Хорошо теплоизолированный бетон остывает настолько медленно, что успевает набрать критическую прочность до замерзания.
Простейший способ искусственного подогрева - производство работ и твердение бетона во временных укрытиях - тепляках.

Электрообогрев бетона

Электродный прогрев бетона обеспечивается через электроды, располагаемые внутри или на поверхности бетона. Соседние или противоположные электроды подсоединяют к проводам разных фаз, в результате чего между электродами в бетоне возникает электрическое поле, прогревая его. Ток в армированных конструкциях пропускают напряжением 50-120 В, а в неармированных - 127-380 В. При прохождении тока бетон нагревается и в течение 1,5-2 сут. приобретает распалубочную прочность.
Электрообогрев бетона можно осуществлять индукционным нагревом (создание электромагнитного поля), инфракрасными лучами, передающими теплоту в виде лучистой энергии, используя в качестве источников таких лучей трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и стержневые карборундовые излучатели, или путем непосредственной передачи теплоты от нагревающих поверхностей к прогреваемому бетону (греющая опалубка). Греющую (термоактивную) опалубку с греющим проводом или ТЭНами применяют для обогрева тонкостенных и среднемассивных конструкций.

Бетон с противоморозными добавками

Применение противоморозных добавок (хлорида натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрита натрия, поташа и др.) в количестве 3-16% от массы цемента также обеспечивает твердение бетона при отрицательных температурах, так как наличие в воде солей резко снижает температуру ее замерзания. Выбор противоморозных добавок и их оптимальное количество зависят от вида бетонируемой конструкции, степени ее армирования, наличия агрессивных сред и блуждающих токов, температуры окружающей среды. В качестве противоморозных добавок применяются:

- нитрит натрия (НН) NaNО₂ (ГОСТ 19906-74);
- хлорид кальция (ХК) СаСL₂ (ГОСТ 450-77) + хлорид натрия (ХН) NаС1 (ГОСТ-13830-68);
- хлорид кальция (ХК) + нитрит натрия (НН);
- нитрат кальция (НК) Са(NО₃), (ГОСТ 4142-77) + мочевина (М) СО(NН₂)₂ (ГОСТ 2081-75Е);
- комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной (НКМ) (ТУ 6-03-266-70);
- нитрит-нитрат кальция (ННК) (ТУ 603-7-04-74) + мочевина (М);
- нитрит-нитрат кальция (ННК) + хлорид кальция (ХК);
- нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) + мочевина (М);
- поташ (П) К₂СО₃ (ГОСТ 10690-73).

Для обеспечения твердения бетона при отрицательных температурах в его состав следует вводить противоморозную добавку, выбираемую с учетом ожидаемой отрицательной температуры и данных по нарастанию прочности бетона.
Одна из часто применяемых противоморозных добавок - формиат натрия (ФН-С), однако бетон с этой добавкой запрещается применять в армированных сталью предварительно-напряженных конструкциях, в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в водных и газовых средах при относительной влажности воздуха более 60%, при наличии в заполнителе включений реакционноспособного кремнезема, а также в железобетонных конструкциях и изделиях для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток.
Бетон с противоморозной добавкой ФН-С допускается применять при создании таких условий выдерживания, чтобы к моменту его остывания до температуры -20 °С он приобретал прочность не менее 20% от проектной. В качестве противоморозной добавки ФН-С вводится в бетонную смесь в количестве:

- 2% массы цемента в расчете на сухой формиат натрия при расчетной температуре твердения бетона до -5 °С;
- 3% массы цемента в пересчете на сухой формиат натрия при расчетной температуре твердения до -10 °С;
- 4% массы цемента в расчете на сухой формиат натрия при расчетной температуре твердения бетона до - 15°С.


Следует отметить, что практически все противоморозные химические добавки (включая формиат натрия) запрещается использовать при бетонировании предварительно-напряженных конструкций, армированных термически упрочненной сталью, и при возведении железобетонных конструкций для электрифицированных железных дорог и промышленных предприятий, где возможно возникновение блуждающих токов.
Рекомендуемое количество противоморозных добавок представлено в таблице 1.

Наиболее распространенным и экономичным способом возведения каменных конструкций в зимних условиях является их замораживание, т. е. кладка с замораживанием. Этот способ может быть применен для конструкций, возводимых из камней правильной формы, крупных блоков, а также постелистого бута.

Для кладки способом замораживания применяют пластичные, удобоукладываемые цементные и сложные растворы марки не ниже М10 без химических добавок подвижностью:

- 9 -13 см - для конструкций из полнотелого кирпича и бетонных камней; - 7 - 8 см- из дырчатого кирпича и пустотелых камней;
- 4 - 6 см - из бутового камня.

Раствор готовят на подогретой воде и заполнителях. Кирпич и камни тщательно очищают от снега и наледи.
Требуемая температура раствора в момент его укладки зависит от температуры наружного воздуха и должна быть достаточной, чтобы по длительности остывания (15-20 мин) обеспечить некоторый влагообмен между раствором и кладкой й обжатие шва до замерзания раствора.
Способ замораживания сводится к следующему. Раствор, имеющий положительную температуру на момент укладки, вскоре замерзает и твердеет в основном весной после того, как кладка оттает (хотя, конечно, некоторое затвердевание происходит и сразу же после укладки за счет разницы температур раствора и воздуха), а также в период зимних и весенних оттепелей или в случае искусственного обогрева кладки.

Температура раствора во время осуществления кладки не должна быть:

1) ниже 5 °С при температуре воздуха -10 °С,
2) 10 °С при температуре от -10 до -20 °С,
3) 15 °С при температуре ниже -20 °С.

Для того чтобы температура раствора не успела опуститься ниже необходимой, кладку приходится осуществлять в сжатые сроки - раствор должен быть израсходован в течение 20-30 мин. Нельзя использовать замерзший и разбавленный после этого горячей водой раствор - добавление воды приводит к образованию в растворе большого количества пор, заполненных льдом. Раствор в швах приобретает рыхлость при оттаивании и не набирает необходимой прочности.

Для того чтобы швы в кладке были обжаты как можно лучше, раствор расстилают на постели короткими грядками - под 2 ложковых кирпича в верстах и под 5-6 кирпичей в забутовочном ряду. Кирпич нужно укладывать на растворные грядки как можно быстрее, а саму кладку стараться скорее возводить в высоту, чтобы раствор в нижних рядах уплотнялся под нагрузкой вышележащих рядов до момента его замерзания - это увеличивает прочность и плотность кладки. Толщина швов не должна превышать размеров, установленных для летней кладки, так как при оттаивании кладка, имеющая большую толщину швов, может дать значительную осадку и даже разрушиться.

При осуществлении кладки способом замораживания необходимо периодически проверять ее вертикальность - отклонения стен от вертикали могут привести к еще большему их искривлению и разрушению при весеннем оттаивании раствора. К моменту наступления перерыва в работе все вертикальные ряды верхнего ряда кладки должны быть заполнены раствором. На время перерыва кладку необходимо накрыть (толем, матами и т. п.), а перед возобновлением работы очистить от наледи, снега и замерзшего раствора. Чтобы обеспечить устойчивость каменных конструкций, возводимых способом замораживания, выполняют ряд конструктивных, организационных и технологических мероприятий: в углах, примыканиях и пересечениях стен укладывают стальные связи; в проемах над оконными и дверными коробками оставляют зазоры на осадку не менее 5 мм при кирпичной кладке и 3 мм при кладке из искусственных и природных камней правильной формы; сразу по окончании кладки стен и столбов каждого этажа монтируют элементы перекрытия и анкерят их к стенам не реже чем через 2-3 м; стропила крыши делают безраспорными; разница по высоте в уровнях кладки смежных участков стен (если нет осадочного шва) должна быть не более 4 м.

Чтобы предохранить замерзшую кладку от осадки весной и повысить ее несущую способность, одновременно с возведением верхних этажей организуют внутренний обогрев и сушку помещений нижерасположенных этажей воздухом, подогретым нефтегазовыми калориферами. В течение первых 3-5 суток поддерживают температуру 30-50 °С, затем снижают ее до 20-25 "С и при сушке стен в течение 4-7 суток производят усиленную вентиляцию.
Для снижения температуры замерзания раствора и обеспечения его обжатия и частичного твердения при отрицательных температурах в раствор вводят различные противоморозные добавки - хлористый кальций и хлористый натрий, углекислый калий (поташ) и нитрат натрия.