Теория и методы зимнего бетонирования - Миронов С.А.

Автор: Миронов С.А.
Теги: каменная кладка и подобные строительные работы строительство строительные материалы строительное проектирование строительство зданий стройиздат бетонирование
Год: 1975
Похожие
Методы зимнего бетонирования
Бетонные и железобетонные работы
Признаки аварийного состояния несущих конструкций зданий и сооружений
Стальные башни (проектирование и монтаж)
Текст
                    С. А. Миронов
Теория и методы
зимнего бетонирования
Издание третье, переработанное
и дополненное
ИЧВ.
Эк« Nv	г
Москва
Стройиздат
1975
УДК 693.547.3
Печатается по решению секции литературы по технологии
строительных работ редакционного совета Стройиздата от
27 апреля 1973 г.
Миронов С. А. Теория и методы зимнего бетонирования. Изд.
3-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975. 700 с.
В книге изложены результаты исследований по вопросам твер-
дения бетона при отрицательных и положительных температу-
рах, а также влияния раннего замораживания на формирова-
ние структуры и физико-механические свойства бетонов. В ней
описаны методы производства бетонных и железобетонных ра-
бот, рекомендуемые для применения в зимних условиях (тер-
мос, электротермообработка, пропаривание, применение бето-
нов, твердеющих на морозе, монтаж железобетонных изделий
и конструкций с омоноличиванием стыков и др.).
Книга предназначена для работников научно-исследователь-
ских институтов, строительных лабораторий и инженерно-тех-
нического персонала строительных и проектных организаций.
Табл. 108, рис. 243, список лит.: 84 назв.
30207-585
047(01)-75
186-75
© Стройиздат, 1975
ПРЕДИСЛОВИЕ
Со времени опубликования второго издания книги
«Теория и методы зимнего бетонирования» прошло поч-
ти 20 лет. За это время в нашей стране достигнуты боль-
шие успехи в развитии теории и технологии зимнего бе-
тона, а также в разработке методов производства бетон-
ных и железобетонных работ в зимних условиях. За ис-
текшие годы широкий размах приобрело применение
сборных бетонных и железобетонных изделий в течение
круглого года. Повышение качества цементов, примене-
ние быстротвердеющих бетонов более высоких марок,
введение добавок солей для получения бетонов, тверде-
ющих на морозе, предварительный разогрев смесей вно-
сят существенные изменения в технологию производства
железобетонных работ в зимних условиях.
На основе систематизации и обобщения накопленных
данных высказанные ранее дискуссионные положения и
гипотезы теперь зачастую подлежат замене на вполне
обоснованные сложившиеся научные воззрения.
В предыдущем издании книги вопросы теории зим-
него бетонирования были связаны, главным образом,
с рассмотрением роли минералогического состава порт-
ландцемента, влияния технологических факторов на
свойства бетонных смесей и физико-механические свой-
ства бетонов, выдерживаемых при различных темпера-
турах. В настоящем издании значительное внимание
уделено исследованию фазовых превращений воды, гид-
ратации цемента, тепловыделению не только при поло-
жительных, но и при отрицательных температурах. При-
водятся результаты исследований процессов твердения
цемента и бетона при различных способах подведения
тока, и в частности в электромагнитном поле, а также
с применением греющих опалубок.
За истекшие 20 лет были проведены новые исследо-
вания со значительным углублением в физико-химиче-
ские процессы твердения бетонов, с расширением обла-
сти изучаемых факторов. Наряду с раскрытием химиче-
ских свойств твердения цемента и бетона при
отрицательных температурах большое внимание уделя-
1*
3
ется криологии зимнего бетона, деформативности его
при замерзании, совершенствованию технологии бето-
нов, подвергаемых тепловой обработке и замерзанию
в самых разнообразных условиях, а также влиянию по-
ристости заполнителей на свойства бетонов, подвергае-
мых замораживанию.
В связи с этим в настоящем издании книги некото-
рые понятия претерпели изменения. Накопленные новые
данные исследований, выполненных современными ме-
тодами и с применением новейшей аппаратуры, а также
сопоставление их с опытом строительства из железобе-
тона дают возможность объяснить многие ‘явления го-
раздо полнее и глубже.
При написании этой книги автор использовал резуль-
таты не только своих работ, но и данные исследований
других ученых, работающих в области зимнего бетони-
рования, а также привлек материалы как из отечествен-
ных, так и иностранных литературных источников.
Первый раздел книги пополнен результатами иссле-
дований изменения фазового состояния воды, гидрата-
ции цемента, тепловыделения и твердения бетона при
отрицательных температурах, а также влияния раннего
замораживания на его структуру, прочность, газо- и во-
донепроницаемость и морозостойкость. Приводятся дан-
ные о твердении бетона при тепловой обработке с ис-
пользованием современных цементов, добавок, техноло-
гии применения бетонов различного вида. В отдельных
главах освещена роль предварительного выдерживания
бетонной смеси перед укладкой и бетона перед прогре-
вом, а также предварительного разогрева смеси. Изло-
жены данные о применении добавок солей при тверде-
нии бетона при отрицательных температурах, прочности
бетона в замороженном состоянии.
Второй раздел книги дополнен рекомендациями и
описанием опыта зимнего бетонирования с применением
на стройках метода термоса, различных способов элек-
тротермообработки, а также бетонов, твердеющих на
морозе, монтажа сборных железобетонных изделий и
конструкций с омоноличиванием стыков. Приводятся
данные об укладке бетона без искусственных способов
обогрева его в конструкциях. Уделено значительное вни-
мание специфике применения бетона в суровых клима-
тических условиях Крайнего Севера и Восточной
Сибири. В ряде случаев^ для сравнения^ описываются
4
технология зимнего бетонирования и опыт строительства
при отрицательных температурах в зарубежных странах.
Многие материалы, представляющие научный и прак-
тический интерес для строителей, не могли быть осве-
щены в этом издании. Поэтому автор намечает в буду-
щем изложить накопленные им в течение 50 лет работы
над проблемой зимнего бетонирования результаты тео-
ретических исследований и практического опыта в сле-
дующем, более полном издании.
Автор выражает благодарность сотрудникам лабо-
раторий ускорения твердения бетона и физико-химиче-
ских исследований НИИЖБ и других организаций, с ко-
торыми он поддерживает постоянные контакты в работе,
за помощь, оказанную при подготовке книги к печати.
ВВЕДЕНИЕ
Бетон и железобетон являются основными материа-
лами современного промышленного, энергетического,
жилищно-гражданского, дорожно-транспортного, сель-
скохозяйственного и других видов строительства.
Способность бетона твердеть и увеличивать свою
прочность как на воздухе, так и под водой, возможность
возводить из бетона и железобетона разнообразные кон-
струкции и сооружения, в зависимости от их назначения
и эксплуатационных условий, а также надежность и дол-
говечность их службы издавна привлекали внимание
строителей.
Чтобы представить себе объемы применения бетона
в различных странах и областях строительного произ-
водства, отметим, что в Советском Союзе и в Соединен-
ных Штатах Америки количество его уже исчисляется
сотнями миллионов кубических метров в год. Во всем
мире ежегодно при возведении зданий и сооружений
различного назначения бетона укладывается около по-
лутора миллиардов кубических метров. При этом бетон
применяется повсеместно как в суровых холодных кли-
матических условиях, так и в условиях жаркого и за-
сушливого климата.
Прототипом современного бетона можно считать
строительный материал, применявшийся и описанный
Витрувием еще в I в. до нашей эры. Искусственный ка-
менный материал изготовлялся на основе извести и гид-
равлически активных веществ типа пуццолан и битого
кирпича с наполнителями из горных пород и применял-
ся для устройства дорог и морских набережных. Витру-
вий указывает, что, применяя надлежащий состав и хо-
рошее уплотнение, можно получить такой материал,
который «со временем придает свойство незыблемой
твердости даже сооружаемым на море молам». Витру-
вий отмечает, что бутовый камень, извлеченный из карь-
еров, следует употреблять в кладку только после выдер-
живания его в течение 1—2 лет на открытом воздухе.
За этот период сильно насыщенная влагой горная поро-
да теряет часть воды, а поэтому при замерзании зимой
6
не нарушает монолитности кладки. Этот опыт строи-
тельства древних римлян следует использовать и в наше
время, когда в дело применяется насыщенный крупный
камень, который будет подвергаться замерзанию в бето-
не. Чем ниже отрицательная температура и чем больше
степень насыщения материала влагой, тем больше опас-
ность появления трещин.
Плиний (жил в I в. нашей эры и погиб во время из-
вержения Везувия) в своей энциклопедии «Естественная
история в 37 книгах» отмечал, что римляне добавляли
к извести обожженную и измельченную глину, толченый
кирпич или вулканический пепел. В древние и средние
века было построено немало сооружений (водоводов,
резервуаров, дорог и т. п.) из раствора и бетона на ос-
нове этого простейшего гидравлического вяжущего. На
юге нашей страны такой бетон обнаружен в остатках
сооружений IV—VII вв. О применении в XI в. раствора,
состоящего из извести и толченого кирпича, свидетель-
ствуют остатки Успенского собора в Киеве. При строи-
тельстве в XVII в. в Москве Сухаревской башни, разоб-
ранной в 1935 г., при кладке также применялся извест-
ковый раствор с добавлением толченого кирпича. При
испытании раствора, взятого из крупных швов кладки,
прочность его соответствовала марке 50.
Изобретение цемента, обладающего высокой прочно-
стью и послужившего впоследствии основой для изготов-
ления железобетона, обычно относят к 1824 г., когда
в Англии был выдан патент каменщику Аспдину. О по-
добном простейшем цементе, получаемом обжигом из
смеси извести и глины, написано в книге, изданной
Е. Челиевым в России в 1825 г. Будучи начальником
строительной команды при восстановлении в Москве
зданий, пострадавших of пожаров во время Отечествен-
ной войны в 1812 г., Е. Челиев разработал способ полу-
чения цемента и научно обосновал его.
Современный портландцемент получен в результате
длительных поисков ученых многих стран мира и усо-
вершенствования его технологии. Особенно много сдела-
но в этом направлении после изобретения в 70-х годах
XIX в. железобетона. Следовательно, портландцемент и
железобетон имеют богатую 100—150-летнюю историю.
В России впервые был применен железобетон при
строительстве производственных, торговых, портовых и
железнодорожных сооружений. Наибольшее применение
7
железобетона отмечается в столице и на юге страны,
поскольку там были построены первые цементные заво-
ды, а металлургические заводы могли обеспечить строй-
ки стальной арматурой. Имело значение и то, что эти
монолитные конструкции возводились в районах с не-
продолжительной зимой.
В связи с началом и быстрым развитием строитель-
ства из бетона и железобетона во всех промышленно
развитых странах были организованы эксперименталь-
ные и теоретические исследования в данной области.
Из отечественных исследователей дореволюционного
периода хорошо известны профессора Н. А. Белелюб-
ский, Н. А. Житкевич, И. Г Малюга, А. Р. Шуляченко.
А. Р. Шуляченко является основоположником теории
и практики заводского производства портландцемента
в России. Известно, что один из старейших заводов,
Глухоозерский завод по производству портландцемента,
построенный в 1884 г., был основан и развивался при
непосредственном техническом руководстве А. Р. Шуля-
ченко. По его указаниям был построен и оборудован
второй завод по производству портландцемента — Воль-
ский, на основе которого в настоящее время создана
целая группа заводов, производящих высококачествен-
ный цемент. К 1903 г. в России уже работало 36 заводов,
производящих в год 8 млн. бочек цемента. Проф.
А. Р. Шуляченко вместе с Н. А. Белелюбским и И. Г. Ма-
люгой в 1881 г. разработали первые в России технические
условия на цемент, который в тот период еще привозил-
ся из-за границы.
Значительный вклад в русскую науку о бетоне сде-
лал проф. И. Г Малюга, который в 1895 г. опубликовал
в «Инженерном журнале» результаты своих исследова-
ний по назначению составов бетона. В них впервые да-
ются рекомендации по правильному назначению соотно-
шения цемента к воде.
Крупным обобщением, представляющим до настоя-
щего времени большой интерес, явилась книга проф.
Н. А. Житкевича «Бетон и бетонные работы», изданная
в Петербурге в 1912 г. В главе «Способы возведения со-
оружений» этой книги приводятся некоторые рекоменда-
ции по производству бетонных работ во время мороза.
Они сводятся, главным образом, к подогреву материа-
лов, составляющих бетон, и производству работ в объем-
ных тепляках, возводимых над всем сооружением.
8
Впервые правила расчета железобетонных конструк-
ций были опубликованы Н. А. Белелюбским в 1904 г.
В 1908 г. Министерство путей сообщения утвердило пер-
вые технические условия по возведению железобетонных
сооружений в России, в которых регламентировалось
качество цемента, арматуры, заполнителей и бетона.
Уже в 1913 г. было уложено около 3,5 млн. м3 бетона,
на изготовление которого израсходовано более 1,3 млн. т
портландцемента, а на армирование конструкций —
около 340 тыс. т стали, т. е. 8% всего проката, произве-
денного в России. Всего в тот год было произведено
портландцемента 1,8 млн. т.
В результате первой мировой, а затем гражданской
войны народному хозяйству страны был нанесен огром-
ный ущерб. Выплавка стали к 1921 г. снизилась в 20 раз,
а производство портландцемента — в 28 раз. В условиях
еще продолжающейся гражданской войны по инициати-
ве В. И. Ленина Советское правительство приняло ряд
решений о восстановлении народного хозяйства, в том
числе о начале строительства первенца советской энер-
гетики— Волховской гидроэлектростанции. В 1920 г. был
принят Ленинский план ГОЭЛРО как основа перспек-
тивного развития страны на базе электрификации всего
народного хозяйства.
С первых же лет периода восстановления и реконст-
рукции народного хозяйства СССР в строительстве ста-
ли широко применять бетон и железобетон. Тепловые
и гидроэлектростанции с комплексом гидротехнических
сооружений полностью возводились из этих материалов.
Целиком из монолитного железобетона были выполнены
многие промышленные здания, холодильники, элевато-
ры, набережные и портовые сооружения. За этот период
в строительстве было применено свыше 18 млн. м3 бе-
тона и железобетона. На Волховстрое работали такие
крупные специалисты, как академики Г О. Графтио и
Б. Е. Веденеев, профессора Н. Н. Лукницкий и И. И. Кан-
далов. Ими успешно были применены железобетонные
кессонные основания при сооружении плотины на тре-
щиноватых известняках. Примененные ими методы уст-
ройства железобетонных кессонов европейскими специа-
листами отмечались как наиболее рациональные.
В 1925 г. были разработаны «Временные Технические
Условия и нормы проектирования и возведения железо-
бетонных сооружений», в которых кроме проектирова-
9
ния и правил возведения регламентировались составы
бетона. Было установлено пять марок бетона с времен-
ным сопротивлением от 8 до 20 МПа с расходом порт-
ландцемента от 150 до 350 кг/м3. Производство бетон-
ных и железобетонных работ в зимнее время допуска-
лось только в тепляках при температуре выше 5° С.
В зимние месяцы к производству этих работ прибегали
лишь в отдельных случаях. Строительная промышлен-
ность являлась сезонной отраслью народного хозяйства.
Так было принято не только у нас в Союзе, но и в зару-
бежных странах. Методы производства работ, связанные
с применением бетонов и растворов в зимних условиях,
нигде не были разработаны.
В процессе восстановительного периода все возра-
ставшие масштабы и темпы строительства ставили ряд
сложных вопросов о рациональном применении строи-
тельных материалов и конструкций. Потребовалось
проведение экспериментальных и теоретических иссле-
дований. В связи с этим в 1927 г. в Москве был создан
Государственный институт сооружений (ГИС), преемни-
ками которого явились ЦНИПС и затем ныне существу-
ющие НИИЖБ и ЦНИИСК, а также ЦНИИОМТП и
ряд других специализированных научно-исследователь-
ских институтов строительной промышленности.
Большое значение в разработке современной техно-
логии бетона в СССР имели работы проф. Н. М. Беляева
(Ленинград) и его школы. В 1927 г. им была издана
брошюра, в которой изложен метод научно обоснован-
ного подбора состава бетона. Известна также роль в раз-
витии технологии бетона проф. И. П. Александрина,
книга которого «Строительный контроль качества бето-
на» выдержала шесть изданий.
С 30-х годов школой академика К- С. Завриева в За-
кавказье и проф. Б. Г Скрамтаева в Москве разработа-
ны новые, более рациональные методы расчета и подбо-
ра состава бетона. В годы первых пятилеток уделялось
большое внимание экономному расходованию портланд-
цемента, который не только удешевляет бетон, но и улуч-
шает его технические свойства (уменьшает усадку и пол-
зучесть, а при возведении массивных сооружений умень-
шает тепловыделение).
На V съезде Советов был принят закон о первом пя-
тилетием плане развития народного хозяйства СССР.
В 1929 г. впервые дано указание строителям о необходи-
ю
мости перехода на круглогодичное производство строи-
тельных работ. В ряде постановлений Госплана СССР
и ВСНХ рекомендовалось всемерно расширять примене-
ние в строительстве железобетона, как одного из наибо-
лее дешевых и надежных конструктивных материалов,
обеспечивающих сбережение крайне дефицитного ме-
талла. В 1930—1931 гг. из монолитного железобетона
возведены здание Госпрома в Харькове и большое коли-
чество многоэтажных зданий, а также выполнены несу-
щие конструкции на Харьковском тракторном заводе,
на заводах в Москве, Свердловске, Ростове и других.
Наряду с монолитом уже с 1930 г. стали применять
сборные железобетонные балки в зданиях промышлен-
ных цехов, например на Харьковском турбинном заводе,
б машинных залах Нижнесвирьской и Верхнесвирьской
ГЭС.
Однако первые важные объекты первой пятилетки
в зимнее время сооружались в тепляках, в которых со-
здавались искусственные «летние» условия, что требо-
вало чрезвычайно больших затрат труда рабочих, рас-
хода лесоматериалов и топлива. Так, зимой 1930/31 г.
было построено здание теплоэлектроцентрали в Бобрике
Донском в тепляках высотой 19 м (рис. 1) и здание кок-
сохимического завода в Кузнецке (рис. 2).
В этот период еще только начиналась разработка бо-
лее экономичных методов строительства железобетонных
работ в зимнее время. На строительстве химкомбината
в Бобрике Донском часть конструкций возводилась в
тепляках, а часть — с утеплением по методу «термоса»,
массивные фундаменты под домну и воздухонагревате-
ли на Магнитострое полностью забетонированы по ме-
тоду «термоса».
Начиная с зимы 1930/31 г. Мосстроем в опытном по-
рядке, несколько жилых домов возводилось с подогревом
материалов, а позднее методом замораживания. Желе-
зобетонные работы в это время производились только
в объемных тепляках.
Начиная с 1929—1930 гг. в зимние месяцы в большом
объеме начали производиться железобетонные работы
в Ленинграде на строительстве промышленных зданий
«Красного путиловца» (ныне Кировский завод). Кар-
касные железобетонные конструкции возводились с обо-
гревом в паровых рубашках. Устройство объемных теп-
ляков требовало больших затрат труда, лесоматериа-
11
лов и топлива, а метод термоса для конструкций сред-
ней массивности на применявшихся цементах не обеспе-
чивал длительной выдержки бетона при положительных
температурах до момента набора им требуемой прочно-
сти. Электропрогрев бетона к тому времени еще не был
разработан для практического использования.
Рис. 1. Тепляки из фанерных щтов, применявшиеся при строитель-
стве зданий теплоэлектроцентрали в Бобрике Донском зимой
1930/31 г
Сезонность строительства приводила большим хо-
зяйственным потерям, а самое главное, задерживала
сроки окончания и сдачи готовых сооружений в эксплу-
атацию. Это являлось одной из коренных причин отстава-
12
ния строительной промышленности от технического и
организационного уровня других ведущих отраслей на-
родного хозяйства.
В связи с этим в резолюции XVII Всесоюзной парт-
конференции 1932 г. была дана директива об уничтоже-
Рис. 2. Тепляк, возведенный зимой 1930/31 при строительстве кок-
сохимического завода в Кузнецке. (Под брезентовыми палатками
прокладывают траншеи.)
нии сезонности и переходе на строительство на протяже-
нии круглого года при всемерном использовании опыта
крупнейших строительных организаций и растущих
кадров.
Современное индустриальное строительство вообще
немыслимо без использования в течение круглого года
рабочих и инженерно-технических кадров, сложных ма-
шин и механизмов, а также крупных сборных конструк-
ций, поступающих на строительные площадки с заводов
и полигонов. Теперь, когда уже разработаны и внедрены
методы зимней каменной кладки и производства желе-
зобетонных работ, строительство в зимние месяцы ве-
дется почти так же успешно, как и в летние. Если рань-
ше землекопы, каменщики, бетонщики, арматурщики,
плотники с наступлением морозов прекращали работу
и уезжали на зиму в деревню, то теперь они заняты на
строительстве в течение всего года. Благодаря разработ-
ке и внедрению, например, метода замораживания кпр-
13
Таблица 1
ВЫПОЛНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ПО КВАРТАЛАМ
В ПРОЦЕНТАХ К ГОДОВОМУ ИТОГУ
	1929	1935	|	1937	|	1951	1953
Кварталы года	Союз- строй вснх	Главстройпром нктп		Строительство всех минис- терств	Министерство строительства
I	6	15,5	18,2	15	19
II	14,5	23,1	26,4	25	25
III	43	29,9	29,5	30	30
IV	36,5	31,5	25,9	30	26
Итого	100	100	100	100	|	100
пичной кладки, эти работы на морозе теперь произво-
дятся только лишь с подогревом раствора, чтобы обеспе-
чить его удобоукладываемость. Осваиваются методы
производства штукатурных и отделочных работ при от-
рицательных температурах.
Ликвидации сезонности в строительстве способство-
вали широко проводившиеся научно-исследовательские
экспериментальные работы на ряде объектов.
О постепенном переходе к круглогодичному ведению
строительных работ можно судить по данным распреде-
ления затрат на строительно-монтажные работы по квар-
талам года, приведенным в табл. 1.
Из таблицы [9, 33] видно, что даже на крупных про-
мышленных стройках в 1929 г. выполнение годовой про-
граммы в I квартале составляло только 6%. На мелких
стройках в эти зимние месяцы строительные работы поч-
ти прекращались. Максимальный процент выполненных
работ в году падает на III квартал, а к самому концу
года темпы выполнения работ обычно снова начинают
снижаться. Во второй пятилетке объем выполненных ра-
бот по кварталам года распределяется более равномер-
но. Если объем работ, выполненных в III квартале
1929 г., в 7 раз больше, чем в I квартале этого года, то
уже в 1935 г. объем работ в III квартале только в 2 раза
больше объема работ в I квартале.
Более равномерное распределение объема работ по
месяцам и кварталам года способствовало уменьшению
текучести рабочих кадров. Во второй пятилетке умень-
шение числа рабочих в зимние месяцы составляло уже
не более 20% максимального числа рабочих, занятых
14
в июне-июле. В послевоенный период (за 1951 —1953 гг.),
как это видно из той же таблицы, распределение строи-
тельно-монтажных работ в году стабилизировалось. Но,
несмотря на это, из-за ухода рабочих зимой с малых
строек и меньшей обеспеченности этих строек техникой
в целом по Советскому Союзу капиталовложения
в I квартале составляли все же только половину вложе-
ний за III квартал. На крупных стройках эти колебания
были значительно меньше. За 1953 г. в I квартале объем
капиталовложений по Министерству строительства сни-
жался против III квартала в 1,6 раза, на стройках Мини-
стерства нефтяной промышленности — в 1,5 раза.
При полном внедрении новейших достижений науки
и строительной техники, особенно при широком приме-
нении крупных блоков и сборных конструкций, затраты
на строителыю-моптажные работы с каждым годом рас-
пределяются ио кварталам и месяцам года равномернее.
В качестве примера в табл. 2 приведены данные об ин-
тенсивности укладки бетона по кварталам за 1952—
1954 гг. на строительстве Камского гидроузла [47].
Как видно из таблицы, при строительстве в достаточ-
но суровых климатических условиях объем бетонных ра-
бот по кварталам года распределялся в зависимости от
общего плана работ. В I квартале 1954 г. потребовалось
уложить бетона больше, чем во II и III кварталах, и ра-
боты были выполнены независимо от холодного периода
года.
Современные методы производства строительных ра-
бот в зимних условиях сложились в результате длитель-
ного отбора и совершенствования многочисленных пред-
ложений. В этом направлении па протяжении 45 лет
в ГИС, цнипс, ниижб, цнииомтп, цнииск,
ЦНИИС, ВНИИГ, Красноярском Промстройниипроекте,
ЮжНИИ, НИИМосстрое, ЦНИЛЭПС, ДорНИИ,
ВНИИСтройнефти и в ряде других организаций прово-
дилась большая творческая работа. Значительную роль
сыграли лаборатории таких строек, как Магнитострой,
Краммашстрой, треста «Строитель», Тагилстрой, кана-
ла Москва — Волга, Волгодонстрой, Днепрострой и Куй-
бышевгидрострой, Ленгорстрой и др.
В 1930 г. инж. А. М. Гинзбургом был предложен спо-
соб замораживания бетона немедленно после укладки и
послойного уплотнения его в опалубке (т. е. заморажи-
вания до начала схватывания цемента). Однако опыт
15
Таблица 2
оэ
КРУГЛОГОДИЧНАЯ УКЛАДКА БЕТОНА
Сооружения	Количество уложенного бетона по кварталам, тыс. м3														
	1952 г.					1953 г.					1954 г.				
				IV	Всего				IV	Всего				IV	Всего
Гидроэлект- ростанция	30	46	62	48	186	42	49	66	28	186	33	24	33	39	129
Шлюз и по- ‘крытия земля- ных плотин	12		29	21	73	30	48	50	28	156	40	15	16	14	85
Всего 5о гидроузлу	42	57	91	69	259	72	97	116	56	341	73	39	49	53	213
постройки железобетонного моста зимой 1931/32 г. и ре-
зультаты проведенных в ГИС испытаний показали, что
это предложение было ошибочным. Преждевременное
применение его на ряде строек привело к серьезным де-
фектам и даже авариям.
Раннее замораживание бетона требовало выдержи-
вания конструкций в опалубке до наступления весны и
далее в теплых условиях не менее 28 дней. Это наруша-
ло структуру бетона и сцепление его с арматурой, что
вело к недопустимому снижению прочности против нор-
мальной. Поэтому современные Строительные нормы и
правила, а также Технические условия на зимние рабо-
ты не разрешают преждевременного замораживания бе-
тона [33, 55, 67]. Раннее замораживание особенно вред-
но в сооружениях, работающих под действием напорной
воды и подвергающихся многократному замораживанию
и оттаиванию в насыщенном водой состоянии.
В 1931 г. вместо способа замораживания проф.
И. А. Киреенко предложил применявшийся им еще
в 1910 г. способ предохранения бетона от замерзания
лишь на период схватывания и начального твердения,
определенный им в 36 ч [23]. Этот способ хотя и являл-
ся шагом вперед, по по устранял основных недостатков
преждевременного замораживания бетона.
Опыт ряда строек, а также исследования, проведен-
ные в ЦНИПС и ЦНИИС, привели к разработке научно
обоснованного способа «термоса», т. с. способа укладки
бетона на морозе с утеплением его в конструкциях па
необходимый срок, определяемый по данным теплотех-
нических расчетов остывания бетона и интенсивности его
твердения. В 1933—1934 гг. проф. Б. Г Скрамтаевым и
проф. В. С. Лукьяновым были разработаны способы
расчета охлаждения бетрпа в каркасных и массивных
конструкциях [30, 72].
Многие исследователи и практики переоценивали
роль тепловыделения при твердении цемента и высказы-
вались за широкое применение способа бетонирования
на морозе без искусственного обогревания достаточно
легких конструкций и без введения химических добавок,
ускоряющих твердение бетона и снижающих точку его
замерзания. В 1939 г. некоторые строители утверждали,
что при малом значении водоцементного отношения бе-
тон и раствор твердеют на морозе так же, как и в лет-
них условиях. Экспериментальной проверкой в лабора-
.2—23
17
тории бетонов и вяжущих ЦНИПС было установлено,
что эти неправильные утверждения возникли вследствие
методических ошибок, допущенных исследователями
при испытании образцов в замороженном состоянии.
Многие предложения, высказывавшиеся в свое время
в печати и на различных конференциях, подвергались
экспериментальной проверке и критическому рассмот-
рению. На протяжении почти 45 лет в одном только
ЦНИПС и НИИЖБ проработано более 75 научно-иссле-
довательских тем, посвященных вопросам зимних работ.
При этом было изготовлено и подвергнуто различным
режимам прогрева и замораживания более-150 000 опыт-
ных образцов бетона, раствора и каменной кладки.
В результате работ, проведенных научно-исследова-
тельскими институтами и лабораториями строек, а так-
же богатейшего опыта строительства теперь твердо оп-
ределены наиболее рациональные методы производства
работ в зимнее время.
В области производства бетонных и железобетонных
работ к числу таких методов должны быть отнесены
в первую очередь использование сборных железобетон-
ных изделий и конструкций, электротермообработка, па-
ропрогрев, термос, использование теплоты грунта, при-
менение химических, и в частности противоморозных, до-
бавок и только в отдельных случаях устройство легких
секционных и местных тепляков. Все эти методы отра-
жены в нормах и технических условиях, а также в про-
изводственных инструкциях, которые периодически пере-
рабатываются, с расширением области применения и
отражением результатов исследований, а также богато-
го опыта строительных организаций [51, 66, 68].
Разработанные в годы первых пятилеток методы ве-
дения строительных работ в зимних условиях сыграли
огромную роль в годы Великой Отечественной войны,
особенно когда потребовалось возводить срочно здания
для немедленного использования оборудования перебра-
сываемых на восток предприятий. В условиях длитель-
ных суровых уральских и сибирских морозов зимой
1941/42 и 1942/43 гг. строители успешно выполняли зада-
ния партии и правительства, применяя передовые методы
зимнего бетонирования и каменной кладки на морозе.
В зимние месяцы начиналось и заканчивалось строи-
тельство зданий не только отдельных цехов, но и целых
заводов. На стройках, имевших наиболее важное оборон-
18
ное значение, для оказания технической помощи работа-
ли научные работники, которые ранее занимались иссле-
дованиями и разработкой технических условий и инст-
рукций по производству строительных работ в зимних
условиях.
В результате опыта строительства военных лет разра-
ботаны такие новые методы, как периферийный электро-
прогрев, электропрогрев подливки раствора под обору-
дование, бетонирование на мерзлом основании, замедле-
ние сроков схватывания безгипсовых цементов, ускорение
твердения строительных растворов путем введения раз-
личных добавок, пропаривание в «капиллярной» опалуб-
ке, электропрогрев кирпичной и бутовой кладки. Даль-
нейшее развитие получили работы по установлению
оптимального температурного режима для твердения
бетона. Разработаны и в ряде случаев применяются
способы обогрева бетонных и железобетонных конструк-
ций различного вида теплоносителями. Накопленный
опыт позволил строителям необыкновенно быстрыми
темпами в послевоенный период восстанавливать разру-
шенные и возводить новые здания и сооружения в зим-
нее время.
Крупный вклад в развитие методов зимнего бетони-
рования в Советском Союзе сделан строителями, а также
работниками промышленности строительных материалов
в послевоенные пятилетки.
Внедрение быстротвердеющих цементов, а также бе-
тона с большими добавками солей, обеспечивающих при-
менение его при отрицательных температурах, переход
на индустриальные методы строительства и связанное с
этим широкое использование сборных железобетонных
конструкций, значительно изменили технику производ-
ства железобетонных работ на строительных площадках
в зимних условиях. Переход на массовое применение
сборного железобетона в соответствии с решением Цент-
рального Комитета КПСС и Совета Министров СССР
от 19 августа 1954 г. в значительной степени превратил
строительную площадку в место монтажа готовых изде-
лий и конструкций заводского производства. Зимняя
специфика ведения работ при этом сохраняется лишь
частично при омоноличивании стыков сборных железо-
бетонных конструкций. Внедрение в производство быст-
ротвердеющих бетонов позволяет также сократить сроки
термосного выдерживания и тепловой обработки конст-
2*
19
рукций при отрицательных температурах наружного воз-
духа.
Широкое развитие производства и применения сбор-
ных железобетонных конструкций и деталей приводит
к повышению качества, ускорению темпов и повышению
экономической эффективности строительства. При этом
благодаря успешному выполнению работ в любое время
Рис. 3. Монтаж конструкций многоэтажного дома из сборных эле-
ментов в Москве на проспекте маршала Жукова
года и в любых климатических условиях резко сокраща-
ются сроки ввода сооружений в эксплуатацию. Развитию
масштабов и темпов строительства способствует бурный
рост производства в стране цемента и сборного железо-
бетона. К 1973 г. выпуск цемента достиг 109,5 млн. т.
а сборного железобетона 102 млн. м3. При таком разви-
тии применения сборных железобетонных конструкций
коренным образом изменяются и методы возведения зда-
ний и сооружений как в летних, так и в зимних условиях.
Ценный опыт накоплен в области зимнего бетониро-
вания, каменной кладки и облицовочных работ на строи-
тельстве высотных зданий, осуществлявшемся в период
1949—1955 гг., и современных многоэтажных крупнопа-
нельных, монолитных и каркасных с различного вида
ограждающими панелями.
20
Большим достижением является разработка нового
метода зимнего бетонирования, основанного на примене-
нии противоморозиых добавок.
На рис. 3 и 4 представлены современные методы и
техника производства бетонных и железобетонных работ
при отрицательных температурах. Все работы на морозе
в этих случаях производятся почти так же, как и в обыч-
Рис. 4. Железобетонные конструкции промышленного здания, постро-
енного в Воронеже зимой 1953/54 г Добавление солей позволило
применять материалы без подогрев; и обойтись без обогрева бетона
конструкций на морозе
ных летних условиях. Материалы, составляющие бетон,
в последнем случае могут применяться без подогрева, а
конструкции после укладки бетона нс прогреваются. Для
защиты от непосредственного воздействия мороза, ветра
и атмосферных осадков достаточно прибегать к укрытию
открытых поверхностей бетоиа [29, 37]. Постепенно
уменьшается разница в технике выполнения работ в зим-
них и летних условиях, которая была еще несколько лет
21
назад. Применявшиеся же ранее объемные тепляки ушли
в историю.
Значительную роль в развитии методов зимнего бето-
нирования, и в частности электротермообработки, сыграл
предложенный в 1962 г. А. С. Арбеньевым [1] метод
предварительного электроразогрева бетонной смеси пе-
ред укладкой в опалубку. Этот метод, разработанный
в Новокузнецком отделении УралНИИСтромпроекта и
НИИЖБ, получил широкое применение на зимних строй-
ках различных министерств и ведомств. Во многих слу-
чаях в комбинации с методом термоса и с введением хи-
мических добавок электроразогрев бетойной смеси у
места укладки до температуры 60—80° С полностью обес-
печивает благоприятный режим для набора бетоном
прочности, необходимой для распалубки конструкций на
морозе. С применением этого метода в зимнее время по
Союзу в целом укладывается ежегодно по 700—800 тыс. м3
бетона. На рис. 5 показан железобетонный мост, постро-
енный в зимние месяцы (до наступления паводка) тре-
стом Печоршахтострой в районе Воркуты. Бетонная
смесь, доставленная с бетонного завода, разогревалась
в бункерах перед укладкой в опалубку. В большие мо-
розы, особенно при большом модуле поверхности,
конструкции утеплялись, чтобы обеспечить необходи-
мую продолжительность выдерживания их до замер-
зания.
С каждым годом расширяется и обогащается новым
опытом строительство в суровых климатических услови-
ях Крайнего Севера и районах распространения вечно-
мерзлых грунтов. Наибольших успехов достигли строи-
тели при возведении объектов в Воркуте, Норильске и
Якутске. Благодаря переходу на устройство свайных
оснований (вместо применявшихся ранее ленточных
фундаментов) теперь в этих районах на вечномерзлых
грунтах возводят многоэтажные здания различного на-
значения. При этом вместо прогрева бетона, укладывае-
мого в фундаменты и сваи, погружаемые в вечномерзлый
грунт, в ряде случаев используется предложение автора
об учете набора прочности бетона при отрицательных
температурах, близких к нулю. Учитывая, что темпера-
тура вечномерзлых грунтов обычно колеблется от —0,5
до —5° С, для твердения бетона достаточно применять хи-
мические добавки в небольшом количестве. На рис. 6
приведен общий вид семиэтажной гостиницы «Лена»,
22
Рис. 5. Мост из монолитного железобетона, построенный зимой
1971/72 г. через р. Ляч-Ячу в Воркуте. Бетонная смесь предваритель-
но разогревалась у места ее укладки в утепленную опалубку, с час-
тичным устройством местных тепляков во время сильных ветров
Рис. 6. Здание гостиницы
«Лена», построенное в
1972/73 г. в Якутске на
вечномерзлом грунте.
При возведении роствер-
ка на свайном основании
и несущих конструкций
применялся электропро-
грев бетона
23
возведенной в Якутске. Гостиница построена на свайном
основании. Работы по строительству здания гостиницы
велись в течение круглого года. Температура наружного
воздуха в зимние месяцы падала до —50° С.
Объем капиталовложений с каждым годом и пятиле-
тием возрастает. Если учесть, что из всех средств, пред-
назначенных на капитальное строительство, около 60%
расходуется на строительно-монтажные работы, то ста-
нет понятно, почему такое большое внимание уделяется
вопросу ликвидации сезонности в строительстве, внедре-
нию передовой техники и развитию строительной инду-
стрии.
На современном уровне развития техники бетонные,
железобетонные и каменные конструкции являются ос-
новными при возведении капитальных зданий и соору-
жений. Большой расход металла другими отраслями на-
родного хозяйства и ограничение возможности исполь-
зования лесоматериалов сделали бетон, железобетон и
каменные материалы не только ведущими материалами
ь строительстве истекших лет, но и закрепили за ними
прочное место на ближайшие годы. Применению бетона
и железобетона принадлежит большое будущее на мно-
гие десятилетия.
В настоящее время объем бетонных и железобетон-
ных конструкций, производимых ежегодно, измеряется
десятками миллионов кубических метров. Теперь уже
более 70% несущих конструкций в строительстве выпол-
няется из железобетона. Около 60% жилых зданий в го-
родах возводится с применением железобетонных пане-
лей и бетонов разных видов, в особенности легких.
В качестве стенового материала, т. е. для ограждающих
конструкций зданий различного назначения, примерно
50% приходится на керамзитобетон. В 1970 г. в Совет-
ском Союзе монолитного бетона и железобетона было
уложено 96 млн. м3, и с каждым годом объемы их уклад-
ки увеличиваются. При этом 30—40% монолитного бето-
на и железобетона укладывается в зимних условиях, т. е.
при отрицательных температурах, когда приходится при-
бегать к специальным методам производства работ.
То же самое можно сказать о конструкциях и кладках
из естественных и искусственных каменных материалов.
Эти материалы и конструкции применяются также в
больших масштабах в нашем капитальном строительстве
и вместе с железобетоном являются основными в строи-
тельстве городов, а также промышленных и иных капи-
тальных сооружений. В последние годы они стали нахо-
дить широкое применение в сельском и дорожном строи-
тельстве.
Особенно велик объем бетонных работ на гидротех-
нических стройках. Например, на Днепрострое было уло-
жено 1180 тыс. м3 бетона, на канале имени Москвы
(Москва — Волга) — 2957 тыс. м3, на Волгострое —
2290 тыс. м3, на Волгодонстрое — 2960 тыс. м3.
Еще более крупные объемы бетонных и железобетон-
ных работ осуществляются на Волжских и Сибирских
гидротехнических стройках. Сотнями тысяч кубометров
исчисляется количество уложенного бетона на таких
крупных промышленных стройках, как Магнитострой,
Кузнецкстрой, Череповецметаллургстрой, Тагилстрой,
Запорожстрой, КамАЗ, Печоршахтострой, Норильский
комбинат и др.
Сезонный характер строительства болезненно отзы-
вается как на самом строительстве, так и на народном
хозяйстве в целом. Сезонность вызывает текучесть
рабочих кадров, простои в работе машин и механизмов,
создает большие трудности в связи с колебаниями в
потребности материалов и в транспортировании
их, задерживает ввод необходимых сооружений в экс-
плуатацию. Поэтому борьбе с сезонностью уделяется
внимание во всех странах. В США еще в 20-х годах был
создан специальный комитет, который долго работал над
выявлением потерь в различных отраслях промышлен-
ности. Особенно большое внимание при этом было уде-
лено ликвидации сезонности в строительстве, так как,
по выводам комитета, «ослабление строительного темпа
вызывает понижение деятельности и в других отраслях
производства».
В условиях плановой социалистической системы в на-
родном хозяйстве для максимального развития произ-
водительных сил страны необходима непрерывность про-
изводства во всех отраслях, в том числе и в строитель-
стве. Разработанные в Советском Союзе методы
производства бетонных, железобетонных и каменных ра-
бот в зимних условиях способствовали превращению
строительства из кустарной и сезонной отрасли народно-
го хозяйства в действующую круглый год индустрию с
постоянными кадрами квалифицированных рабочих.
Помимо огромного народнохозяйственного эффекта
25
от ликвидации сезонности в строительстве, каждая
строительная организация получает конкретную эконо-
мию в результате выполнения заданного плана строи-
тельства с меньшим числом постоянных рабочих, лучше-
го использования машин и оборудования, сокращения
сроков строительства, а также вследствие уменьшения
накладных расходов. Народное хозяйство в целом и от-
дельные предприятия получают при этом большие выго-
ды благодаря более быстрому вводу в эксплуатацию
зданий и сооружений. Ввод в действие новых крупных
промышленных предприятий, например в годы первых
пятилеток, характеризовался следующими ’данными: за
1928—1932 гг.—1500 единиц, за 1933—1937 гг.—4500
единиц.
Применение таких методов производства работ, как
термос, электропрогрев и пропаривание, взамен объем-
ных тепляков в целом по Советскому Союзу дает эконо-
мию сотен миллионов рублей. Еще больший эффект
достигается при широком применении зимой сборных
железобетонных конструкций и крупных блоков, а также
при использовании предварительно разогретых бетонных
смесей и бетонов, твердеющих на морозе.
Увеличение стоимости производства работ в зимнее
время может быть значительно снижено правильным вы-
бором методов работ. Наименьшее удорожание работ
получается при сборке железобетонных конструкций за-
водского изготовления, при возведении массивных кон-
струкций (гидротехнических сооружений, фундаментов
домен и тяжелого оборудования и т. п.), а также при
укладке бетона, твердеющего при отрицательных темпе-
ратурах. При использовании зимой сборных железобе-
тонных конструкций удорожание их монтажа сравни-
тельно невелико.
Как показывает опыт, при возведении зимой массив-
ных монолитных бетонных и железобетонных наземных
и подземных конструкций с модулем поверхности менее
5 выгодно применять метод термоса. Наземные конструк-
ции с модулем поверхности более 5, как правило, выгод-
но возводить с применением различных способов элек-
тротермообработки. Последняя является наиболее
гибким в производстве методом и не связана с дорого-
стоящим стационарным оборудованием.
Над вопросами теории и практики зимнего бетониро-
вания работают во многих зарубежных странах. В Евро-
26
пе — в таких странах, как Англия, Бельгия, Дания, ГДР,
ФРГ, Норвегия, Польша, Франция, Финляндия, Чехосло-
вакия, Швеция, в Америке — Канада и США, в Азии —
Монголия, Китай и Япония, где производство строитель-
ных работ в зимних условиях имеет большое эконо-
мическое значение. В других странах в силу иных
климатических условий вопросы теории и практики зим-
него бетонирования представляют меньший интерес для
строителей или совсем их не интересуют. В ряде стран
из-за короткого зимнего периода на 1—3 месяца объем
работ резко сокращается. В таких странах, как Англия,
Франция, Швейцария (за исключением горных районов)
при отрицательных температурах, близких к нулю, при-
меняются простейшие методы укладки бетона.
Для подогрева воды и заполнителей, а также для
обогрева бетона в конструкциях применяется пар и теп-
лый воздух, реже — электроэнергия. При этом как в
странах Америки, так и Европы большое распростране-
ние еще находят различного вида легкие тепляки, обо-
греваемые паром и теплым воздухом, однако, применяя
быстротвердеющие цементы, ускорители твердения и
легкие утеплители, часто обходятся без обогрева.
Метод электропрогрева железобетонных конструк-
ций, хорошо зарекомендовавший себя у нас, за границей
еще не нашел значительного распространения из-за вы-
сокой стоимости электроэнергии. Во Франции его приме-
няют, как правило, в ночные часы, когда электроэнергия
в пять раз дешевле, чем в дневное время. В довоенный
период отмечались лишь единичные случае применения
электропрогрева на зимних стройках некоторых стран.
В послевоенный период этот метод стал сравнительно
широко применяться на стройках в северной части Япо-
нии, во Франции, США, Финляндии, Бельгии и даже
в таких странах, как Италия, Португалия, Испания.
Метод термоса, основанный на утеплении конструк-
ций для сохранения тепла, вносимого в бетон за счет
подогрева материалов, а также выделяемого при гидрата-
ции цемента, применяется достаточно широко. По этому
вопросу известны исследования и методы расчета охлаж-
дения бетона на морозе, разработанные Я. Гронхольмом
в Швеции [83].
В целях упрощения и удешевления производства ра-
бот в зимнее время применяют быстротвердеющие це-
менты и возводят здания и сооружения из сборных кон-
27
струкций. Большие достижения в этом отношении
имеются в Англии, Франции, ГДР, ФРГ и Чехослова-
кии. Из сборных железобетонных конструкций сооружа-
ются промышленные и гражданские здания, ТЭЦ, мосты,
эллинги и т. п. Применение этого метода в наибольшей
степени отвечает требованиям индустриализации строи-
тельства и обеспечивает высокое качество сооружений,
возводимых при отрицательных температурах.
Добавки — ускорители твердения бетонов применя-
ются в большей части совместно с пластификаторами.
Добавка хлористого кальция в количестве 2—3% массы
цемента вместе с воздухововлекающими и-пластифици-
рующими добавками, а также с применением быстро-
твердеющих цементов и бетонных смесей с малым водо-
цементным отношением в странах с мягким климатом
представляет собой самостоятельный метод зимнего
бетонирования.
По вопросам производства строительных работ в зим-
них условиях за рубежом издается обширная литерату-
ра. Наряду с изданием отдельных трудов и статей в
США, ГДР, ФРГ, Дании, Франции, Финляндии, Швеции
по этим вопросам разработаны официальные производ-
ственные инструкции и указания для строительства.
Как видно из рекомендаций по зимнему бетонирова-
нию, опубликованных в журнале Американского инсти-
тута бетонов, и из отчета бельгийской комиссии, изучав-
шей опыт зимнего бетонирования в Дании и Швеции,
зарубежные методы производства бетонных работ на
морозе мало чем отличаются от существующих в СССР
Отличием наших методов производства работ является
их разнообразие и применение более совершенных, хотя
и более сложных (как, например, электропрогрев и обо-
грев и др.) методов работ. В США, равно как и в таких
странах Европы, как Бельгия, ГДР, ФРГ, Дания, Шве-
ция, материалы подогревают острым паром, а при малых
объемах работ — огневым способом, иногда в специаль-
ных барабанах и бункерах. Крупные заполнители в евро-
пейских, в том числе и Скандинавских странах, часто не
подогревают. Уложенный в конструкции бетон чаще вы-
держивают с термосным остыванием, применяя при этом
как минеральные, так и простейшие теплоизоляционные
органические материалы (соломит, сено, картон). При
более низких температурах наружного воздуха и там, где
это требуется по условиям производственного процесса,
28
применяют легкие брезентовые или фанерные тепляки.
Обогрев тепляков производится паром и теплым возду-
хом до температуры 20° С, а в некоторых случаях и до
30—40° С. В Финляндии тепляки и помещения изнутри
возводимых многоэтажных монолитных, с наружным
слоем из газобетонных блоков, зданий обогревают дро-
вяными и коксовыми печами, а также усовершенство-
ванными жаровнями, работающими на нефти.
В феврале 1956 г. в Копенгагене состоялся первый
Международный симпозиум по проблемам производства
железобетонных работ в зимних условиях. Симпозиум
был созван Международным объединением научно-ис-
следовательских лабораторий по исследованию и испы-
танию строительных материалов и конструкции
(РИЛЕМ).
В работе симпозиума участвовали делегации 18 стран:
Англии, Австралии, Бельгии, Голландии, ГДР, ФРГ, Да-
нии, Канады, Китая, СССР, США, Польши, Норвегии,
Чехословакии, Швеции, Швейцарии, Франции и Финлян-
дии. Наиболее активное участие принимали представите-
ли Скандинавских стран. Председателем Оргкомитета
являлся М. Плюм (Дания), который затем возглавлял
Комитет по зимнему бетонированию. В подготовке и про-
ведении симпозиума принимали активное участие такие
крупнейшие ученые, как профессора: Г Вестлюнд,
Я. Гронхольм, А. Никснен, П. Нерснст, Г Рюш, А. Ко-
линз, И. Лис, Т. Пауэрс и др.
Советская делегация сделала пять сообщений:
о методах зимнего бетонирования, применяемых в Со-
ветском Союзе (проф. С. А. Миронов); о принципе уни-
фицированной классификации бетонов по заранее рас-
считанной морозостойкости-(д-р техн, наук С. В. Шесто-
перов); о влиянии воздухововлекающих добавок на
повышение морозостойкости бетона (проф. В. В. Столь-
ников); о бетонах, твердеющих на морозе (канд. техн,
наук В. Н. Сизов); о производстве бетонных работ в
зимних условиях с применением метода периферийного
электропрогрева на строительстве Горьковской ГЭС
(инж. К. В. Алексеев).
Проф. Е. Свенсон (Канада) в докладе «Климатиче-
ские условия и их влияние на зимние бетонные работы»
сообщил интересные данные о зимнем бетонировании в
Канаде. В докладе обращалось внимание на роль ветра,
29
как второго после температуры воздуха фактора, вызы-
вающего остывание бетона, и было отмечено, что руко-
водители строек всегда должны иметь точный прогноз
погоды, а не полагаться на средние статистические тем-
пературы.
Проф. Я. Гронхольм (Швеция) остановился на основ-
ных факторах, обеспечивающих требуемое качество
бетона, загрузку конструкций, а также их своевремен-
ную распалубку. Большое внимание он уделил правиль-
ному определению прочности бетона и предотвращению
деформаций при распалубке конструкций. Он отметил,
что для этого необходимо определить степень снижения
модуля упругости бетона при замораживании в молодом
возрасте.
Инженеры Д. Бюитинк и Д. Троув сообщили об орга-
низации зимних работ в Голландии, где их стремятся
производить самыми простыми и дешевыми способами.
По существу, там добиваются получения быстротвердею-
щих бетонов при помощи подогрева материалов, приме-
нения специальных цементов, малого водоцементного
отношения, добавки хлористого кальция и т. п., укрывая
уложенный бетон теплоизоляционными материалами.
При температурах от —5 до —10° С прибегают, как к
крайней мере, к обогреву бетона паром в легких тепля-
ках. В тех случаях, когда температура наружного возду-
ха падает ниже —10° С, производство работ, как прави-
ло, прекращается.
X. Тренер (Норвегия) отметил, что в Норвегии темпе-
ратуры ниже точки замерзания отмечаются на протяже-
нии 6—7 месяцев в году. Поэтому для Норвегии произ-
водство железобетонных работ в зимних условиях явля-
ется важной экономической проблемой. Тем не менее в
Норвегии повсеместно применяются самые простые
средства защиты бетона от мороза (подогрев воды
и заполнителей, обогрев опалубки и арматуры
паром).
О зимнем бетонировании в Финляндии доложили
А. Никенен, Б. Келопуу и А. Юнтила. Из данных по об-
следованию 25 строек А. Никененом видно, что в Фин-
ляндии, так же как в Норвегии, Швеции и других стра-
нах, материалы подогревают, как правило, паром. Све-
жеуложенный бетон укрывают соломенными матами,
картоном, плитами из древесных стружек, минеральным
войлоком, брезентом и мешковиной.
30
В Дании и Швеции для обогрева тепляков применя-
ют более простые печи типа усовершенствованных жа-
ровен, отапливаемых нефтью.
Е. Бахус (ФРГ) сообщил о способе работ, применяв-
шемся в ноябре-декабре 1954 г. при постройке железобе-
тонной телевизионной башни в Штутгарте. С наступле-
нием морозов работы по возведению башни на уровне
отметки от 65 до 135,7 м производились в подвижном
брезентовом тепляке с воздушным обогревом. Металли-
ческая опалубка утеплялась шлаковатой слоем 3 см.
Температуру воздуха внутри тепляка поддерживали на
уровне от 10 до 15° С. По мере сооружения башни тепляк
ежедневно поднимался на 1,75 м. Бетонную смесь перед
укладкой подогревали паром до 20° С. Применялся бе-
тон марки 400 при расходе портландцемента 320 кг/м3.
Этот же способ производства работ применялся в Мер-
зебурге, где зимой была построена дымовая труба высо-
той 80 м.
Из Японии были присланы доклады Яцуо Ичики и
Кацуо Харимацу. Из докладов видно, что, начиная с
1946 г., в Северной Японии стали изучать и применять
советский опыт электропрогрева железобетонных конст-
рукций [83].
Проф. Т. Пауэрс (США) выступил с докладом о при-
менении воздухововлекающих добавок для повышения
морозостойкости бетона, о механизме разрушения бето-
на при замораживании. Докладчик подробно изложил
теорию гидравлического давления, возникающего в за-
мерзающем бетоне. Он придает большее значение орга-
низованной структуре ячеек вовлеченного воздуха, чем
его_ количеству.
~Как выяснилось из выступлений делегатов, воздухо-
вовлекающие добавки к бетонам широко применяются
во многих странах при строительстве дорог, аэродромов
и гидроэлектростанций. Экспериментальные исследова-
ния и наблюдения за опытными объектами подтвердили,
что воздухововлекающие добавки повышают степень мо-
розостойкости бетона и увеличивают долговечность бе-
тонных и железобетонных сооружений.
Проф. А. Коллинз (Англия) выступил с докладом по
морозостойкости бетона, в котором рассмотрел механизм
замерзания и разрушения бетона при переходе воды из
жидкого в твердое состояние.
Проф. И. Лис (Норвегия) сообщил об установлении
31
зависимости прочности бетона одинакового состава при
температурах от 4,5 до 46° С.
Выяснению этой важной для практических целей за-
висимости были посвящены работы многих исследова-
телей. На эту же тему сделали сообщения проф. Г. Вест-
люнд (Швеция), П. Неренст и Е. Раструп (Дания). Док-
ладчики из Швеции отмечали, что в южной части их
страны, где идет большое строительство, температура
переходит через 0° шестьдесят раз в течение года. Макси-
мальный общий перепад температуры при этом не пре-
вышает 15° Поэтому при испытании на морозостойкость
они нашли необходимым замораживание бетонных об-
разцов производить при температуре —10° С. В случае
испытаний на единичное замораживание рекомендуется
применять температуру —40° С, которую можно наблю-
дать в самых северных точках Швеции.
Интересный доклад о получении высококачественно-
го бетона в зимних условиях был сделан проф. А. Вел-
лми (Швейцария). Говоря о возможности повторных за-
мораживаний, он считает, что бетон к этому времени
должен иметь прочность не менее 15 МПа, а коэффици-
ент насыщения должен снижаться до 0,9.
Проф. Ю. Гжимек (Польша) сообщил о результатах
своих исследований и производстве быстротвердеющего
портландцемента на основе получения мелкокристалли-
ческого алита. Величина кристаллов алита, получаемого
методом метастабильной кристаллизации силикатов,
равна в среднем 15 мк.
После первого Международного симпозиума РИЛЕМ
по зимнему бетонированию в 1957 г был создан из пред-
ставителей заинтересованных стран специальный коми-
тет. Наиболее представительно и активно в составе Ко-
митета и Подкомитетов участвовали Скандинавские
страны (Дания, Швеция, Финляндия), Голландия,
СССР, США, Польша, Франция, ФРГ
Комитетом по зимнему бетонированию РИЛЕМ были
разработаны и опубликованы в ряде стран, в том числе
и в СССР, Международные рекомендации по зимнему
бетонированию, рекомендации по прогнозам погоды, ре-
комендации по производству работ. На заседаниях Ко-
митета и Подкомитетов заслушивались доклады по воп-
росам зимнего бетонирования и результатам исследо-
ваний, осуществляемых в разных странах. Комитетом
разработаны требования к цементам для зимних бетонов
32
с классификацией их по тепловыделению. При этом наш-
ли отражение и рекомендации автора по минералогии,
тонкости помола цемента и добавок к нему.
В результате деятельности Комитета установлен си-
стематический обмен литературой и информацией по
результатам исследовательских работ, что позволяет из-
бежать лишних экспериментальных работ.
В результате обмена опытом члены Комитета в раз-
ных странах через своих предс вителей усилили иссле-
довательскую работу по электропрогреву бетона, мето-
дам заделки стыков сборных железобетонных конструк-
ций на морозе, введению химических добавок для
зимних бетонов и влиянию замораживания бетона с раз-
ной прочностью па его свойства.
После проведения в Дании в 1956 г первого Между-
народного симпозиума по зимнему бетонированию про-
шло почти 20 лет. За этот период актуальность данной
проблемы еще больше повысилась. Проведены углублен-
ные исследования по изучению процессов твердения бе-
тона с использованием современных методов и измери-
тельной техники. Во всех заинтересованных странах
накоплен опыт возведения многоэтажных зданий и уни-
кальных сооружений при отрицательных температурах.
Созываемый в 1975 г. в Советском Союзе второй
Международный симпозиум по зимнему бетонированию
позволит обменяться информацией по наиболее важным
проблемам и направлениям дальнейших исследований
в области теории и методов зимнего бетонирования.
В результате ознакомления с главнейшими достижения-
ми науки в этой области определятся пути использова-
ния имеющихся результатов с целью разработки новых
и усовершенствования существующих методов бетони-
рования монолитных конструкций, монтажа сборных из-
делий, а также возведения сооружений из сборно-
монолитного железобетона при отрицательных темпе-
ратурах.
Это будет второй международный форум, проводи-
мый в Советском Союзе по технологии бетона и методам
производства бетонных работ. Первый, который состоял-
ся в 1964 г., был посвящен проблемам ускорения тверде-
ния бетона при изготовлении сборного железобетона.
На предстоящем симпозиуме будут рассмотрены пробле-
мы технологии бетона и методы производства бетонных
работ при возведении монолитных конструкций.
3—23
33
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ,
КРИОЛОГИЯ БЕТОНА
ГЛАВА 1
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВОДЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Бетон, являющийся искусственным каменным мате-
риалом, состоит из смеси гравия или щебня с песком,
связанных между собой цементным камнем. Активной
составляющей бетона является цементный камень, ко-
торый играет основную роль в образовании его структу-
ры и прочности, а также морозостойкости и водонепро-
ницаемости.
На процессы твердения и физико-механические свой-
ства цементного камня оказывают влияние следующие
основные факторы: качество, в том числе и минерало-
гический состав применяемого цемента; соотношение
между цементом и водой, т. е. ЩВ (часто пользуются
обратной величиной ВЩ) \ вводимые добавки; плотность
укладки (формирование структуры при изготовлении
изделий и конструкций); тепловлажностный режим вы-
держивания.
Для успешного прохождения процессов схватывания
и твердения цементов требуется благоприятная темпе-
ратура, постоянное наличие соответствующей влажност-
ной среды и время, а в отдельных случаях должны быть
созданы специальные режимы твердения, необходимые
для достижения заданной прочности в короткие сроки.
В современной технологии бетона сроки схватывания
и твердения цементов рассматриваются в связи с их ми-
нералогическим составом, тонкостью помола, температур-
ным фактором и вводимыми добавками. Это дает воз-
можность более глубоко вскрывать физико-химическую
природу явлений, происходящих в твердеющих раство-
рах и бетонах.
Многочисленные исследования, подтвержденные опы-
том строительства, позволили установить зависимости
34
и накопить данные, дающие возможность управлять
процессами схватывания и твердения растворов и бето-
нов. Если все это имеет большое значение для бетонных
работ в летних условиях, то при зимнем бетонировании
знание теории гидратации цемента и твердения бетонов
является основой и залогом успеха выполнения работ.
Поэтому прежде чем приступить к рассмотрению мето-
дов зимнего бетонирования, необходимо остановиться
на вопросах теории и технологии, на физике и физико-
химии цементов и бетонов.
Так как вода является непременной частью активной
составляющей бетона, т. с. цементного камня, вначале
рассмотрим те изменения, которые могут происходить
с ней при различных температурах. Применительно
к зимнему бетонированию особый интерес представляют
фазовые превращения воды при замерзании цементного
камня и бетона.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ СВЯЗЕЙ ВОДЫ
Вода в природе находится в трех агрегатных состоя-
ниях: твердом, жидком и газообразном. При нормаль-
ном атмосферном давлении вода имеет температуру ки-
пения 100° С, а температуру плавления льда 0°С. Удель-
ная теплота плавления льда составляет 333,6 Дж приО0
Следовательно, такое количество тепла при замерзании
1 кг воды выделяется, а при оттаивании льда поглоща-
ется. Наибольшая плотность воды при 4° С принята за
единицу. Вода гигроскопическая, т. е. адсорбированная
на поверхности твердого или жидкого тела, легко уда-
ляется при нагревании. Вода кристаллизационная в виде
молекул Н2О входит в состав кристаллогидратов. На-
пример, при гидратации .минералов цементного клинке-
ра на 1 молекулу силикатных окислов приходится одна
или несколько молекул воды кристаллизационной. Пере-
ход воды из одной фазы в другую происходит скачкооб-
разно с изменением ее внутреннего строения и всех свя-
занных с этим физических свойств и характеристик.
Все фазовые переходы воды (кристаллизация, плав-
ление, конденсация, кипение и испарение) связаны с вы-
делением или поглощением тепла. Эти свойства воды,
как составной части бетона, необходимо знать и исполь-
зовать их как при изготовлении бетона при выдержива-
нии его в различных температурных условиях, так
3:
35
и при эксплуатации конструкций. Особый интерес это
представляет при зимнем бетонировании, когда требует-
ся принимать специальные меры для создания благо-
приятных условий при твердении бетона.
От фазового состояния воды, содержащейся в бетоне,
во многом зависят его свойства (твердение, прочность,
стойкость в разных средах). При расчетах охлаждения
бетона на морозе следует учитывать в балансе тепла
конструкции теплоту плавления и кристаллизации льда.
Содержащуюся в твердеющем цементном тесте воду
различные исследователи классифицируют по-разному.
Т. Пауэрс [49, 84] в затвердевшем тесте- разделяет
воду на химически связанную; физически адсорбиро-
ванную на поверхности геля; находящуюся вне действия
радиуса поверхностных сил. Однако он считает, что
очень трудно устанавливать, какое количество воды в ка-
ком состоянии находится. При химических анализах не-
возможно точно отделить один вид продуктов гидрата-
ции от другого.
А. В. Лыков воду, находящуюся в цементном камне,
в зависимости от степени энергии связи подразделяет на
физико-механически, физико-химически и химически свя-
занную.
К физико-механически связанной воде относится сво-
бодная вода в ячейках кристаллизационной структуры
геля и вода в микро- и макрокапиллярах цементного кам-
ня. Эта вода удерживается механически и сохраняет
свои обычные свойства. Ее обычно называют капилляр-
ной, или гигроскопической. Она удаляется при нагрева-
нии цементного камня до температуры 105° С. Количест-
во механически связанной воды зависит от влажности
и температуры среды. Физико-механически связанная
вода, расположенная в микрокапиллярах цементного
камня, влияет на его прочность и деформативность. Вода
мономолекулярного слоя связана адсорбционно и отли-
чается по своим свойствам от рыхлосвязанной.
Физико-химически связанная вода находится в гид-
ратных оболочках. Она появляется в результате раство-
рения и гидратации минералов цементного клинкера,
частицы которых адсорбируют на себя влагу. Связь это-
го состояния воды осуществляется за счет молекулярно-
го силового поля. Вода в адсорбционных слоях изменяет
свои свойства. При различных температурах, особенно
при замерзании цементного камня и бетона, она может
36
изменять свое фазовое состояние несколько иначе, чем
вода физико-механически связанная. При нагревании
в отличие от химически связанной она постепенно сво-
бодно удаляется. В затвердевшем цементном камне ее
содержится примерно столько же, сколько и химически
связанной. Она может быть удалена из кристаллической
решетки без разрушения кристаллов и затем снова по-
глощена во влажной среде.
В свежеуложенном бетоне объем введенной воды
условно можно считать равным объему пор и капилля-
ров, содержащихся в смеси различного вида. Кроме во-
ды, содержащейся в капиллярах и в частично возника-
ющих новообразованиях, часть воды отделяется на по-
верхности конструкций при уплотнении бетонной смеси
и распределяется в макропорах, а также в макроканалах
седиментационного происхождения. Последнее получает-
ся в результате подъема воды вверх в процессе погруже-
ния твердых составляющих.
Размеры пор, каналов и капилляров, в которых со-
держится вода, в значительной мере зависят от густоты
цементного теста (В/Д), общего содержания воды в бе-
тоне, а также от степени уплотнения, т. е. от сближения
контактов между твердыми составляющими. Каналы
седиментационного происхождения и макрокапилляры
измеряются в микронах и даже в миллиметрах. Микро-
капилляры имеют переменное сечение и измеряются
в долях микрона, а поры геля — в ангстремах.
С течением времени объем капиллярных пор умень-
шается, а гелевых, в том числе контракционных, увели-
чивается. В процессе гидратации цемента непрерывно
происходит изменение структуры цементного камня и бе-
тона в сторону повышения его плотности.
В процессе замерзания вода, замерзая, не сразу
переходит в твердое состояние, а частично остается
в жидком состоянии в виде тонких пленок на внутрен-
них поверхностях капилляров и в гелях даже при весь-
ма низких отрицательных температурах.
По мере понижения температуры количество воды
в жидкой фазе уменьшается и при температуре ниже
—10° С ее остается очень мало. В свежеуложенном бето-
не при температуре ниже —10° С практически вся вода
переходит в твердое состояние — лед. Это положение хо-
рошо согласуется с получаемыми результатами при
.исследовании гидратации и тепловыделения цементов,
37
Таблица
СОДЕРЖАНИЕ ЛЬДА В ТЯЖЕЛОМ БЕТОНЕ,
ЗАМОРОЖЕННОМ В РАЗЛИЧНОМ ВОЗРАСТЕ
Температура, °C	Льдистость бетона, %				
	замороженного сразу после укладки	замороженного при прочности, % от R2«			
		15	|	50	|	70	|	100
—3	91	43	20	14	10
—5	92	58	27	22	18
— 10	92	66	42	38	33
— 15	93	73	58	44	41
—20	94	74	63	49	43
—30	96	78	65	54	49
—45	97	87	68	57	52
а также набора прочности цементным камнем и бетоном
при отрицательных температурах.
По данным проф. Т. Пауэрса (при определении дила-
тометрическим методом), при t=—0,5°С в цементной
пасте образуется льда 21%, при t = —4°С замерзает уже
60%, а при —10°С количество льда увеличивается до
75%. Значительная часть воды в жидкой фазе сохраня-
ется до —40° С и даже до —65° С, когда она замерзает
в гелях и контракционных порах.
В лаборатории методов ускорения твердения бетона
НИИЖБ при разработке кандидатских диссертаций
Э. X. Булгаковым, О. С. Ивановой и Л. А. Беловой [3,
8, 19] были проведены подробные исследования льдисто-
сти (процентное отношение количества льда к весу хи-
мически несвязанной воды) в цементных пастах, раство-
рах и бетонах калориметрическим методом.
В своих исследованиях О. С. Иванова замораживала
опытные образцы бетона при достижении ими 15, 30, 70
и 100% от 28-суточной прочности нормального тверде-
ния, в интервале температур от —1 до —45° С.
Данные об уменьшении количества льда с увеличени-
ем возраста бетона на плотных заполнителях приведены
в табл. 1.1. В качестве крупного заполнителя применял-
ся гранитный щебень. Цемент применялся портландский
марки 400. Изучение льдистости проводилось у образ-
цов сразу после изготовления, а затем начиная с суточ-
ного возраста, т. е. когда структура сформировалась и
началась интенсивная гидратация цемента.
38
Как видно из данных табл. 1.1, на процессы льдооб-
разования большое влияние оказывает время предвари-
тельного выдерживания бетона до замораживания, т. е.
степень гидратации в нем цемента.
У образцов бетона, замороженного сразу после при-
готовления, когда геля содержится еще очень мало
и почти вся вода находится в порах межзернового прост-
ранства или в капиллярных порах между частицами ге-
ля, т. е. в макропорах в свободном состоянии, и лишь
незначительная ее часть прочно удерживается адсорбци-
онными силами, большая часть воды (91%) переходит
в лед уже при температуре —3°С.
Увеличение степени гидратации цемента после 24-ча-
сового твердения бетона в нормальных условиях влечет
за собой изменение его пористости. Макропоры перехо-
дят в микропоры; часть капиллярных пор замещается
контракционнымп и гелевыми, в которых переход воды
в лед происходит уже при более низких отрицательных
температурах. Увеличивается и удельная поверхность
цемента. Все это ведет к уменьшению количества сво-
бодной, способной замерзнуть воды, в связи с чем зна-
чительно уменьшается льдистость бетона, замороженно-
го через 24 ч после приготовления.
Во всех трех упомянутых работах обращается особое
внимание на интервал температур от 0 до —2° С. Как
показали исследования, при этих температурах вода
длительное время может находиться в незамерзшем пе-
реохлажденном состоянии, а количество льда, образо-
вавшегося при температуре —1°С, в проведенных опы-
тах не превышало 20%. Этим можно объяснить тверде-
ние бетона при небольших отрицательных температурах
и значительный набор ими прочности, иногда достигаю-
щий 70% от ^28-
Наличие воды в жидкой фазе может способствовать
гидратации цемента, но в то же время может быть
и причиной разрушения бетона при переходе ее в лед.
Из полученных с помощью изотермического калори-
метра данных видно, что основная масса льда в бетоне
образуется при понижении температуры до —5... —10° С.
В этом диапазоне температур идет интенсивное льдооб-
разование за счет замерзания механически связанной во-
ды, содержащейся в макропорах радиусом более 0,1 мк.
При дальнейшем понижении температуры от —10 до
—40° С количество замерзшей воды увеличивается тем
39
меньше, чем ниже зрелость бетона до замерзания.
В этом интервале температур замерзает рыхлосвязанная
вода и вода, находящаяся в мелких капиллярах диамет-
ром менее 0,1 мк.
Учитывая некоторую разницу в скорости охлаждения
и в наборе прочности бетонов на легких пористых запол-
нителях по сравнению с тяжелыми бетонами при одина-
ковых отрицательных температурах, был проведен опыт,
аналогичный ранее проведенному [18]. Новые иссле-
дования были проведены на керамзитобетоне состава
1 2 2,1, приготовленном па портландцементе марки 400
Белгородского завода, кварцевом речном песке и керам-
зитовом гравии Лианозовского завода. Прочность ке-
рамзитобетона в 28-суточном возрасте составляла
12,5 МПа.
Фазовое состояние воды определялось на том же изо-
термическом калориметре модели института мерзлото-
ведения по отработанной ранее методике.
Льдистость керамзитобетона определялась при тем-
пературах — 1, —3, —5, —10, —15, —25 и —40° С. Зре-
лость керамзитобетона к моменту замерзания составля-
ла 0; 16; 30; 50; 65 и 100% от /?28, т. е. почти такой же,
как и в ранее проведенном исследовании с тяжелым бе-
тоном.
Образцы после калориметрирования обрабатывались
спиртом и сушились до постоянного веса при 105° С.
Масса образца сухого бетона находилась в пределах
33—40, масса воды в образцах колебалась от 2 до 6 г
в зависимости от зрелости бетона к моменту замерза-
ния. Образцы из керамзитобетона, замораживаемые
сразу после приготовления, укладывались непосредст-
венно в бюксы. Образцы же из прочного бетона готови-
лись путем откола кусков массой 30—40 г из середины
кубиков размером 10X10X10 см, твердевших до задан-
ной прочности в камере нормальных условий. Количест-
во льда в образце определялось с учетом изменения
теплоемкости льда и абсолютно сухого скелета бетона
в зависимости от температуры.
Теплоемкость льда рассчитывалась по формуле, ре-
комендованной Б. П. Вейнбергом, по которой
Сл = 0,5057+ 0,001863 0,
де Сл — теплоемкость льда при расчетной температуре;
0 — расчетная температура, °C.
40
Теплоемкость абсолютно сухого скелета бетона опре-
делялась экспериментально калориметрическим методом
при —7 и —40° С.
По результатам опытов при —7° С Сбет = 0,733 и при
—40° С Сбет = 0,687 Дж/(г-°С).
По данным НИИОПС, теплоемкость скелета бетона
меняется на 0,0016 Дж/(г-°С). Поэтому в расчетах
льдистости была принята следующая теплоемкость аб-
солютно сухого керамзитобетона в зависимости от тем-
пературы:
Температура,
°C
Теплоемкость
абсолютно су-
хого керамзи-
тобетона,
Дж/(г-°С)
—3—5	—10	—25	—40
0,741 0,737 0,737 0,733 0,729 0,703 0,687
Данные определения льдистости керамзитобетона,
приведенные на рис. 1.1, показывают, что образование
в нем льда аналогично образованию льда в тяжелом бе-
тоне [19].
Из анализа полученных результатов следует, что фа-
зовые превращения воды в керамзитобетопс, так же
как и в тяжелом бетоне, зависят от степени его зрело-
сти к моменту замерзания. Интенсивность льдообразо-
Рис. 1.1. Изменение льдистости керамзитобетона, замороженного с
разной прочностью
/ — сразу после изготовления; 2 —при прочности 16% от /<8; 3 — то же,
30% от foe; 4— при 50% от R>%; 5—при 65% от /?28; 5—при 100% от /?28
41
вания в керамзитобетоне, замороженном сразу после
приготовления, также значительно выше интенсивности
фазовых переходов воды в зрелом керамзитобетоне, по-
скольку при одних и тех же температурах в более зре-
лом бетоне в лед переходит значительно меньшее коли-
чество воды. Так, при температуре —ГС в керамзито-
бетоне, замороженном сразу после изготовления, в лед
перешло 49% химически несвязанной воды, а в бетоне,
выдержанном в нормальных условиях в течение двух су-
ток и замороженном при прочности 30% от /?28, в лед
перешло около 20% воды. При —10° С в лед перешло
соответственно 90 и 57% воды, а при—25°С—90 и 68%.
Льдистость у образцов керамзитобетона возрастает
с понижением температуры. Наиболее интенсивное обра-
зование льда происходит при температурах до —10° С,
причем для бетонов разной зрелости области «значи-
тельных» и «незначительных» фазовых переходов воды
лежат в различных температурных пределах.
Для бетона, замороженного сразу после приготовле-
ния, наиболее значительные фазовые превращения воды
происходят при температурах —1... —2°С; так, в лед пе-
реходит при температуре —ГС до 49% воды, а при
—2° С — 72%. В бетоне, прочность которого достигала
30% от /?2в, самые значительные фазовые превращения
воды происходят при температурах до —5° С, когда
в лед переходит 68% воды от всего ее количества, замер-
зающего в бетоне такой зрелости при —40° С.
Таким образом, по мере увеличения «зрелости» ке-
рамзитобетона область «значительных» фазовых превра-
щений воды отодвигается от 0°С и переходит в область
более низких отрицательных температур.
Подобная картина наблюдалась и при замерзании
бетона, приготовленного на плотном известняковом за-
полнителе. Причиной этого являются непрерывные физи-
ко-химические изменения, протекающие в бетоне.
Бетон является материалом, структура и свойства
которого с течением времени изменяются. Особенно ин-
тенсивно этот процесс протекает в начальный период
твердения, о чем свидетельствует нарастание прочности
и изменение характера пористости материала. Так, в бе-
тоне состава 1:3,3: 4,5 с В/Д=0,72 общая пористость,
определенная расчетно-экспериментальным методом сра-
зу после приготовления, составляла 18%. В бетоне су-
точного возраста она уменьшилась до 17,2%, а трех-
42
суточного — составляла уже 16,28%. Очень важным яв-
ляется изменение самого характера пористости за этот
период времени. В бетоне трехсуточного возраста капил-
лярная пористость составляла 13,75%, контракционная
0,76% и гелевая 1,7%. Принимая во внимание, что кон-
тракционная и гелевая пористости в 28-суточном возрас-
те в исследуемом бетоне составляли соответственно 1,28
и 2,85%, можно сказать, что в первые трое суток твер-
дения капиллярная пористость уменьшается, а контрак-
ционная и гелевая увеличиваются больше чем на 50%.
Это является подтверждением существенного изменения
характера структуры бетона в начальные сроки твер-
дения.
В приведенных выше данных льдистость определя-
лась при замораживании бетона, начиная с одних суток
и далее. Чтобы глубже разобраться в том, что происхо-
дит в самом начальном периоде замерзания изготовлен-
ного бетона, автором совместно с Л. А. Беловой были
проведены специальные опыты с обследованием интер-
вала замерзания бетона в течение первых суток. При
этом устанавливалась закономерная связь между содер-
жанием жидкой фазы и гидратацией цемента, а также
набором им прочности при температурах ниже 0°С. Ме-
ханизм замерзания исследовался в самом раннем возра-
сте, т. е. в период формирования структуры цемента
и бетона. Одновременно проводились опыты и с бетоном
после достижения им критической прочности, обеспечи-
вающей в последующем приобретение требуемых физи-
ко-механических свойств. В этом случае образцы испы-
тывали в возрасте 72 ч.
Исследования по определению количества льда, об-
разующегося в цементном тесте, растворе и бетоне на
известняковом щебне и аглопорите, замороженных сра-
зу, а также через 3, 6, 9, 12, 24 и 72 ч после изготовле-
ния, проводились также калориметрическим методом на
той же модели института мерзлотоведения при темпера-
турах от —1 до —38° С.
На рис. 1.2 приведены данные об изменении льдисто-
сти цементного теста, раствора и бетона, изготовленных
на белгородском портландцементе. Бетон изготовлен на
известняковом щебне, состав бетона 1 :2 : 3,7 при ВЩ=
= 0,58. Раствор состава 1 :3 при B/Z/=0,45. Аглопори-
тобетон марки 200 при В///=0,5.
Как видно из рисунка, с понижением температуры
43
количество льда во всех составах увеличивается. При
этом у бетона, замороженного в первые часы, большая
часть воды переходит в лед (отмечается скачкообраз-
ность) при температуре ниже —2° С, а у замороженного
через 24 ч нормального твердения — при температуре
Рис. 1.2. Изменение льдистости цементного теста, раствора и бетона,
замороженных в разные сроки
1, 2, 3, 4 — соответственно цементное тесто, аглопоритобетон, раствор, бетон
на известняке, замороженные сразу после приготовления; 5, 6, 7, 8 — соответ-
ственно бетон на известняковом щебне, аглопоритобетон, раствор, цементное
тесто, замороженные через 24 ч после приготовления
Так, при t = —3°С в бетоне, вынесенном на мороз
в возрасте 0, 3, 6, 9 ч, замерзает 89—86% воды, а у об-
разцов, твердевших 12 и 24 ч до замораживания, соот-
ветственно 80 и 57%. Основная масса льда образуется
при понижении температуры до —5... —10° С, когда
льдистость составляет 74 и 78% у бетона, твердевшего
24 и 12 ч в нормальных условиях, и 94% у бетона, замо-
роженного сразу после приготовления.
Эти данные хорошо согласуются с результатами ис-
следований, проводимыми в дилатометре Т. Пауэрсом
и Т. Браунярдом [84], А. Н. Савицким и Д. Литваном
[81], которые отмечают, что в данном интервале темпе-
ратур происходит интенсивное льдообразование за счет
замерзания физически связанной воды в капиллярах ра-
диусом более 0,1 мкр. При дальнейшем понижении тем-
пературы от —10 до —40° С количество замерзшей воды
44
увеличивается незначительно, уже за счет замерзания
ее в более мелких капиллярах диаметром менее 0,1 мк.
Большое влияние на льдистость оказывает время твер-
дения бетона до начала замерзания, или, иначе говоря,
степень гидратации цемента и водоцементное отношение
[32]. У затвердевшего цемента значительное количество
незамерзшей воды находится в гелях гидросиликата
кальция. В интервале температур —40... —50° С отмеча-
ется некоторое увеличение льдистости за счет замерза-
ния воды в контракционпых порах диаметром ^0,05 мк
и рыхлосвязанной воды в топких капиллярах. В порах
о
радиусом менее 50 А вода замерзает при температурах
ниже —60° С. Она прочно связана в кристаллической
решетке геля силами адсорбции, в отличие от тон части
воды, которая связана химически и фазовых превра-
щениях не участвует.
Чтобы полнее выявить криологические характеристи-
ки, было определено влияние пористого заполнителя на
льдистость бетона. Проведены исследования по опреде-
лению фазового состояния воды в цементном тесте нор-
мальной густоты (23,75%), раствора состава 1 3 при
В/Д=0,45 и аглоноритобетоие марки 200 при ВЩ =
= 0,58. Все эти опытные образцы были также изготовле-
ны па белгородском алитовом (3CaO-SiO2 = 64%) мало-
алюминатном (ЗСаО-А12О3 = 4%) портландцементе мар-
ки 400. В этом случае замораживание было произведено
сразу после изготовления образцов и в возрасте 24 ч.
Опыты показали, что количество льда, образовавше-
гося в цементном тесте, растворе, легком и тяжелом бе-
тоне при замораживании их сразу после приготовления,
составляет соответственно: при -—2° С—80,85,90 и 85%,
при —3°С уже 89, 92, 94 и 89%; при 10°С—98, 96,
96 и 94%; а при —38° С —96—98%.
Значительно уменьшается количество образовавшего-
ся льда в таких же образцах, выдержанных перед замо-
раживанием в течение 24 ч в нормальных условиях; оно
соответственно равно: при —3°С—50, 57, 70 и 62%; при
—5°С—62, 74, 74 и 74; при —10°С—63, 75, 75 и 78,
а при —38° С—68, 79, 80 и 83%. Можно отметить, что
аглопоритобетон замерзает быстрее, чем бетон на извест-
няковом щебне.
При температурах до —2° С вода в свежеизготовлен-
ном бетоне некоторое время находится в переохлажден-
45
ном состоянии; при —1°С в данных опытах, как и в опи-
санных выше, в жидкой фазе ее находится еще около
80%.
Представляет несомненный интерес сопоставление
льдистости у свежезатворенного цементного теста и пос-
ле выдерживания их контрольных образцов в течение
Рис. 1.3. Изменение льдистости цементного теста
1 — в свежеизготовленном состоянии; 2 — в суточном возрасте
24 ч в нормальных условиях. Результаты определения
количества льда в цементном тесте и цементном камне
после суточного твердения представлены на рис. 1.3.
В данном опыте применялся тот же портландцемент Бел-
городского завода.
Как это видно из рисунка, с понижением температу-
ры количество льда увеличивается. При этом у образ-
цов, замороженных в первые часы, большая часть воды
переходит в лед при температуре ниже —2° С, а у замо-
роженных через 24 ч нормального твердения — при тем-
пературе —5° С.
В этом интервале температур происходит интенсив-
ное льдообразование за счет замерзания физико-механи-
чески связанной воды в порах радиусом более 0,1 мк.
При дальнейшем понижении температуры от —10 до
—38° С количество замерзшей воды увеличивается не-
значительно уже за счет замерзания ее в капиллярах
диаметром менее 0,1 мк. Большое влияние на льдистость
оказывает время твердения бетона до начала замерза-
ния, или, иначе говоря, степень гидратации цемента и
46
водоцементное отношение. В наших опытах цементные
образцы были изготовлены из теста нормальной густоты.
Все изложенное о кинетике фазовых изменений в про-
цессе замерзания и оттаивания воды является первопри-
чиной процесса гидратации цемента и твердения бетона
при отрицательных температурах. Гидратация и связан-
ное с ним тепловыделение цемента, а также твердение
бетона на морозе являются следствием содержания воды
в нем в жидкой фазе.
Анализ приведенных данных по многочисленным опы-
там с цеметным тестом, раствором и бетонами на раз-
личных заполнителях, в достаточно большом темпера-
турном интервале, позволяет дать вполне определенное
научное объяснение процессам твердения, происходящим
при отрицательных температурах.
Теоретические положения только тогда являются
справедливыми, когда они опираются на достоверные
экспериментальные данные. На основании изложенных
данных и их интерпретации можно сделать выводы не
только общего характера, но и использовать их в прак-
тических целях. Однако следует заметить, что решение
вопросов, связанных с выбором методов производства
работ и с учетом набора прочности бетоном при пере-
менных положительных и отрицательных температурах,
остается весьма сложной задачей. В каждом отдельном
случае приходится учитывать целый комплекс факторов.
Переход воды из жидкого состояния в твердое про-
текает с кристаллизацией, в процессе которой выделяет-
ся тепло. Вязкость воды при 0°С в 1,8 раза становится
больше, чем при 20°С, и в 6 раз больше, чем при темпе-
ратуре 100° С.
Движение молекул воды с понижением температуры
замедляется, происходит их агрегирование. Химическая
активность воды падает. Отмечается ряд аномальных
явлений, которые даже с применением современных ме-
тодов исследований (химических и петрографических
анализов, ультразвука, деформаций, рентгеноанализа)
очень трудно поддаются изучению. При понижении тем-
пературы воды ниже 0°С наблюдается переход ее в твер-
дое состояние не сразу. Вследствие повышения вязкости
воды с понижением температуры и содержания ее в ка-
пиллярах переменного сечения она некоторое время оста-
ется в переохлажденном состоянии, т. е. сохраняется в
жидкой фазе ниже критической точки.
47
Опыты подтверждают, что началу кристаллизации
водных растворов как в свободном состоянии, так и в
бетоне предшествует переохлажденное состояние даже
при затворении цемента на пресной воде.
Как видно из рис. 1.4, раствор на шлакопортландце-
менте в опытах Э. X. Булгакова [8] после 20—40 мин
Рис. 1.4. Кривые замерзания
образцов при различных
температурах окружающей
среды
/_/=_4°С;	2 — /=—5,8° С;
3 — t = —5,2° С
пребывания в переохлаж-
денном состоянии при тем-
пературах —4 и —6° С на-
чинал замерзать. Однако в
течение некоторого времени
температура удерживалась
ниже 0° за счет теплоты кри-
сталлизации льда и раство-
рения солей, содержащихся
в цементе. В тех же опытах
было установлено, что до-
бавка хлористых солей и ни-
трита натрия снижает тем-
пературу переохлажденно-
го состояния на 3° по срав-
нению с криоскопической
точкой при данной концен-
трации.
О влиянии вида приме-
няемой воды для затворе-
ния бетона на его физико-
механические свойства не-
однократно высказывались
различные мнения. При этом
не всегда они связываются
с жесткостью воды и содер-
жанием растворимых веществ. Э. X. Булгаков [8] выдви-
нул гипотезу о том, что вода, подвергшаяся кипячению
в течение 2—3 ч, обеспечивает повышение прочности бе-
тона на шлакопортландцементе и образцов, изготовлен-
ных на минерале 2CaO-SiO2, и наоборот, снижает проч-
ность бетона на глиноземистом цементе и образцов, из-
готовленных на минерале 3CaO-SiO2. Э. X. Булгаков
объясняет эту зависимость влиянием термообработанной
водопроводной воды на изменение структуры молекул
воды.
Было решено провести тщательную эксперименталь-
ную проверку данной гипотезы. Проверка была произ-
48
ведена на трех основных видах цемента с использовани-
ем различного вида воды для затворения бетона: обыч-
ной водопроводной, прокипяченной в течение 2—3 ч,
дистиллированной и полученной из растаявшего льда.
После кипячения вода охлаждалась до температуры по-
мещения. Бетоны приготавливались двух составов с рас-
ходом цемента 320 и 600 кг/м3. В первом составе со-
держалось 185 л воды при В/Я=0,58, во втором —224 л
воды при В/Д=0,38 на кубический метр бетона. Осадка
конуса колебалась в пределах 0—1,5 см, а жесткость —
15—25 с. Более жесткие смеси получались при расходе
цемента 320 кг/м3.
Первые сутки образцы-кубы хранились в металличе-
ских формах 10X10X10 см, после чего распалублива-
лись и переносились в камеру нормального хранения.
Испытание на прочность при сжатии производилось че-
рез 3, 7, 28 и 60 сут нормального твердения. Одновре-
менно были изготовлены образцы из стандартного рас-
твора с расплывом конуса 105—107 мм. Водоцементное
отношение при использовании различных цементов коле-
балось в пределах 0,4 -0,45.
Результаты испытаний образцов из бетона при сжа-
тии и из раствора при изгибе через 7 и 28 сут приведе-
ны в табл. 1.2. Как видно из приводимых результатов
(табл. 1.2), высказанная гипотеза о влиянии термообра-
ботанной воды на прочность бетона и раствора, изготов-
ленных на различных цементах, не подтвердилась. В се-
мидневном возрасте у бетонов на шлакопортландцемен-
те и на глиноземистом цементе па 9 и 13% прочность
получалась больше при использовании кипяченой воды.
На портландцементе она получалась на 15,5% меньше,
чем у бетона, затворенного на обычной водопроводной
воде. И в двадцативосьмисуточпом возрасте прочность
бетона на портландцементе и шлакопортландцементе на
5,5—8,4% меньше при использовании той же кипяченой
воды. При испытании образцов в возрасте шестидесяти
суток все показатели прочности этих бетонов сблизились.
Пределы отклонений в показателях прочности не пре-
вышали обычных 5—15%.
Как показали наблюдения при изготовлении образ-
цов, на колебания прочности в большей степени оказыва-
ли влияние некоторые неточности в проведении опытов.
Нельзя сделать каких-либо определенных выводов так-
же и в отношении использования дистиллированной во-
4—23
49
gТаблица 1.2
ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА И РАСТВОРА, ЗАТВОРЕННЫХ НА РАЗЛИЧНОЙ ВОДЕ
Цемент	Характеристика воды затворения	Прочность				в/ц раствора	Сроки схватывания раствора	
		бетона при сжатии | раствора при изгибе						
							начало	конец
		возраст, сут						
		7	|	28	|	7			28			
Шлакопортланд- цемент	Водопроводная	14,2 100	33,2 100	2,85 100	6,64 100	0,45	2 ч 01 мин	5 ч 41 мин
	Кипяченая	15,5 109	30,4 91,6	3,19 112	5,76 87	0,45	1 ч 53 мин	5 ч 28 мин
	Дистиллированная	16,1 113	31,1 93,8	3,03 106	6,56 99	0,46	2 ч 03 мин	5 ч 39 мин
	Из растаявшего льда	14,3 100,7	28,8 86,7	3,04 106,8	5,51 83	0,45	1 ч 50 мин	5 ч 30 мин
Портландцемент Белгородского за- вода	Водопроводная	36,8 100	52,7 100	5,37 100	7,79 100	0,4	2 ч 48 мин	6 ч 20 мин
	Кипяченая	31,1 84,5	50,4 95,5	4,8	7,6	0,4	3 ч 04 мин	6 ч 07 мин
				89,5	97,6			
**	Дистиллированная	35,4 96,4	49,6 94,3	4,84 90	7,38 95	0,4	2 ч 50 мин	6 ч 15 мин
	Из растаявшего льда	36,8 100	49,4 93,7	5,29 98,5	7,11 91,4	0,4	2 ч 55 мин	6 ч 07 мин
Глиноземистый	Водопроводная	33,5 100	41,4 100	5,52 100	4,99 100	0,44	1 ч 10 мин	3 ч 40 мин
	Кипяченая	38 ИЗ	48,5 117	4,85 88	4,54 91	0,44	1 ч 04 мин	3 ч 22 мин
	Дистиллированная	34 101	43,4 105	4,96 90	4,76 95,6	0,45	1 ч 07 мин	3 ч 07 мин
	Из растаявшего льда	37,7 112,5	42,3 102	4,97 90,2	4,66 93,6	0,44	1 ч 02 мин	3 ч 25 мин
Примечание. Над чертой указана прочность при сжатии и изгибе в МПа, под чертой — прочность в % от
~ прочности бетона, затворенного на обычной водопроводной воде.
ды и воды, полученной из растаявшего льда. У раство-
ров на портландцементе и на глиноземистом цементе от-
мечается вообще некоторое уменьшение прочности в 7-
и 28-суточном возрасте, — на шлакопортландцементе
прочность раствора была выше на 6—12% только в се-
мисуточном возрасте. К двадцати восьми суткам она вез-
де получилась несколько ниже, чем у раствора, изготов-
ленного на обычной водопроводной воде.
Дистиллированная вода, как более мягкая, не способ-
ствовала увеличению расплыва конуса раствора при оди-
наковых В/Ц для различных составов. Поэтому водопот-
ребность бетонной смеси при одинаковой консистенции
нс следовало изменять. Таким образом, влияние термо-
обработки воды на прочность бетона в опытах не вы-
явилось.
Вопрос о влиянии вида воды на свойства затворяе-
мых на них бетонов является более сложным, чем это
кажется некоторым технологам.
За последние 5—6 лет опубликовано много работ
о повышении прочности бетонов, затворяемых на воде,
подвергнутой магнитной обработке. Лабораторные ис-
следования проводились в Московском государственном
университете, Новочеркасском, Пермском, Краснодар-
ском и других политехнических институтах, в Минском
институте тепло- и массообмена, в ЦНИИЭП жилища,
в НИИЖБ, в институте горно-химического сырья и дру-
гих. Однако теория воздействия электромагнитного поля
на свойства воды, применяемой при изготовлении бето-
на, никем не разработана. Магнитную воду некоторые
исследователи применяют в сочетании с другими техно-
логическими факторами. Например, в бетон вводятся по-
верхностно-активные добавки, воду насыщают ионами
железа, применяют повторную вибрацию, вместо фрак-
ционированных заполнителей применяют природные
песчано-гравийные неоднородные смеси и т. п.
Исследования, проведенные в НИИЖБ и некоторых
других организациях, показали, что магнитная вода не
оказывает прямого воздействия на прочность бетона.
При некоторых режимах магнитной обработки воды от-
мечалось повышение пластификации жестких смесей,
главным образом керамзитобетонных.
Следует обратить внимание на то, что большинство
исследователей утверждало о происходящем повышении
прочности бетона на магнитной воде без уменьшения во*
52
доцементного отношения. То есть в их опытах не был
использован эффект пластификации смесей (если тако-
вой был) и расход магнитообработанной воды не умень-
шался по сравнению с применением обычной водопро-
водной воды. Применительно к технологии бетона про-
цессы магнитной обработки воды неуправляемы и не-
контролируемы. Свойства воды могут изменяться не
только по временам года, но и в течение одного дня.
Снижения расхода цемента в строительстве необходимо
добиваться другими, научно обоснованными мероприя-
тиями. Поэтому от использования магнитной воды для
затворения бетона в производственных условиях следует
воздержаться. Разработанные рядом организаций инст-
рукции и временные указания для производственного
применения магнитной воды при изготовлении бетонов
являются преждевременными, так как они необосно-
ванны.
ГЛАВА 2
ГИДРАТАЦИЯ, ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ И СТРУКТУРА
НОВООБРАЗОВАНИЙ ПРИ ТВЕРДЕНИИ ЦЕМЕНТА
В РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ
УСЛОВИЯХ
Процессы, связанные с гидратацией портландцемен-
та, изучаются в течение более 100 лет во многих странах.
Был высказан ряд гипотез (теорий) о процессах гидра-
тации минералов цемента и о твердении его с течением
времени. Однако ни одна из гипотез, в том числе
А. Ле-Шателье, В. Михаэлиса, А. А. Байкова, П. А. Ре-
биндера, Л. Форсена, Т. Пауэрса, X. Тейлора и др., по
является общепризнанной как теория твердения. Это
подтверждается позднейшими исследованиями с приме-
нением современных приборов и методов. Значительно
углублены знания по минералогии цементного клинкера,
формированию структуры новообразований, выявлена
роль физических и физико-химических процессов при
твердении в различных температурных условиях.
На протяжении последних 10—12 лет среди ведущих
ученых как в Советском Союзе, так и за рубежом ведут-
ся дискуссии по вопросу механизма гидратации и твер-
дения цемента. Одни утверждают, что твердение проис-
53
ходит только путем растворения и выкристаллизовыва-
ния продуктов из пересыщенных растворов. Другие
считают, что продукты новообразований являются след-
ствием топохимических реакций. Третьи (к числу кото-
рых принадлежит и автор), не исключая топохимических
реакций, считают, что процессы твердения начинаются
и в основном протекают путем растворения и выкристал-
лизовывания продуктов гидратации и гидролиза из пе-
ресыщенных растворов.
Не противопоставляя эти гипотезы одну другой, име-
ются основания предполагать, что процессы гидратации
и твердения цемента начинаются с растворения и выкри-
сталлизования гидратов. Затем с течением времени про-
исходит внедрение молекул воды и ионов ОН в кристал-
лическую решетку минералов непрореагировавшей части
цементного клинкера, без перехода через раствор. При
ограниченном доступе воды через плотные оболочки геля
углубление гидратации цемента происходит топохимиче-
ски замедленно, т. е. путем непосредственного взаимодей-
ствия минералов с водой без перехода продуктов новооб-
разований в раствор. Вода диффундирует через ультра-
микропоры геля, особенно при перекристаллизации его.
Представления о чисто коллоидных процессах, подоб-
ных загустеванию и уплотнению клея, современные мето-
ды исследований — рентгеноструктурный, электронно-
микроскопический и другие — опровергают даже приме-
нительно к ранней стадии твердения. Установлено, что
гидросиликаты кальция представляют собой ничто иное,
как сростки чрезвычайно мелких кристаллов, хотя они и
обнаруживают свойства, характерные для гелей.
ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЦЕМЕНТОВ
Обычное определение химического состава цемента
не дает необходимой характеристики его свойств. По
данным содержания окислов в процентах не представля-
ется возможным определить скорость твердения и уста-
новить наиболее благоприятный тепловлажностный
режим выдерживания бетона на том или ином цементе.
Минералогический состав невозможно рассчитать, так
как заводские цементы содержат различные минераль-
ные молотые добавки.
Схватывание и твердение цементов обусловливается
взаимодействием цемента с водой, при котором происхо-
дит растворение минералов клинкера и их гидратация
(присоединение воды). Поэтому минералогический со-
став лучше всего характеризует технические свойства
цементов.
Минералогический состав цемента предопределяет
состав и структуру новообразований, а также нараста-
ние прочности цементного камня во времени, в зависи-
мости от различных факторов.
В составе портландцементного клинкера содержатся
следующие основные минералы: трехкальциевый сили-
кат 3CaOSiO2*, двухкальциевый силикат р 2CaO-SiO2,
трехкальциевый алюминат ЗСаО-А12О3 и четырехкаль-
циевый алюмоферрит СаО-Al203-Fe203. Обычно в клин-
кере портландцемента содержится около 75% трехкаль-
циевого и двухкальциевого силиката. При зимних
работах рекомендуется применять портландцементы,
содержащие не менее 50% C3S.
Трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого
алюмоферрита в портландцементном клинкере содер-
жится около 20%. Проходя совместно с силикатами
кальция обжиг при высокой температуре, они затем при
быстром охлаждении частично переходят в стекловид-
ную массу.
В состав шлакопортландцемента, помимо тех мине-
ралов, которые находятся в цементном клинкере, входят
также минералы, находящиеся в шлаках: двухкальцие-
вый силикат Р и у 2CaOSiO2, геленит 2CaO-Al2O-SiO2
и некоторые другие составляющие. В пуццолановом порт-
ландцементе кроме клинкерных минералов присутствует
в большом количестве активный кремнезем (трепел,
трасс и др.).
В составе клинкера глиноземистого цемента содер-
жатся: однокальциевый алюминат СаО-А12О3, одиокаль-
циевый двухалюминат СаО-2А12О3, пятикальциевый
трехалюминат 5СаО-ЗА12О3, двухкальциевый силикат,
геленит и др. Однокальциевого алюмината, как основной
составляющей части, в глиноземистом цементе обычно
содержится около 60%. Повышенное содержание пяти-
кальциевого трехалюмината вызывает быстрое схваты-
вание глиноземистого цемента. Геленит является инерт-
ной составляющей цемента.
* В дальнейшем будут использованы следующие сокращенные
обозначения: C3S вместо 3CaO-SiO2; C2S вместо 2CaOSiO2; С3А
вместо ЗСаО-А12О3 и C4AF вместо 4СаО-Al2O3-Fe2O3.
55
Для ускорения твердения цементов необходимо тонь-
ше размалывать клинкер, так как при этом увели-
чивается удельная поверхность получаемого порошка.
Желательно иметь цементы, проходящие через сито
4900 отв/см2 в количестве не менее 95% или с удельной
поверхностью, определяемой по методу Товарова, около
4000 см2/г.
При зимнем бетонировании следует применять более
активные цементы, чем в других условиях.
При выборе цементов по минералогическому призна-
ку надо иметь в виду, что алюмосодержащие минералы
С3А и C4AF оказывают наибольшее влияние на процес-
сы схватывания и раннего твердения портландцемента.
Гидросульфоалюминат и гидроалюминат кальция вме-
сте с гидратом окиси кальция создают кристаллический
каркас и определяют начальную прочность цементного
камня и бетона.
При пониженных положительных и отрицательных
температурах рекомендуется применять высокоалито-
вый цемент с повышенным содержанием С3А и C4AF, а
при тепловой обработке изделий — умеренноалито-
вый с малым количеством алюмосодержащих мине-
ралов.
После образования кристаллического каркаса из гид-
роалюминатов кальция дальнейшее его развитие и уп-
лотнение структуры, а следовательно, и нарастание про-
чности цементного камня и бетона происходит, главным
образом, за счет гидросиликатов кальция.
ГИДРАТАЦИЯ ЦЕМЕНТА ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Скорость твердения и конечная прочность бетона на-
ходятся в определенной зависимости от скорости и глу-
бины гидратации применяемых цементов. Исследовани-
ем процессов гидратации минералов цементного клин-
кера и различных цементов занимаются как отечествен-
ные, так и зарубежные ученые химики и технологи по
вяжущим материалам и бетонам. Благодаря изучению
процесса гидратации цементов и составляющих их мине-
ралов изыскиваются пути к управлению процессами
схватывания и твердения бетона в различных условиях
применения. При этом вырабатываются и требования к
техническим свойствам цементов.
56
Надо заметить, что проводимые в этой области ис-
следования в основном ограничиваются изучением гид-
ратации при нормальной и повышенных температурах,
в том числе при автоклавной обработке, которая на пра-
ктике применяется в небольших масштабах. Приведя
некоторые данные для характеристики гидратации от-
дельных минералов и портландцемента при положи-
тельных температурах, мы несколько подробнее рассмот-
рим результаты наших исследований по гидратации це-
мента при низких положительных и при отрицательных
температурах.
В настоящее время вполне актуальным становится
вопрос об изучении гидратации цемента и твердения бе-
тона при отрицательных температурах. Необходимо
иметь полную ясность в отношении интенсивности твер-
дения бетона при пулевых и отрицательных температу-
рах. Эти пока немногочисленные результаты экспери-
ментальных исследований при отрицательных темпера-
турах должны обратить внимание ученых на дальней-
шее их развитие, па необходимость углубления в сторо-
ну изучения физико-химических процессов, протекаю-
щих в бетонах при зимнем бетонировании.
До сих пор исследователи больше изучали воздейст-
вие раннего замораживания на физико-механические
свойства бетонов, много внимания уделяли морозостой-
кости бетона. Очень мало исследований как за рубежом,
так и в СССР посвящено физическим и химическим
свойствам зимнего бетона, его криологическим характе-
ристикам.
При проведении экспериментов и рассмотрении ре-
зультатов, полученных при изучении гидратации порт-
ландцементов различными методами (химический ана-
лиз, рентгеноструктурный анализ, микроскопия, весо-
вой ДТЛ), у нас возникало много методических вопро-
сов и по самой технике подготовки проб. В связи с этим
целый ряд анализов делался повторно, повышалась
тщательность выполнения всех операций. Поэтому здесь
уместно напомнить высказывание Л. Коупленда, Д. Ка-
нтро, Г Вербека [24] во вступительной части доклада
«Химия гидратации портландцемента» на четвертом
Международном конгрессе по химии цемента: «Трудно-
сти, встречающиеся при изучении химии гидратации
портландцемента, обсуждались много раз, но хорошо
известны лишь тем, кто работает в данной области. Не-
57
смотря на это делаются определенные успехи, хотя путь
к пониманию процессов гидратации довольно сложен».
Еще более сложным он является при проведении ра-
бот при отрицательных температурах. Общепризнанной
стандартной методики определения адсорбированной и
гидратной воды не существует. Опыты показывают, что
1идратная вода из алюминатных составляющих начина-
ет удаляться не при 105° С, как это многие считают,
а уже при 60° С и даже ниже.
При 105° С адсорбционно связанная вода может уда-
ляться только у инертных материалов, а не у вяжущих.
Например, совершенно очевидно, что при .105° С вода
удаляется из сульфоалюмината, дегидратируется гипс.
По-различному принимают некоторые исследователи
и наивысшую температуру, при которой определяются
полные потери при прокаливании проб. Одни считают,
что принимать за химически или прочно связанную воду
следует ту, которая удаляется при 1000° С, другие — при
600° С или 700° С. Границы разделения химически
(прочно), адсорбционно (слабо) связанной и свободной
воды очень трудно установить. Часть воды может ад-
сорбционно удерживаться довольно прочно в кристалли-
ческой решетке, не являясь кристаллогидратной.
Прочность цементного камня, учитывая большую по-
верхность продуктов гидратации, создается в результа-
те объединения физических (адсорбционных) сил, так
называемых Ван-дер-Вальсовых, с силами химическими,
связи которых называют валентными.
Чем в более близком контакте с твердыми частица-
ми находятся мономолекулярные слои адсорбированной
воды, тем прочнее их связи. По мере удаления их связи
ослабевают. В крупных порах вода в большей части на-
ходится в свободном состоянии. Например, можно легко
наблюдать, как вода свободно удаляется с ячеек (круп-
ных пор) пено- или газобетона. Свободная вода не уве-
личивает, а, наоборот, уменьшает прочность, размягчает
цементный камень и бетон.
Гидратацию отдельных минералов портландцемента
можно характеризовать результатами исследований
проф. В. Н. Юнга, проведенными в Московском химико-
технологическом институте имени Д. И. Менделеева
(табл. 2.1).
Количество химически связанной воды (в процентах
от массы цемента) определялось в возрасте 3, 7, 28, 180
58
Таблица 2.1
КОЛИЧЕСТВО ВОДЫ, ПРИСОЕДИНЯЕМОЙ ОТДЕЛЬНЫМИ МИНЕРАЛАМИ,
% ОТ МАССЫ ЦЕМЕНТА
Минералы	Условия твердения					
	нормальные, в течение сут				при полной гидратации	после пропа- ривания под давлением 0,8 МПа по ре- жиму 24-84-2 ч
	3		28	180		
С3А	19	22	25	30	35	23
C4AF	14	16	18	22	29	20
C3S	5	7	10	13	16	12
C2S	1	1,5	2,5	5	10	5
суток и при полной гидратации в нормальных условиях.
Кроме того, подобное определение производилось после
пропаривания под давлением 0,8 МПа в автоклаве в те-
чение 8 ч.
Из минералов быстрее всех гидратируется трехкаль-
циевый алюминат. Достаточно быстро гидратируется и
четырехкальциевый алюмоферрит. Силикаты кальция
гидратируются значительно медленнее. Особенно мед-
ленно гидратируется двукальциевый силикат, который в
трехдневном возрасте присоединяет всего лишь около
1 %, а в месячном возрасте 2,5% воды.
В результате 8-часовой автоклавной обработки мине-
ралы портландцементного клинкера присоединяют воды
почти столько же, сколько в течение 180-суточного хра-
нения.
По данным Г Ямагуши и др., степень гидратации
клинкерных минералов портландцемента, начиная от
момента затворения цементного теста с В/Ц = 0,5 до 91-
суточного возраста выдерживания при температуре
20° С, характеризуется табл. 2.2.
По степени гидратации минералы распределяются в
том же порядке, что и по количеству связанной воды.
Как показали исследования С. Д. Окорокова, наличие
гипса и взаимодействие продуктов гидратации портланд-
цемента в процессе твердения несколько изменяет ско-
рость гидратации минералов в цементе по сравнению с
индивидуальными минералами. Водоцементное отноше’
ние влияет на скорость и степень гидратации как мине-
ралов, так и цементов. Увеличение тонкости помола уве-
личивает скорость гидратации, особенно в начальном
59
Таблица 2.2
СТЕПЕНЬ ГИДРАТАЦИИ МИНЕРАЛОВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Степень гидратации, % в возрасте
Минералы	3 мин	1 ч	1 сут	|	28 сут	|	91 сут
c3s	1—4	1—9	40—70	80—100	90—100
p-c2s	0,5—1	1—2	7—15	20—35	75—80
С3А	10-30	14—32	40—60	60—80	85—95
C4AF	8—20	11—23	20—40	50—70	80—85
периоде. С повышением температуры скорость гидрата-
ции увеличивается. Степень гидратации с течением вре-
мени не увеличивается, а, по данным ряда исследовате-
лей, несколько уменьшается. Как видно из работ С. Бру-
науэра и Д. Кантро [7] степень гидратации силикатов
кальция в тесте с В/Ц=0,70 при температурах 5, 25 и
В возрасте 300 сут степень гидратации двухкальциево-
го силиката при всех трех температурах выравнивается.
У трехкальциевого силиката к этому возрасту наибо-
лее высокие показатели были при температуре 25° С и
некоторое уменьшение степени гидратации отмечается
при температуре 50° С. При температуре 5° С наблюда-
ется замедление в степени гидратации только на началь-
ной стадии. В конечном итоге можно считать, что со вре-
60
менем силикаты кальция при температуре 5° С гидрати-
руются на такую же глубину, что и при 25° С. Авторы
объясняют это тем, что с понижением температуры об-
разуется более проницаемая оболочка продуктов ново-
образований вокруг цементных частиц, чем при повы-
шенных температурах [7].
Алюмосодержащие минералы хотя и быстро гидра-
тируются и связывают наибольшее количество воды, од-
нако они при повышенных температурах снижают проч-
ность цементного камня.
Для технологов-бетонщиков большой интерес пред-
ставляют экспериментальные данные о скорости и сте-
пени гидратации цементов при различных температурах.
Из цементов быстрее всех гидратируется глиноземистый
цемент, содержащий преимущественно алюминаты каль-
ция. Зерна глиноземистого цемента размером в попереч-
нике до 50 мк почти полностью гидратируются к трех-
дневному возрасту.
На втором месте по скорости гидратации находится
портландцемент. Чем выше основность силикатов каль-
ция и тонкость помола портландцемента, тем быстрее он
гидратируется. Опыты показывают, что зерна цемента
марки 400—500 с поперечником до 10 мк полностью гид-
ратируются к 28-суточному возрасту. В месячном возра-
сте обычный портландцемент такой активности присое-
диняет воды около 12%, а при полной гидратации—20—
25%. Высокоалюминатный портландцемент вследствие
присоединения большого количества воды образующим-
ся сульфоалюминатом кальция химически связывает до
30% воды.
Автором совместно с канд. техн, наук 3. М. Ларионо-
вой и инж. С. X. Ярлушкиной было определено количе-
ство связанной воды в гидратных новообразованиях,
подсчитанное по данным термовесового анализа и по
потере массы образцов (проб) в результате прокалива-
ния их при 600° С. Одновременно под микроскопом и по
водопоглощению изучали структуру образцов. Опытные
образцы изготовлялись из различных цементов по мине-
ралогическому составу. Часть образцов испытывалась
на прочность при сжатии после твердения в нормаль-
ных условиях в течение 1, 3 и 28 сут.
Результаты исследований приведены в табл. 2.3.
В ней приведены данные о степени гидратации, количе-
стве гидратной воды, пористости и прочности при сжа-
61
Таблица 2.3
ГИДРАТАЦИЯ И СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ ИЗ ЧИСТЫХ
КЛИНКЕРНЫХ ЦЕМЕНТОВ
Цементы	Возраст образцов, сут	Степень гидратации, %		Количество гидратной воды, %		Пористость под микро- скопом, %	Прочность при сжатии, МПа
		по количеству негидратиро- ванного алита	по количеству негидратирован- ного цемента	по данным тер- мовесового ана- лиза	по данным хими- ческого анализа		
Алитовый	1	32	31	10	8,5	2,6	4,4
высокоалюми-	3	56	51	14	14	1,3	—
патный	28	72	66	17,5	18	1	32,5
Алитовый вы-	1	36	35	11		2,3	4,9
сокоалюми-	3	55	53	14		1,2	—
натный с 5%	28	72	67	18		0,9	34,4
CaSO4							
Алитовый	1	19	18	5	6	2,3	2,8
низкоалюми-	3	46	40	8	10	1,2	—
натный	28	64	57	16	17	1,1	32,2
Алитовый низ-	1	28	26	8		2,1	3,3
коалюминатный	3	57	51	13		1,1	—
с 5% CaSO4	28	70	63	17		0,8	33,3
тии образцов цементного камня с ВЩ—0,3 из чистых
клинкерных цементов без добавки и с гипсом.
Алитовый высокоалюминатный клинкер имел состав:
C3S = 66%; CsS = 9%; С3А= 14%; C4AF=5%, а алито-
вый низкоалюминатный отличался содержанием С3А =
= 2% и C4AF=I6%. Твердение образцов происходило
в нормальных условиях. Добавка гипса ускоряет гидра-
тацию клинкеров в первые сутки. Более существенное
ускорение наблюдается в случае затворения малоактив-
ного низкоалюминатного клинкера. Гидратация высоко-
алюминатного клинкерного цемента сопровождается об-
разованием большого количества соединений гидроалю-
минатного и гидросиликатиого состава.
В образцах нормального твердения гидросиликатная
масса имеет скрытокристаллическое строение, лишь на
неплотных участках цементного камня с помощью эле-
ктронного микроскопа можно различить чешуйчатые
кристаллы СгНз. Цементный камень из низкоалюминат’
62
кого клинкера в первые сроки твердения отличается не-
высокой степенью гидратации и неплотной структурой.
С целью изучения влияния пропаривания на про-
цессы гидратации и структурообразования были изго-
товлены образцы цементного камня и бетона па алито-
вом высокоалюминатном цементе из клинкера Воскре-
сенского завода марки 400 (C3S = 49%; C2S = 21 %;
С3А=12%; C4AF=14°/o). Все образцы изготовлялись
при В/Ц = 0,4. Бетон был принят состава 1 1 2,2 па
кварцевом песке и известняковом щебне. Пропаривание
производили при 80° С по режиму 2-}-3+Ar+2 ч. Про-
должительность (N) изотермического прогрева равня-
лась 2, 6, 12 и 16 ч. Результаты испытаний приведены в
табл. 2.4.
В 28-суточном возрасте количество гидратной воды
при нормальном твердении уменьшилось по сравнению
с данными, приведенными в табл. 2.3, а именно 15%
вместо 16—18%. После пропаривания показатели коли-
чества гидратной воды и степени гидратации в % полу-
чены больше по сравнению с показателями после 28-
суточного хранения образцов только в нормальных
условиях. Однако прочность у пропаренных образцов
была явно ниже, чем у хранившихся все время в нор-
мальных условиях.
Пористость у пропаренных образцов больше, чем у
твердевших в нормальных условиях. В то же время от-
мечено, что с увеличением продолжительности изотер-
мического прогрева происходит уплотнение бетона, со-
стояние контактов с заполнителем улучшается. После
12 ч пропаривания прочность не увеличилась, а, наобо-
рот, уменьшилась. Этот вопрос в дальнейшем будет рас-
смотрен подробнее с объяснением причин спада проч-
ности. При анализе результатов, приведенных в табл. 2.4,
следует учитывать, что портландцемент в этом случае
был высокоалюминатным.
Интересные исследования по гидратации цемента
при нормальном твердении, пропаривании и при предва-
рительном элсктроразогреве бетонной смеси проведены
во ВНИИЖелезобетоне В. Н. Россовским. Им были ис-
следованы образцы, изготовленные из портландцемента
завода «Гигант» и Белгородского завода. Для исследо-
ваний по гидратации были созданы специальные уста-
новки с использованием сосудов Дюара и эксикаторов, в
которых велась тепловая обработка. Результаты опре-
63
^9
Бетон 1 1 2,2,
B/ZZ = 0,4	Пропаривание	После	пропа-	2	—	—	5,2	16,5
при 80° С по режи-	ривания	6	—	—	5,4	24,9
му 2+3-HV+2 ч	12	—	—	5,2	29,2
16	—	—	5,6	21,6
	Цементный ка- мень B/ZZ = 0,4		Образцы
Нормальное твердение	Пропаривание при 80° С по режи- му 2+3+7V+2 ч	Нормальное твердение	Режим твердения
ND 00 —	1 После пропа- ривания	ND 00 —	Возраст образцов, сут
1 1	О> ND CD ND	1 1	Продолжитель- ность изотерми- ческого прогрева N, ч
1	-о сл С© 00 О 00	CD ND 00 00	Степень гидра- тации алита, %
1 1	О) О) СП rfi.	сл <©	Количество гид- ратной воды, %
4,6	1 1 1	|	Пористость по водопоглоще- нию в возрасте 28 сут, %
5,2 27,6	ND 00 00 ND С© 00 ND "—"nd ND 00	4,4 41,3	Прочность при сжатии, МПа
ГИДРАТАЦИЯ и СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ И БЕТОНА НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ ВОСКРЕСЕНСКОГО ЗАВОДА
5-23
Таблица 2.5
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ТВЕРДЕНИЯ НА ГИДРАТАЦИЮ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА БЕЛГОРОДСКОГО ЗАВОДА
	Режим твердения									
	Нормальное твердение		Пропаривание (34-84-3) ч при 85°С		Предварительный электроразогрев смеси при температуре, °C					
					50		70	1		so	
Время отбора	5^	га н			и °	га га	5*^	с:		га
пробы	<и 3	о. Е(	71	а	О) р S ?	tS я	° § = о		<u 3 з «=с	3
	3 2 я ®		Я о га я	L.	га =		gs	и	г о га ®	
	Sa 5 = О га		*;=	о	Sa О. о	ё*	S а о. о		л	1*
		Б = г- ~ и -	§ = о ?	h‘ о =*	0J га =1 - о га о	h' о -	Соде занн	б	£ ® Ч. »г О ® О со	Н 3 О -
Сразу после						0,345	1,6	0,787	3,6	1,348	6,1
разогрева 1 ч	0,451	2,4					1,326	6	2,261	10,4	3,051	13,9
3 ч	0,653	3	3,423	15,6	3,251	14,8	4,482	20,4	5,646	25,6
6 ч	1,928	8,8	—	—	5,953	27	7,751	35,2	8,551	38,9
12 ч	3,935	17,9	10,405	47,3	8,831	40,1	9,92	45,1	10,161	46,1
1 сут	6,682	30,4	10,504	47,7	9,531	43,3	10,616	48,2	11,452	52
3 сут	10,752	49	11,071	53,3	11,552	52,5	12,548	57	13,011	59,1
7 сут	13,254	60,2	11,85	54	13,671	62,1	12,91	58,7	14,261	64,8
14 сут	15,357	70	12,74	58	15,123	68,8	14,299	65	14,949	68
28*сут	17,701	80,5	14,244	65	17,251	78,4	16,655	75,7 85	15,741	70,3
12 мес	20,501	93	17,069	73	19,884	90,4	18,747		16,71	76
Примечание. Полная гидратация — 22,02%
сл
деления количества связанной воды в зависимости от
режима твердения для портландцемента Белгородского
завода приведены в табл. 2.5.
В отличие от приводимых данных по белгородскому
портландцементу у образцов па портландцементе заво-
да «Гигант» количество связанной воды было несколько
больше, а, самое главное, она более интенсивно связыва-
лась в ранние сроки. В начальные сроки содержание
связанной воды и степень гидратации были в 1,5—2 ра-
за выше, чем у цемента Белгородского завода. К 28 сут
эта разница уже составляла от 5 до 15% в сторону уве-
личения. Полная гидратация портландцемента завода
«Гигант» характеризуется 26,36%, вместо 22% у порт-
ландцемента Белгородского завода.
В первые часы больше всего химически связывается
вода при электроразогреве. При этом чем выше темпе-
ратура разогрева, тем быстрее протекает гидратация
цемента. Однако начиная с 4—5-суточного возраста на-
блюдается тенденция к увеличению количества связан-
ной воды в образцах с меньшими температурами элект-
роразогрева. К 2—3-суточному возрасту в портландце-
менте завода «Гигант» и примерно к 3—7-суточному
возрасту в портландцементе Белгородского завода, хра-
нившихся в условиях нормального твердения, количест-
во химически связанной воды становится таким же, как
в портландцементах, твердевших по ускоренным режи-
мам. В дальнейшем при тепловой обработке наблюдает-
ся тенденция к снижению количества химически связан-
ной воды.
В заключение анализа приведенных данных можно
сказать, что у исследователей нет единого мнения в от-
ношении глубины и степени гидратации цементов при
тепловой обработке в сравнении с нормальным тверде-
нием. Например, при сопоставлении химически связан-
ной воды у двух рассмотренных цементов следует иметь
в виду, что портландцемент завода «Гигант» характе-
ризуется более тонким помолом (4100 см2/г) и повышен-
ной алюминатностью, а портландцемент Белгородского
завода был более грубого помола (2850 см2/г) и низко-
алюминатным. При рассмотрении данных различных ис-
следователей часто отсутствуют критерии сопоставимо-
сти. Тем не менее, можно вполне определенно сказать,
что общая характеристика в отношении влияния различ-
ных температур на процессы гидратации цементов уста-
66
новлена. Приведенные нами данные помогут ориентиро-
вать в вопросах выбора цементов и режимов твердения
бетона при положительных температурах.
ГИДРАТАЦИЯ ЦЕМЕНТА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Влияние различных положительных температур на
скорость и степень гидратации цемента, как было отме-
чено, изучалось многими учеными, и результаты их ис-
следований докладывались на международных конгрес-
сах по химии цемента и приводятся во многих отечест-
венных и зарубежных работах.
Несмотря па большой научный п практический инте-
рес, вопрос о влиянии отрицательных температур иа ки-
нетику и степень гидратации цемента очень мало изучен
и слабо освещен в литературе. В связи с этим в лабора-
тории методов ускорения твердения бетонов НИИЖБ
были проведены специальные исследования, целью ко-
торых являлось изучение фазовых превращений жидкой
фазы, кинетики связывания воды и тепловыделения це-
ментом, а также нарастание при этом прочности цемент-
ного камня, раствора и бетона при отрицательных тем-
пературах.
Известно, что количество испаряемой воды и степень
гидратации минералов, так же как и количество выде-
ляемого экзотермического тепла, являются следствием и
мерой степени гидратации цемента при различных тем-
пературах, с течением времени.
Изложенное в первой главе о кинетике фазовых из-
менений в процессе замерзания и оттаивания воды явля-
ется первопричиной, а гидратация и тепловыделение це-
мента па морозе являются следствием содержания воды
в жидкой фазе. Скорость и степень гидратации цемента
изучались автором совместно с Л. А. Беловой с помо-
щью различных методов: рентгеноструктурным качест-
венным анализом, химическим анализом по количеству
непрогидратированного C3S, путем измерения потерь
массы прокаливанием образцов при 600 и 1000° С, пред-
варительно высушенных при 105° С, по количеству проч-
носвязанной воды, дифференциально-термическим ана-
лизом с одновременным определением потерь массы в
пределах эффекта дегидратации Са(ОН)2 и общей по-
тери массы при 1000° С и с помощью электронной микро-
5*
67
скопии. Исследования проводились на образцах разме-
ром 2X2X2 см, изготовленных из теста нормальной
густоты.
Образцы замораживались при температурах—2, —5,
—10 и —20° С сразу же после изготовления, затем через
3, 6, 9, 12 и 24, а в ряде случаев и 72 ч после выдержи-
вания в нормальных условиях.
Для определения степени гидратации цемента на мо-
розе образцы выдерживались 28 сут при соответствую-
щей отрицательной температуре, затем измельчались, об-
рабатывались 100%-ным спиртом в холодильной каме-
ре. Часть образцов, замороженных при указанных выше
температурах и в те же сроки, выдерживалась па моро-
зе 7 и 28 сут, а затем оттаивалась и твердела 28 и 90 сут
в нормальных условиях. После этого они также измель-
чались, трижды обрабатывались 100%-ным спиртом и
дважды эфиром, и в них определялась степень гидрата-
ции цемента. Одновременно исследовались образцы
нормального твердения.
Для рентгеновского анализа и ДТА после измельче-
ния образцы пробы предварительно просеивались через
сито 10 000 отв/см2, а для химического анализа через си-
то 4900 отв/см2. Потери при прокаливании определялись
при 600 и 1000° С после высушивания и взвешивания
при 105° С.
Количественный и качественный рентгеновские ана-
лизы выполнялись с помощью рентгеновского аппара-
та УРС-50ИМ. Количественные определения были
выполнены в НИИЦементе и НИИасбестоцементе
Б. П. Рязиным и Г С. Морголиной, а качествен-
ные— в лаборатории физико-химических исследований
НИИЖБа.
Для уточнения состава новообразований и определе-
ния количества связанной воды с образцов были сняты
термограммы на автоматической комплексной установ-
ке АВТУ, оборудованной для регистрации потери мас-
сы при нагревании и скорости нагрева образцов 25—
ЗОград/мин. Эти исследования проводились также в ла-
боратории физико-химических исследований НИИЖБа.
Определение количества прочносвязанной воды мето-
дом химического анализа выполнялось в лаборатории
методов ускорения твердения бетона Т. А. Барановой.
В исследованиях применяли цементы Белгородского
и Воскресенского заводов, минералы цементного клинке-
68
Таблица 2.6
ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕМЕНТА
Материал
Портландцемент
Белгородского завода
То же, Воскресен-
ского завода
Портландцементпый
клинкер Николаевско-
го завода
То же, Спасского
завода
23,75
25,75
2500	40,3	64
4500	46,1	56
57
56
15	4	14
16	7	16
18	10	12
18	10
pa C3S и С3А и клинкеры Николаевского и Спасского
заводов, составы и характеристики которых указаны в
табл. 2.6.
Вначале обратимся к результатам химического ана-
лиза по определению гидратации белгородского и воск-
ресенского портландцементов при различных отрица-
тельных температурах (см. табл. 2.7). В этой таблице
приведены данные о степени гидратации, полученные,
как будет рассмотрено далее, рентгепоструктурпым ана-
лизом. Такое сопоставление интересно тем, что были ис-
следованы образцы из серии тех же образцов, которые
передавались па химический анализ. Приводимые ре-
зультаты получены на образцах, выдержанных при от-
рицательных температурах в течение 28 сут и исследо-
ванных сразу после оттаивания. Перед анализом образ-
цы подверглись обработке с целью обезвоживания.
Анализ показал, что взаимодействие цемента с водой
при нормальной температуре начинается сразу после
его затворения. В дальнейшем количество химически
(прочно) связанной воды непрерывно увеличивается.
Пробы подсушивались при температуре 105° С. В белго-
родском цементе содержалось гидратной воды до нача-
ла его затворения 1,13%, а в воскресенском 1,3%. При
высушивании изготовленных проб до 105° С испарялась
и часть гидратной воды вследствие начинающейся де-
о Таблица 2.7
о
КОЛИЧЕСТВО СВЯЗАННОЙ ВОДЫ И СТЕПЕНЬ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
		Белгородский цемент				Воскресенский цемент			
		о	Количество связанной		воды по	о е	Количество связанной		воды по
Время выдержи*		я S s 0) *3	данным химического анализа, %			»! а э	данным химического анализа, %		
									
вания при поло-	Темпера-	я w			• 6	н Я		6 S	« 3
кительной темпе-	тура, °C	С^о	3	е а	s 5 «и	я я а. о	з	Е ?	
ратуре до замо-				С	о £7® о	а а.	о	G Е	0 2-я
раживания, ч		“ к я Д а. = 2 я°	ри мае 105° С	О. Я К Я я = ЙО о. CQ	н с °О О ВО с а в- о • « 5 S О К В	я £ а. 2 я^	ри мае 105° С	s н- а. а е ® с Е а ЙО Q. Я	н a (j о Е а О°о «и о а §
		£ ОС/)	о о а.		а с 5 03 о 2	Е и - £ ОС/)	н а о а. Е Е	<и а° о я °	а. 2 3«gs
		о	с =	е 22	о 5 д к	О е О		Е «2	0 5 S &
0	—2	1 26	4,96	4,05	9,01	18,5	3,98	4,01	7,99
0	—5	7,6	2,8	1,48	4,28	4,8	2,87	1,52	4,39
0	— 10	2	2,58	1,63	4,21	1,3 1	2,42	1,34	3,76
0	—20	2	2,1	0,64	2,74		1,19	1,02	2,21
<5	—20	—	2,04	0,6	2,64			—	
6			2,37	0,99	3,36	—	—		—
9		—	2,66	1	3,66	—			
12		21,5	4,08	4,35	8,43			—	—
24		30	4,21	4,63	8,84	34	5,93	5,29	11,21
72		—	7,12	6,49	13,61	—	—	—	—
24			—	—	—	80	6,26	5,43	11,69
гидратации сульфоалюмината кальция. При прокалива-
нии же проб при 1000° С с выделением гидратной воды
разлагается и СаСО3, содержащийся в цементе, и поте-
ри массы при этой температуре содержат массу улетучи-
вающегося СО2. Следует заметить, что независимо от
тщательности выполнения работ химический анализ не
позволяет точно разделить воду в соответствии с теоре-
тической классификацией ее в цементном камне. Напри-
мер, в химически связанную воду включается вода, ад-
сорбированная в кристаллической решетке. Поэтому
будем называть высушенную при 105° С воду слабосвязап-
ной, а полученную при прокаливании при 1000° С — проч-
носвязанной. Гидратная вода удерживается Са(ОН)2,
кристаллогидратная (сульфоалюмината кальция) в боль-
шей части слабо связана и легко удаляется при темпе-
ратурах начиная с G0° С (с 31 до 12 молекул).
При температурах ниже 0° С гидратация цемента
протекает с убывающей интенсивностью. Так, при тем-
пературе —2°С количество химически связанной воды
получилось у обоих портландцементов равным 4%, а при
—5° С — равным 1,5%. Соответственно снижается сте
пень гидратации. В первом случае с 26 до 7,6%, во
втором с 18,5 до 4,8%. При температурах —10° С и ни-
же у свсжсизготовлеппых образцов гидратация цемента
незначительна, и полученные результаты связаны с ме-
тодикой проведения анализов. В цементном тесте и бе-
тоне, замороженных после 12—24 ч и более, отмечается
явное углубление процессов гидратации. Даже при тем-
пературах 10 и 20° С вместо 1,5% связывается око-
ло 4- 5% воды. Па морозе накапливаются гелевые но-
вообразования, которые затем интенсивно выкристалли-
зовываются при наступлении положительных
температур.
Данные по гидратации цемента па морозе у образцов,
испытывавшихся вскоре после изготовления, хоро-
шо согласуются с результатами, полученными при изу-
чении тепловыделения тех же цементов. Из исследова-
ний, проведенных по общей программе работ в Ленин-
градском политехническом институте, установлено, что
при 0°С за 10 сут выделяется 59% тепла от тепловыде-
ления при +20° С. При температуре —10° С эффект теп-
ловыделения в свсжеизготовленном бетоне совершенно
не обнаружен. При введении же химических добавок, по-
нижающих точку замерзания жидкой фазы, гидратация
71
и тепловыделение цемента происходит при более нйзких
отрицательных температурах, что широко используется
строителями Советского Союза при зимнем бетониро-
вании.
Образцы, изготовленные па тех же портландцемен-
тах, были исследованы рентгеноструктурным анализом
па степень гидратации после 12 и 24 ч и 28 сут нормаль-
ного твердения, а также после замораживания в различ-
ном возрасте при температурах —2, -5, -10 и —20° С.
Результаты исследований этой серии образцов приведе-
ны в табл. 2.8. Через 12 ч после затворения количество
прогидратировавшего C3S для белгородского цемента
составляло 10,5%, через сутки—19,6, через трое су-
ток — 48, через 28 сут — 59,6 и, наконец, через 90 сут —
64,6%. У воскресенского цемента степень гидратации в
суточном возрасте составляла 23%, а к 28 сут увеличи-
лась до 52,6%. Как и следовало ожидать, воскресенский
цемент, содержащий более высокий процент алюминат-
ной составляющей, в раннем возрасте несколько быст-
рее гидратируется, а к 28-суточному возрасту отмечено
некоторое снижение количества прогидратированных ча-
стиц по сравнению с белгородским цементом.
Наблюдается еще некоторое увеличение степени гид-
ратации образцов, вынесенных на мороз сразу после
приготовления при температуре —5° С и выдержанных
28 сут при этой температуре (на 7,6% у образцов из
белгородского цемента и на 4,8% —из воскресенского).
Совсем незначительное (2%—для белгородского и 1%
для воскресенского цемента) увеличение степени гидра-
тации получилось при температурах —10 и —20° С. Из
той же таблицы видно, что при температуре —2° С гид-
ратация протекает значительно быстрее, чем при —5° С,
и составляет для белгородского цемента 26% и для вос-
кресенского— 18,5%. Это уже значительная величина,
которая хорошо согласуется с результатами, полученны-
ми при других методах исследования.
Для наглядности результаты определения степени
гидратации при нормальной и отрицательных темпера-
турах портландцемента Воскресенского завода представ-
лены на рис. 2.2.
Из рисунка видна кинетика гидратации цемента при
нормальной температуре с некоторым ускорением в пер-
вые сутки после оттаивания. К 28 и 90 сут степень
гидратации этих образцов оказалась несколько ниже,
72
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР Н/\ СТЕ ГИДРАТАЦИИ
ЦЕМЕНТА (ПО ДАННЫМ РЕНТГЕНОАНАЛИЗА)
Условия твердения	Степень гидратации цементного теста нормальной густоты, %	
	белгородский портландцемент	воскресенский портландцемент
12 ч нормального хра- нения	10,5	—
24 ч нормального хра- нения	19,6	23
28 сут нормального храпения	59,6	52,6
Заморожены сразу пос- ле приготовления, выдер- жаны 28 сут при —20°С и испытаны сразу после оттаивания	2	I
Заморожены сразу пос- ле приготовления, выдер- жаны 28 сут при —10°С и испытаны сразу после оттаивания	2	1,3
Заморожены сразу пос- ле приготовления, выдер- жаны 28 сут при —5° С и испытаны сразу после оттаивания	7,6	4,8
Заморожены сразу пос- ле приготовления, выдер- жаны 28 сут при —2°С и испытаны сразу после оттаивания	26	18,5
Заморожены через 12 ч после приготовления, вы- держаны 28 сут при —20° С и испытаны сра- зу после оттаивания	21,5	
Заморожены через 24 ч после приготовления, вы- держаны 28 сут при —20° С и испытаны сра- зу после оттаивания	30	34
Заморожены через 24 ч после приготовления, вы- держаны 28 сут при —5° С и испытаны сразу после оттаивания		40
73
Рис. 2.2. Кинетика гидратации воскресенского портландцемента при
разных температурных условиях после замораживания и дальнейше-
го 28-суточного твердения в нормальных условиях
/ — твердение в течение 28 сут в нормальных условиях; 2, 3, 4, 5 —заморажи-
вание в течение 28 сут при температурах соответственно —2, —5, —10, —20° С
Рис. 2.3. Термограм-
мы образцов
а—изготовленных на бел-
городском цементе: 1
28 сут нормального твер-
дения; 2 — заморожены
сразу при i=—2° С и вы-
держаны 28 сут на мо-
розе; 3 — то же, при / =
~—5° С; 4 — заморожены
сразу при t----10° С и
выдержаны 28 сут на мо-
розе; 5 — то же, при t =
=—20° С; 6 — 12 ч нор-
мального хранения; 7 —
заморожены через 12 ч
при /=—20° С и выдержа-
ны 28 сут на морозе;
б — изготовленных на
воскресенском цементе:
Г — 28 сут нормального
твердения; 2' — заморо-
жены сразу при t=—2° С
и выдержаны 28 сут на
морозе; 3' — то же, при
t=—5° С; 4' — то же, при
t=—10° С; 5'— то же,
при /=—20’ С; 6' — 24 ч
нормального твердения;
Т — заморожены через
24 ч при /=—5° С и вы-
держаны 28 сут на мо-
розе; 8' — то же, при
/ = —20° С
чем у образцов нормально твердевших. В связи с этим
был проведен специальный проверочный опыт, резуль-
таты по которому приводятся несколько ниже. Была
произведена тщательная проверка влияния влажност-
ного режима выдерживания образцов при длительном
хранении.
Параллельно с определением количества связанной
воды методом химического анализа определялась поте-
ря воды путем дифференциально-термического анализа,
прокаливанием при 1000° С проб, трижды обезвоженных
100%-ным спиртом, а затем обработанных эфиром и
высушенных при 105° С.
Исследуемые пробы приготовлялись на тех же бел-
городском и воскресенском цементах.
Результаты этих исследований изображены на
рис. 2.3. Заметим, что величины связывания воды цемен-
тами в этом случае получены большими, чем при хими-
ческом анализе, вследствие того, что пробы предвари-
тельно не подсушивали при температуре 105° С. Хими-
ческий и дифференциально-термический анализы
показывают, что взаимодействие цемента с водой начи-
нается сразу после его затворения.
При дальнейшей гидратации цемента количество
прочно связанной воды увеличивается и составляет при
химическом анализе белгородского цемента 0,17% через
15 мин после затворения; 0,47% через 6 ч; 1% через 12 ч
и через сутки уже 3,01%.
В этих определениях исключена прочносвязанная во-
да, содержащаяся в цементном порошке до затво-
рения.
У воскресенского цемента в первые часы быстрее
протекает процесс гидратации, чем у белгородского.
Увеличение гидратации цементов на морозе можно объ-
яснить дополнительным связыванием воды гидросилика-
тами кальция высокой дисперсности, образующимися
при пониженных температурах в процессе заморажива-
ния и оттаивания. После выдерживания при температу-
ре —2° С в течение 28 сут связывание воды достигло 10
и 11,4% для белгородского и воскресенского цементов
(кривые 2), а при температуре —5° С снизилось до 5,7%
(кривые 3). А на термограммах образцов, заморожен-
ных сразу после приготовления при температурах —10
и —20° С, эндотермический эффект разложения Са(ОН)2
совсем отсутствует (рис. 2.3, кривые 4 и 5, для обоих цс-
75
Ментов). Последнее свидетельствует о прекращении при
этих температурах реакций гидратации.
Чтобы лучше разобраться в некоторой разнице, каса-
ющейся степени гидратации цементных образцов, под-
вергавшихся замораживанию вскоре после изготовления,
а затем твердевших 28 сут в нормальных условиях, с об-
разцами, твердевшими все 28 сут в нормальных усло-
виях, были проведены два дополнительных опыта.
В первой серии были приготовлены образцы из минера-
лов цементного клинкера C3S и С3А и из двух высоко-
алюминатных клинкеров портландцементов Спасского и
Николаевского заводов.
Образцы были заморожены сразу после приготов-
ления при температуре —5° С, выдержаны при этой тем-
пературе 7 сут, затем находились 28 сут в нормальных
условиях. Часть образцов из этих минералов и клинке-
ров хранилась в нормальных условиях. Как показали
результаты опыта, представленные в табл. 2.9, степень
гидратации замороженных образцов из С3А почти сов-
сем не отличается от эталонных, а клинкеров Николаев-
ского и Спасского заводов отличается незначительно
(всего на 1—2% по данным рентгеновского анализа).
Степень же гидратации образцов из C3S уменьшается на
8% по сравнению с эталонными. Таким образом, можно
сказать, что на последующую гидратацию С3А и клин-
керов с высоким содержанием С3А замораживание поч-
ти не оказывает влияния.
Для второй серии опытов были приготовлены образ-
цы на белгородском цементе. Часть их твердела 28 сут
в эксикаторе при 20° С над водой и в воде, другая часть
замораживалась сразу после приготовления при —20° С
и выдерживалась при этой температуре в течение 7 сут,
а затем твердела также в эксикаторе при 20° С над во-
дой и в воде. При сравнении данных этих исследований
оказалось, что образцы, твердевшие при положительной
температуре в воде, имеют несколько большую степень
гидратации, чем образцы, выдержанные 28 сут над во-
дой; степень гидратации образцов, твердевших после
размораживания в эксикаторе над водой, меньше, чем
у твердевших все время в эксикаторе под водой, а у об-
разцов, выдержанных после оттаивания в воде, — нес-
колько больше, чем у образцов, выдержанных в воде
при положительной температуре 20° С.
Из изложенного выше можно сделать вывод, что за-
76
Таблица 2.9
ВЛИЯНИЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПОСЛЕДУЮЩУЮ СТЕПЕНЬ
ГИДРАТАЦИИ МИНЕРАЛОВ C3S, С3А И КЛИНКЕРОВ НИКОЛАЕВСКОГО
И СПАССКОГО ЗАВОДОВ
Условия твердения	Степень гидратации по количеству про- гидратирова вшего C3S, %	Количество прочно- связанной воды по данным химического анализа, %• (и. п. п.** 1000)
Степень гидратации C3S за 28 сут нормально- го хранения	62,5	11,55
То же, замороженного сразу после приготовле- ния при —5° С, хранив- шегося 7 дней на морозе и 28 сут в нормальных условиях	54,2	9,62
Степень гидратации С3А за 28 сут нормаль- ного хранения	67,5	25,.
То же, замороженного сразу после приготовле- ния при —5° С, хранив- шегося 7 дней на морозе и 28 сут в нормальных условиях	67	25,4
Образцы из николаев- ского клинкера 28 сут нормального хранения	81	13,82
То же, замороженные сразу после приготовле- ния при —5° С, хранив- шегося 7 сут на морозе и 28 сут в нормальных условиях	79,8	13,3
Образцы из спасского клинкера 28 сут нормаль- ного хранения	85,5	
То же, замороженные сразу после приготовле- ния при —5° С, хранив- шиеся 7 диен на морозе и 28 сут в нормальных условиях	83,4	15,19
* Без учета воды, содержащейся в минерале или клинкере до
затворения.
** Потери при прокаливании.
77
мораживание положительно влияет на степень гидрата^
ции образцов после оттаивания ввиду лучшего раство-
рения извести и большей проницаемости оболочек
вокруг цементных зерен при пониженных температурах.
Однако большое влияние на степень гидратации оказы-
вают последующие условия хранения образцов, так как
из-за значительной потери влаги на морозе, и особенно
в период оттаивания и последующего твердения даже
в камере нормального хранения, степень гидратации об-
разцов в дальнейшем может сильно уменьшаться (что
и было установлено в первых опытах), особенно в об-
разцах из цементов с низким содержанием алюминат-
ных составляющих. В образцах с большим содержанием
алюминатных составляющих не обнаружено уменьше-
ние степени гидратации или оно очень незначитель-
но. Этот факт объясняется, очевидно, более быстрым
протеканием процессов взаимодействия алюминатных
составляющих с водой, а также их способностью легко
отдавать воду в окружающую среду при уменьшении
ее влажности.
На основании проведенных исследований можно сде-
лать следующие выводы.
Взаимодействие цемента с водой начинается сразу
же после его затворения, о чем свидетельствует наличие
прочносвязанной воды, определяемое методом химиче-
ского анализа. В дальнейшем на протяжении всего вре-
мени количество этой воды постепенно увеличивается.
Особенно интенсивное развитие процесса гидратации
цементов наблюдается после 12 ч нормального тверде-
ния. Рентгеновский качественный анализ также показы-
вает, что с этого возраста отмечается заметное увеличе-
ние гидроокиси кальция в новообразованиях.
Наибольшее связывание воды цементом происходит
уже к трем суткам нормального хранения, когда количе-
ство прочносвязанной воды и количество прогидратиро-
вавшего C3S составляет около 70—80% этих величин
в возрасте 28 сут.
Гидратация и тепловыделение цемента, а следова-
тельно, и твердение бетона, хотя и весьма замедленно,
но продолжаются при небольших отрицательных темпе-
ратурах. В цементном тесте (и бетоне), замороженном
сразу, а также через 3, 6, 9 ч после приготовления при
температуре ниже —10° С, гидратация и тепловыделение
(а также набор прочности) практически прекращаются.
78
С целью проверки влияния режима влажности сре-
ды при определении истинных величин, характеризую-
щих степень гидратации, был проведен опыт с образца-
ми из белгородского цемента. Образцы находились
в этом случае в эксикаторе при t=20° С над водой или
в воде. Часть из них подвергалась замораживанию при
t=—20° С в течение 7 сут, а затем твердела в течение
28 сут при нормальной температуре. Вторая часть из той
же серии образцов все 28 сут находилась при нормаль-
ной температуре в воде или
над водой.
Результаты рентгенов-
ского количественного ана-
лиза приведены на рис. 2.4.
Как видно из приведенных
в диаграмме данных, сте-
пень гидратации цементов,
подвергавшихся заморажи-
ванию в раннем возрасте, в
последующем при твердении
в условиях положительных
температур и достаточной
влажности среды сущест-
венно не отличается от сте-
пени гидратации, выдержан-
ных все время при положи
тельной температуре.
Опыт показал, что при
твердении образцов, после
пребывания на морозе, в по-
мещении или в камере с не-
достаточной влажностью сре
Рис. 2.4. Диаграмма степени
гидратации образцов, твердев-
ших в течение 28 сут в экси-
каторе
/, 2 — соответственно, над водой и
в воде при /=20° С; 3, 4 — то же,
после 7 сут замораживания при
/=—20° С
I, что имело место в ранее
описанном опыте (см. рис. 2.2), степень гидратации це-
мента может снижаться вследствие потери части капил-
лярной воды. Установлено, что при выдерживании ана-
логичных образцов после пребывания па морозе в воде
степень гидратации увеличивается.
При этом в высокоалюминатных цементах отстава-
ние в степени гидратации замороженных образцов при
последующем выдерживании в обычных воздушно-влаж-
ных условиях не наблюдается или оно весьма незначи-
тельно.
На основании полученных результатов качественно-
го рентгеноанализа сделано заключение, что фазовый
79
состав новообразований у образцов, подвергавшихся за-
мораживанию, ие отличается от их контрольных образ-
цов, все время твердевших в нормальных условиях. Сле-
довательно, с точки зрения химического анализа, замо-
раживание влияет лишь на кинетику гидратации, а не
на качественную сторону происходящих процессов.
Изложенные выше результаты исследований о влия-
нии отрицательных температур на гидратацию цемента
были получены в лаборатории в результате разработки
кандидатской диссертации Л. А. Беловой [3] в течение
1970—1973 гг.
Из более ранних работ по этому вопросу приведем
лишь данные, полученные при разработке темы о твер-
дении легких бетонов в различных температурно-влаж-
ностных условиях. Гидратация цемента изучалась по
количеству химически связанной воды путем измерения
потерь при прокаливании проб при 600° С, а также по
количеству свободной СаО, определенной этиленглико-
левым методом. Кроме того, был сделан дифференциаль-
но-термический анализ, при котором определялись по-
тери веса в пределах эффекта дегидратации Са(ОН)2
и общая потеря массы при температуре до 1000° С [34].
Исследования проводились на портландцементе Но-
во-Здолбуновского завода, содержащем C3S — 60%;
C2S — 18%; С3А — 8%; C4AF—13%. Приготовленные
образцы размером 7Х?Х7 см из цементного теста
с В/Ц=0уЗ сразу помещались в холодильные камеры
с температурами —5 и —20° С на разные сроки. Часть
образцов после семисуточного пребывания на морозе вы-
носили в камеру нормального хранения (/ = 20° С, W =
= 90%), где они твердели еще 28 и 60 сут. Одновремен-
но изготовлялись контрольные образцы, которые находи-
лись в камере нормального хранения 28 и 60 сут. Про-
бы обезвоживали спиртом, после чего протирали филь-
тровальной бумагой и размельчали в топкий порошок.
Для химического анализа образцы подвергали сушке
при 100°С. В подготовленной пробе определяли потери
при прокаливании, свободную СаО, а также СО2 пря-
мым весовым методом.
Результаты этих анализов приведены в табл. 2.10.
Из полученных данных следует, что содержание хи-
мически связанной воды при отрицательных температу-
рах, особенно при —20° С, сравнительно велико. Очевид-
но, это объясняется тем, что сюда включается вода,
SO
Таблица 2.10
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ГИДРАТАЦИИ) ЦЕМЕНТА
Условия твердения	Химически связанная вода (п.п.п. при С00° С)	Са^своб	СО2	Расчет- ная сум- марная СаО
7 сут в камере нор- мального хранения	10,11	6,85	3,5	9,6
28 сут в камере нор- мального хранения	11,5	7,1	4,6	10,71
60 сут в камере нор- мального храпения	15	7,5		11,42
28 сут в холодильнике при i = —5° С	3,78	2,38	3,09	4,9
28 сут в холодильнике при/ =—20° С	2,31	0,75	2,47	2,69
7 сут при 1 =—5° С, после чего 28 сут в нор- мальных условиях	9,84	5,84	5,82	10,41
7 сут при t=—20° С, после чего 28 сут в нор- мальных условиях	9,12	2,2	8,89	9,17
7 сут при t=—5° С, после чего 60 сут в нор- мальных условиях	15,12	4,79	7,52	10,69
7 сут при t=—20° С, после чего 60 сут в нор- мальных условиях	15,29	3,46	8,33	10
химически связанная цементным порошком, частично
прогидратированным до затворения цементного теста.
В то же время можно отметить, что цемент был взят
высокоалитовый, алюминатный тонкомолотый.
Проведение исследований гидратации цемента, так
же как н набора прочности бетона, при отрицательных
температурах связано с охлаждением и оттаиванием об-
разцов. В этот период методически трудно точно учесть
значение протекающих процессов. После пребывания
образцов в камере при t = —5° С химически связанной
воды и свободной СаО получилось значительно больше,
чем при —20° С. Это указывает на безусловное протека-
ние процессов гидратации цемента при такой темпера^
туре, как —5° С.
6-23
81
Таблица 2.11
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ГИДРАТАЦИЮ ЦЕМЕНТА
ПО ДАННЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Условия твердения	Адсорбционная и гидратная вода	Вода, входя- щая в Са(ОН);	Потери при про- каливании при 600° С	СаСОз	Общие потери массы при 1000° С
28 сут в камере нор- мального хранения	6	4	10	4	14
60 сут в камере нор- мального хранения	8,5	6,5	15	5	20
28 сут в холодильнике при /=—5° С	2	1,5	3,5	3,5	7
28 сут в холодильнике при t=—20° С	1	1	2	1	3
7 сут при i=—5° С, после чего 28 сут в нор- мальных условиях	9	2		7	18
7 сут при t=—20° С, после чего 28 сут в нор- мальных условиях	6	4	10	10	20
7 сут при t=—5° С, затем 60 сут в нормаль- ных условиях	9	6	15	5	20
7 сут при t = —20° С, затем 60 сут в нор- мальных условиях	10	5	15	6	21
Данные потери массы в пределах дегидратации
Са(ОН)2 согласуются с результатами, полученными при
дифференциально-термическом анализе. Некоторая раз-
ница объясняется тем, что при приготовлении проб для
химического анализа после обезвоживания спиртом их
сушили при 100° С, а при дифференциально-термическом
анализе этого не делали. Результаты исследований гид-
ратации цемента, по данным дифференциально-термиче-
ского анализа, приведены в табл. 2.11.
Из таблицы видно, что, так же как и по данным хими-
ческого анализа, наблюдается более существенная гид-
ратация проб при отрицательной температуре —5° С,
чем при —20° С. При отрицательных температурах кар-
82
Таблица 2.12
СТЕПЕНЬ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
ЧЕРЕЗ 28 СУТ (ТЕСТО 1 О, ПРИ В/Ц=0,25)
Добавка		Степень гидратации, %,		при температуре, еС	
вид	количество в % от массы цемента	20	0	—10	—20
Без до- бавки	—	66	39	20	1
NaNO2	2 10	64 67	44 43	43 42	17 27
к2со3	10	55	41	46	37
бонизация СаО повышается за счет поглощения угле-
кислоты воздуха.
После замораживания бетона в раннем возрасте при
твердении его в последующем при положительных тем-
пературах цементы сохраняют способность химически
связывать столько же и даже (в некоторых случаях)
больше воды, чем в образцах, не подвергавшихся замо-
раживанию.
Однако, как это будет показано ниже, несмотря па
протекающие в последующем процессы гидратации и на-
личие новообразований, после раннего замораживания
бетон обычно имеет потери прочности по сравнению
с нормально твердеющим. Это связано с условиями фор-
мирования структуры цементного камня и бетона при
замерзании в раннем возрасте. Поэтому кинетику и сте-
пень гидратации цемента нельзя рассматривать вне свя-
зи с условиями формирования структуры, со степенью
монолитности цементного камня и бетона.
Скорость и степень гидратации цемента можно повы-
сить путем введения химических добавок, понижающих
точку замерзания жидкой фазы. В табл. 2.12 приведены
данные о степени гидратации трехкальциевого силиката
цемента с добавкой нитрита натрия и поташа, получен-
ных И. И. Комаровым, Ю. М. Буттом и В. М. Колбасо-
вым в Московском химико-технологическом институте
им. Д. И. Менделеева.
Пробы исследовались методом количественного
рентгеноанализа. Портландцемент применялся состава:
C3S —64,43%; C2S — 15,8%; С3А —6,04%; C4AF—
6*
83
5,82% при топкости помола 3150 см2/г. Степень гидра-
тации цемента устанавливалась по трехкальциевому си-
ликату. При 20°С добавка поташа в количестве 10%
замедляет гидратацию цемента, при 0° она протекает
с такой же скоростью, что и у цементов без добавки
и с добавкой нитрита натрия. При отрицательной темпе-
ратуре -10 п 20°С с наибольшей скоростью гидрата-
ция цемента протекает при добавке поташа. Нитрит
натрия даже и при введении добавки всего лишь в коли-
честве 2% обеспечивает достаточно интенсивное разви-
тие гидратации цемента.
Степень и скорость гидратации цементов при отрица-
тельных температурах с химическими добавками зави-
сит от температуры, количества и вида вводимых доба-
вок, минералогического состава и тонкости помола це-
мента и других факторов.
Несмотря на достигнутые в последние годы успехи
в области изучения механизма действия химических до-
бавок на свойства бетонных смесей и бетона, многие
вопросы этой проблемы еще недостаточно разработаны.
Должны быть расширены исследования по применению
химических добавок при зимнем бетонировании, кото-
рыми заняты ученые как в СССР, так и за рубежом.
ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ЦЕМЕНТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Реакция гидратации клинкерных минералов и цемен-
та, вследствие которой происходит схватывание и твер-
дение их, сопровождается тепловыделением. Опытами
установлена определенная связь между минералогиче-
ским составом, гидратацией, тепловыделением и тверде-
нием цементов.
Процессы тепловыделения находятся в зависимости
от свойств цемента, содержания его в бетоне, времени,
температуры, водоцементного отношения и других фак-
торов. Тепловыделение, являясь прямым следствием
гидратации цемента, характеризует развитие процессов
твердения бетонов и растворов и при прочих равных
условиях определяет их технические свойства. Оно мо-
жет оказывать как положительное, так и отрицательное
влияние на формирование структуры и технических
свойств бетонов и растворов. Даже при зимнем бетони-
84
ровании массивных конструкций часто возникает вопрос
о регулировании процессов тепловыделения, чтобы из-
бежать вредного термонапряженного их состояния. Раз-
работанный и широко применяемый в нашей стране при
производстве бетонных и железобетонных работ в зим-
них условиях метод «термоса» в значительной мере ос-
нован на учете в теплотехнических расчетах тепловыде
ления в твердеющем бетоне.
Исследования по тепловыделению цементов проводи-
лись уже более 50 лет и проводятся в настоящее время
во многих странах. У пас в СССР эти исследования бы-
ли главным образом связаны с гидротехническим строи-
тельством. Хорошо известны работы, проводимые, начи-
ная еще с 20-х годов, А. А. Байковым, В. А. Киндом,
С. Д. Окороковым, Л. С. Вольфсоп, В. Н. Юнгом,
Ю. М. Буттом, В. С. Лукьяновым [29].
В 1919 г. И. А. Киреенко сделал попытку рассчитать
охлаждение бетона на морозе с учетом тепловыделения
цемента [22]. Автором в 1935 г. на экспериментальной
основе были сопоставлены методы расчета охлаждения
бетона на морозе с учетом тепловыделения, предложен-
ные И. А. Киреенко, Б. Г Скрамтаевым, В. С. Лукьяно-
вым и др.
В последние годы Ленинградским политехническим
институтом проводятся работы по определению тепло-
выделения цемента в бетоне. Результаты этих исследо-
ваний обобщены в монографии И. Д. Запорожца,
С. Д. Окорокова и А. А. Парийского [17]. Этим инсти-
тутом проведены интересующие строителей исследова-
ния по тепловыделению при электроразогреве бетона до
70° С, при нормальных, пулевых и отрицательных (до
—10° С) температурах. Работы проводились совместно
с НИИЖБ. Параллельно с исследованиями тепловыде-
ления цементов в бетоне в НИИЖБ проводились рабо-
ты по изучению гидратации цементов, а также по твер-
дению бетонов при тех же положительных и отрицатель-
ных температурах.
Из работ зарубежных авторов в области определе-
ния кинетики выделяемого тепла цементами различного
минералогического состава с одновременным определе-
нием роста их прочности следует упомянуть прежде
всего исследования В. Лерча и Р. Богга в США, опубли-
кованные в начале 30-х годов. Они впервые изучили теп-
ловыделение не только цементов определенного состава,
85
ho и всех основных минералов, входящих в состав 11орт-
ландцементного клинкера. Вопросами тепловыделения
в бетонных массивах в 1929 г. занимались X. Девис и
О. Трокселль. В 40-е.годы в США интересные исследо-
вания в области тепловыделения цемента проведены
Г Вербеком и С. Фостером.
На основании работ, выполненных в ФРГ, А. Майер
предложил классификацию цементов по количеству вы-
деляемого тепла. Эти данные приведены в рекоменда-
циях РИЛЕЛ4 по зимиему бетонированию, опубликован-
ных на русском, английском, французском и немецком
языках. В СССР разработана более практичная класси-
фикация цементов по кинетике и количеству выделяемо-
го тепла при твердении бетонов на цементах различных
видов и марок. Во Франции М. Вепюа проведены об-
ширные исследования по тепловыделению портландце-
ментов с различными добавками. Эти работы осуществ-
лялись по плану франко-советского научно-технического
сотрудничества с 1969 по 1972 г.
При обобщении проведенных исследований ученые
пришли к выводу, что, как и всякая химическая реак-
ция, гидратация цемента начинается с физического яв-
ления — растворения минералов. Следствием этой хими-
ческой реакции является тепловыделение. Химическая
реакция гидратации является причиной, а тепловыделе-
ние — следствием ее протекания.
В факте тепловыделения в бетоне скрыто противоре-
чие, которое выражается в том, что нагревание конст-
рукции может быть полезным для создания благопри-
ятных условий твердения и в то же время оно может
вызвать напряженное состояние, нарушение ее структур-
ной сплошности. В зимнее время конструкции средней,
массивности могут быть выдержаны по методу термоса,,
очень массивные конструкции не только при положи-
тельных, но и при отрицательных температурах наруж-
ного воздуха, без принятия специальных мер, могут1
приобрести поверхностные трещины, снижающие их дол-
говечность. Чтобы во всех случаях направленно использо-
вать тепловыделение, мы должны владеть точным:
расчетом тепловых полей в бетонных и железобетонных,
конструкциях, обеспечить равномерность их распределе-
ния. Однако на пути решения этой задачи имеются боль-
шие трудности, связанные с разнообразными условиями/
распределения тепла и влаги внутри бетона, значитель-
86
ними их градиентами, а зачастую различной направлен-
ностью движения тепла и влаги.
Вследствие изменения физических констант бетона
во времени и нестационарное™ потоков и тепломассо-
обмена с внешней средой теоретические расчеты значи-
тельно усложняются. Многие вопросы еще подлежат
экспериментальному исследованию по строго обоснован-
ным научным методикам, с глубоким пониманием при-
менения законов термодинамики. В этой области больше,
чем в какой-либо другой, следует применять метод диа-
лектического рассмотрения сложного комплекса явлений
и не допускать механического приема расчета, оторван-
ного от физического смысла протекающих процессов.
Расчеты для строительной практики должны быть пре-
дельно простыми и ясными, лько тогда они получат
широкое применение.
Вопреки способу предварительной гидратации цемен-
та, предложенному в США П. Бейтсом в 1937 г., авто-
ром был предложен и разработан новый способ, описан-
ный в книге «Температурный фактор в твердении бето-
на». Вместо предварительной гидратации цемента путем
обработки его в барабане паром и использования в даль-
нейшем в массивных конструкциях после подсушки и по-
мола (метод Бейтса) автор предложил гасить часть теп-
ла, выделяемого цементом, путем обработки его в спе-
циальных гидраторах. Затворение цементной суспензии
на холодной воде и длительное выдерживание се с пере-
мешиванием в гидраторах снижает тепловыделение нс
за счет снижения активности цемента, а, наоборот, одно-
временно повышает активность цемента и прочность бе-
тона, особенно па разрыв.
Автором совместно с С.,Ф. Бугримом и Е. С. Стани-
славовой предложен способ производства работ по ук-
ладке бетона в контакте с вечномерзлым грунтом с ис-
пользованием тепловыделения [66]. В данном случае
теплота гидратации цемента и тепло, выделяемое при
фазовом переходе воды из жидкого состояния в твердое,
используется для твердения бетона при температурах
мерзлого грунта от —0,2 до —2° С. При более низких
температурах необходимо вводить нротивоморозные до-
бавки в малых количествах.
Первые нормы тепловыделения различными цемен-
тами при нормальной температуре в течение 28 сут были
приведены в Технических условиях по производству же-
87
оо Таблица 2.13
со
ТЕПЛОТА ТВЕРДЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫХ МИНЕРАЛОВ И ИХ СМЕСЕЙ
Минералогический состав,			%	Тепловыделение, кДж/кг					
c3s	C2S	С.-	CtAF	фактическое			расчетное		
				3 сут	|	28 сут	|	3 мес	3 сут	|	28 сут	|	3 мес
Смеси из C3S и C2S
100 75	25					322,4 217,7	389,4 255,4	456,4 355,9	247	318,2	381
50	50	—	—	171,7	209,4	305,7	175,9	251,2	305,7
25	75		—	129,8	175,9	217,7	100,5	180	226,1
—	100	—	—	25,1	108,9	150,7	—	—	—
Смеси из C3S и С3А
100					—	322,4	389,4	456,4			—	—
95	—	5		334,9	418,7	477,3	330,8	410,3	477,3
85	—	15	—	452,2	540	548,5	347,5	448	515
75	—	25	—	456,4	577,8	607,1	368,5	485,7	552,7
—		100	—	502,4	778,7	833,2	—	—	—
Смеси из C3S и C4AF
100						322,4	389,4	456,4			—		
95	—	—	5	247	376,8	410,3	314	389,4	452,2
85	—	—	15	238,7	343,3	401,9	293,1	385,2	448
75	—		25	200,9	309,8	381	276,3	381	433,8
—	—		100	133,9	364,3	397,8	—	—	—
лезобетонных работ в зимнее время в начале 30-х гоДоё.
За истекшие 40 лет качество цементов улучшилось, мар-
ки применяемых бетонов повысились п накопились опыт-
ные данные о тепловыделении цементов при различных
температурах. Поэтому ниже приводятся новые практи-
ческие данные для цементов, которые необходимо знать
при выборе методов зимнего бетонирования и режимов
тепловой обработки.
С. Д. Окороков провел обширные исследования по
определению тепловыделения отдельными минералами
н двумпнеральпыми смесями. Тепловыделение определя-
лось по разности тсплот растворения в негидратирован-
ном и гидратированном состояниях. Полученные им ре-
зультаты приведены в табл. 2.13.
В этой таблице помимо фактического тепловыделе-
ния, установленного экспериментально, дается еще рас-
четное тепловыделение, подсчитанное для смесей мине-
ралов по правилу аддитивности.
Из табл. 2.13 видно, что при гидратации С3А и C3S
отличаются не только высоким, ио и быстрым тепловы-
делением. С4ЛГ и особенно C2S являются малотермич-
ными и выделяют тепло значительно медленнее. Отсюда
следует, что для получения низкотермичных портландце-
ментов необходимо уменьшать в них содержание С3А
и C3S за счет повышения содержания C2S и алюмофер-
ритной фазы. И, наоборот, для получения цементов с вы-
соким тепловыделением необходимо увеличивать содер-
жание трехкальциевого алюмината и трехкальциевого
силиката.
В институте Гидропроект С. В. Шаркуповым и
А. С. Магитоном экспериментально изучался вопрос
тепловыделения бетона в адиабатических условиях
10 различных цементов. Цементы эти были взяты с Ток-
тогульской, Ингурской, Нурекской, Усть-Илимской гид-
ростроек, а также со строящихся объектов в Сирии,
Вьетнаме, Тунисе, Афганистане. На рис. 2.5 приведены
кривые удельного тепловыделения некоторых видов це-
ментов в бетоне производственных составов в течение
14 сут, а в табл. 2.14 — характеристики бетонов, приго-
товленных на этих цементах. К 14-суточному сроку це-
менты выделили тепла от 250 до 335 кДж/кг. В течение
первых трех суток относительное тепловыделение значи-
тельно отличалось у бетонов на различных цементах.
Как видно из перечня цементов, расход их па 1 м3
89
Таблица 2.14
ХАРАКТЕРИСТИКА БЕТОНОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ НА РАЗЛИЧНЫХ
ЦЕМЕНТАХ (К РИС. 2.5)
№ кривых	Цемент	Характеристика бетонов		
		расход цемента, кг	в/ц	температу - ра смеси, °C
1	Портландцемент М 300 Красноярского завода	180	0,75	14
2	То же, Душанбинского завода	185	0,75	25
3	То же, Кувасапского завода	210	0,‘60	15
4	То же, «Шейх-Саид» (Сирия, ГЭС «Табка»)	240	0,55	22
5	То же, с пониженным содержанием C3S	225	0,65	17
6	То же, пуццолановый Кувасайского завода	215	0,56	17
7	То же, Руставского за- вода	270	0,43	16
8	То же, «Поли-Хумрн» (Афганистан, ГЭС)	180	0,85	17
9	То же, Нагли Карруба (Тунис)	270	0,5	20,5
10	Шлакопортландцемент марки 200 Красноярско- го завода	210	0,65	10
составлял от 180 до 270 кг, что характерно для гидро-
технических бетонов.
Во ВНИПИТеплопроекте исследована зависимость
тепловыделения цемента от температуры. Сотрудниками
этого института И. Б. Заседателсвым и Ф. М. Мамедо-
вым разработан метод экспериментального определения
тепловыделения в электрическом дифференциальном ка-
лориметре. В автоклаве создавались различные темпе-
ратуры и давления с помощью сжатого газа, что обеспе-
чило возможность раздельно выявить эти два фактора.
Кинетика тепловыделения q исследовалась в диапазоне
температур от 20 до 174° С. Результаты исследований
портландцемента состава: C3S — 64%; C2S—14%;
90
С3А — 4% приведены на рис. 2.6. Смесь цемента с моло-
тым песком была приготовлена при В/Ц = 0,8.
Опыты показали, что давление оказывает незначи-
тельное влияние на выделение тепла, решающим факто-
ром является температура, при которой происходит
гидратация цемента.
В Ленинградском политехническом институте
А. А. Парийским создана установка и разработана мето-
дика для экспериментального определения изотермиче-
Рис. 2.5. Кривые удельного тепловыделения цементов (по ГОСТ
310—60), определенного в адиабатическом калориметре па образцах
бетона различных производственных составов (обозначения кривых
указаны в табл. 2.14)
ского тепловыделения цементных растворов и бетонов.
При этом в течение всего опыта должны быть обеспе-
чены два главных условия: постоянство температур
твердеющего бетона и калориметрической оболочки.
Расход электрической энергии, затрачиваемой па под
держание температуры бетона на заданном уровне, ав-
томатически учитывается прибором. В табл. 2.15 приво-
дятся результаты тех исследований, которые проводи-
лись по совместной программе с НИИЖБ. В ней
представлены данные о тепловыделении трех типичных
цементов при температурах: 0; 20; 40; 50 и 70° С. Опыт
проводился в течение 10 сут, а для бетона на шлако-
портландцементе — до 14 сут. Бетонная смесь имела
91
Таблица 2.15
УДЕЛЬНОЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА, БТЦ И ШЛАКО
ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА
	в/ц				Удельное тепловыделение				
Цемент		i, °C	6	12	18	24	36	48	
Портландце- мент марки: 500 300	0,52 0,6	0 20 40 50 70	71,6	6,3 37,7 159,9	196,8	18 111,4 221,1 197,6 221,9	32,7 159,9 254,2	52,8 185,9 274,2 229 252,1	
БТЦ марки 600	0,52	0 20 10	10),3	8,4 58,6 191,7	2;	27,6 137,3 265,9	52,8 180,5 299,4	73,7 212,7 320,7	
Шлакопорт- ландцемент марки 300	0,6	10 20 50 70				21,4 40,6 74,5 167,1 20), 1		53,2 74,9 124,1 193,4 233,2	
Примечание. При температуре —10° С тепловыделения в
осадку конуса 6—8 см при расходе цемента 325 кг/м3.
Опыты показали, что при 0°С тепловыделение протекает
достаточно интенсивно: у портландцемента за 10 сут
оно составило 59% от тепловыделения при / = 20° С.
Рис. 2.6. Зависимости теплоты гид-
ратации цемента от температуры
во времени
Данные о тепловыделении
в интервале температур
40—70° С	приводятся
впервые. Они могут быть
полностью использованы
при тепловой обработке
бетонов. Не менее инте-
ресными являются и дан-
ные по определению теп-
ловыделения портланд-
цементом марки 500 и
быстротвердеющим порт-
ландцементом (БТЦ) ма-
рки 600 в бетоне при
В/Д=0,52. В бетон были
введены в количестве
10% массы воды добав-
ки хлористых солей, по
таша и нитрита натрия
92
цементов, кДж/кг, в возрасте, ч
	72	96	120	144	168	192	216	240	|	288	336
	88,8 220,2	114,7 245,4	132,3 262,9	148,6 277,2	161,2 290,2	171,2 299,8	180 303,6	187,9 316,5		
	301,5 244,9 265,9	319,9 257,9 274,7	329,1 261,7 277,2	262,1 281,8	264,6 282,2					
	104,3 257,9 315,8	131,1 290,2 358,8	151,9 310,7 305,5	168,3 325,3	180 335,1	191,8 315,4	201, 1 352,1	209,8 357,2		
	79,9 99,7 153,7 211,4 245,4	99,7 117,2 167,9 220,2 252,5	113 128,9 180 228,6 254,2	123,9 141,5 190,1 234,9 255,4	133,6 151,6 197,6 241,6 256,2	111,9 159,5 201,3	1 18,6 166,2 210,6	151,9 172,9 215,2	166,2 186,3 222,3	171,2 230,7
бетоне без противоморозных добавок не обнаружено.
Замедление скорости тепловыделения при t — —10° С осо-
бенно велико в первые трое суток. Даже в возрасте
10 сут оно в несколько раз меньше, чем выделение тепла
при 0°С без добавок.
Тепловыделение в портландцементе марки 500 с тон-
костью помола 3150 см2/г с добавками хлористых солей
и нитрита натрия значительно меньше, чем у цемента
марки 600. Тот же цемент, размолотый до тонкости
5000 см2/г, повысил активность на одну марку, т. е. стал
быстротвердеющим марки 600. Однако скорость тепло-
выделения его с добавками значительно возросла по
сравнению с исходным цементом марки 500. Результаты
этих определений для бетона с расходом цемента
325 кг/м3, ВЩ = 0,52, ОК = 6 — 8 см приведены
в табл. 2.16.
Наряду с данными о бетоне, изготовленном на порт-
ландцементе, представляет интерес и рассмотрение дан-
ных по бетону на шлакопортландцементе, а также пуц-
цолановом портландцементе. Во многих странах (США,
Франция, Япония и др.) достаточно широко применяют
добавки в цемент не только гранулированных доменных
шлаков, но и зол ТЭЦ.
Приготовление шлаковых портландцементов на осно-
93
Т аб лица 2.16
УДЕЛЬНОЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ЦЕМЕНТА В БЕТОНАХ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИЛОБАВКАМИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ТВЕРДЕНИЯ
Темпера-	Добавки	Удельное тепловыделение, кДж/кг, в возрасте, ч
тура, °C	вид	|	%	21	|	48	|	72	|	120	|	168	|	192	|	240
Портландцемент
0	Без добавки	0	18	52,8	88,8	132,3	161,2	171,2	187
	CaCl2+NaCl	3+7	39,8	78,7	111,8	169	207,7	221,9	245,8
	К2СО3	10	54	104,7	159,1	225,7	257,5	269,2	288,5
	NaNO2	10	36,8	72,4	100,5	150,3	193,9	212,7	244,9
	Без добавки	0	0	0	0	0	0	0	0
— 10	CaCl2+NaCl	3+7	2,5	6,3	9,6	22,6	33,1	36	45,2
	К2СО3	10	5	12,9	21,8	53,2	82,1	96,3	118,5
	NaNO2	10	0	0	0,8	7,5	15,5	20,9	29,3
20	Без добавки	0	111,4	185,9	220,2	262,9	289,7	299,8	316,5
				БТЦ					
	Без добавки	0	0	0	0	0	0	0	0
—10	CaCl2+NaCl	3+7	10,5	20,9	22,6	60,3	’82,5	90,9	108,4
	К2СО3	10	10,9	23,7	40,6	78,7	112,2	126,4	145,7
	NaNO2	10	0	0	5,9	36,8	68,7	82,1	105,9
20	Без добавки	0	137,3	212,7	257,9	310,7	335,8	345,4	357,2
Примечание. Добавки NaNO2 i			d К2СО3 даны в % от		массы цемента, СаС12 и NaCl —			1 - от массы	воды.
ве гранулированных доменных шлаков известно в немец-
кой промышленности с 1863 г. Позднее доменные шлаки
стали широко использоваться как сырье для получения
портландцемента.
В настоящее время шлакопортландцемент в значи-
тельном количестве производится в СССР, ФРГ, Бель-
гии, Италии, Франции, Японии и в других странах.
Несмотря на замедленное тепловыделение шлако-
портландцемента в начальные сроки, при полной гидра-
тации цемента, т. е. через длительный промежуток вре-
мени, тепла выделяется приблизительно столько же,
сколько и цементом без добавки шлака.
Шлакопортландцемент, учитывая его тепловыделе-
ние и стойкость в агрессивных средах, широко применя-
ется как в зарубежном, так и в отечественном гидротех-
ническом строительстве и при возведении массивных
сооружений. Уже при восстановлении Днепрогэс и при
сооружении Каховской ГЭС применялся бетон, изготов-
ленный на шлакопортландцементе.
С целью снижения тепловыделения и повышения во-
достойкости бетона в отечественной и зарубежной прак-
тике гидротехнического строительства еще более широ-
ко применяются активные минеральные добавки (тре-
пел, зола-унос и др.).
Влияние добавки брянского трепела и кварцевого
песка на удельное тепловыделение цементов на основе
клинкера Ленинградского цементного завода им. Воров-
ского было исследовано в Ленинградском политехниче-
ском институте. Бетоны были приготовлены с одним и
тем же расходом цемента — 250 кг/м3 при одинаковой
подвижности смеси. Последнее вызывало различную во-
допотребность, а следовательно, сказывалось па водоце-
ментном отношении. В табл. 2.17 приведены результаты
опытов при изотермическом режиме / = 20° С.
Приведенные данные, подтверждающие высказыва-
ния многих исследователей, показывают, что введение
активной гидравлической добавки до 25% приводит к не-
большому уменьшению тепловыделения. В этом случае
имеет значение тонкость помола цемента и активность
составляющих компонентов.
С целью экономии цемента и по ряду технических
свойств бетона добавка доменных шлаков к портланд-
цементному клинкеру является более эффективной, чем
других минеральных веществ, в том числе и активных.
95
Таблица 2.17
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ НА ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ЦЕМЕНТОВ
Добавки	Содержа- ние добавки.	в/ц	овыделгппс, с		Дж/г, в ут	возрас'
	%		2	1 8	1 4	1 5
Вез добавки	0	0,75	170,8	222,7	259,6	289,7
Брянский	25	0,79	164,1	200,9	232,8	259,6
трепел	50	0,89	117,2	144	164,1	180,9
Кварцевый	25	0,75	128,9	169,2	197,6	221,1
песок	50	0,75	107,2	135,7	154,1	170,8
Продолжение табл. 2.17
Добавки	Содержа- ние добавки, %	в/ц	Тепловыделение, Дж/г, в возрасте, сут			Снижение тепловы- деления для 7 сут, %
			6	1 7	1 8	
Без добавки	0	0,75	316,5	336 6	353,4	0
Брянский	25	0,79	284,7	306,5	324,9	9
трепел	50	0,89	194,3	206	216	39
Кварцевый	25	0,75	242,8	261,2	278	22
песок	50	0,75	184,2	195,95	213,5	42
Рис. 2.7. Кривые разогрева бе-
тона в блоках плотины (обоз-
начения кривых указаны в
табл. 2.18)
Сибирским филиалом
ВНИИГ им. Б. Е. Веде-
неева при возведении бе-
тонных сооружений Крас-
ноярской гидроэлектро-
станции были проведены
натурные исследования по
разогреву бетона в бло-
ках плотины. Результаты
замеров температуры в
центре бетонных блоков,
уложенных в зимний пе-
риод 1962 г., показаны на
рис. 2.7. После 24-суточ-
ного твердения максимальный подъем температуры в
блоках составлял 31—38° С, а минимальный 16° С по
сравнению с температурой при укладке. Основные ха-
рактеристики блоков, применяемых цементов и др. при-
ведены в табл. 2.18.
96
Таблица 2.18
ХАРАКТЕРИСТИКА БЛОКОВ (К РИС. 2.7)
Номер кривой на рисунке	Высота блока, м	Начальная тем- пература бетон- ной смеси, СС	Цемент	Расход цемента, кг/м3	Дата укладки
/	G	7,2	Шлакопорт-	240	29/XII
2	5,5	10	ландцемепт	240	17/XI
3	3	14		240	22/XI
4	3	3		240	31/X
5	3	G	11ортл; мепт	320	26/X
При бетонировании таких массивных блоков даже
в зимний период времени температура бетона очень дол-
го превышает температуру бетонной смеси при ее уклад-
ке. Утепленная опалубка необходима главным образом
для защиты от преждевременного охлаждения и про-
мерзания наружных слоев бетона блоков. Утепленная
опалубка способствует выравниванию температурных
полей внутри бетонного массива и снижению темпера-
турных градиентов между внутренними и наружными
слоями бетона.
Характер обменных процессов, протекающих между
бетоном и окружающей его средой, во многом зависит
от режима тепловой обработки. Явления тепло- и массо-
переноса в процессе сушки материалов были исследо-
ваны А. В. Лыковым. Для расчета протекающих процес-
сов им предложена система дифференциальных уравне-
ний. В бетоне из-за тепловыделения при твердении и свя-
зывания воды при тепловой обработке происходят про-
цессы иные, чем при сушке материалов. Влажность бе-
тонной смеси выше гигроскопической, поэтому внутри
элемента при температуре ниже 100° С отсутствуют фа-
зовые превращения воды, имеющие место при сушке
материалов.
Во время тепловой обработки в изделиях из бетона
за первые несколько часов выделяется значительное ко-
личество тепла, которое следует учитывать в энергети-
ческом балансе тепла, затрачиваемого на нагрев изде-
лий. Внутри бетонной плиты за счет экзотермип цемента
7-23
97
развиваются температуры, значительно превышающие
температуру среды и поверхности изделия. Вследствие
этого получается отличный от расчетного режим тверде-
ния и возникают значительные температурные градиен-
ты, которые могут вызвать образование трещин в изде-
лиях.
У бетона на портландцементах тепловыделение в про-
цессе прогрева может достигать таких значений, кото-
рые соответствуют подъему температуры бетона за счет
экзотермического тепла на 70—80° С. При этом наблю-
дается неравномерность температурных полей и измене-
ние влажностного режима в бетоне. Поэтому режим и
длительность тепловой обработки следует назначать
и регулировать с учетом саморазогрева бетона.
На рис. 2.8 изображено изменение температуры бе-
тона во времени в плитах толщиной 24 см, прогреваемых
в камере при температуре 80° С. Как это показано в ра-
боте [17], немассивные конструкции можно прогревать
при температуре 80° С не более 3—4 ч. Дальнейший про-
грев плит или подобных элементов может производиться
Рис. 2.8. Изменение во
времени температуры бе-
тона на обычном порт-
ландцементе в различ-
ных сечениях железобе-
тонной плиты толщиной
24 см
0, 1, 2 — соответственно, в
центре, в одной четверги
толщины и на поверхности
плиты; 3 — температура сре-
ды в камере
без подведения тепла или в утепленных штабелях, осу-
ществляя двухстадийный прогрев. При прогреве массив-
ных элементов возникает вопрос о скорости охлаждения
бетона и снижении температурных градиентов.
Для учета тепловыделения при тепловой обработке
бетонных и железобетонных изделий и конструкций мо-
гут быть использованы данные, полученные Л. И. Чу-
мадовой при исследовании шести портландцементов
98
Таблица 2.19
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ УДЕЛЬНОЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ЦЕМЕНТОВ
В БЕТОНАХ, кДж/кг
Температура твердения, °C	Срок твер- дения, ч	Цементы					
		алексеев- ский	белгород- ский	ленин- градский	ВОЛЬ- СКИЙ	себряков- ский	пикалев- ский
	18	69,9	121,8	86,7	71,2	66,9	70,3
	24	94,2	137,8	110,5	92,5	84,6	93,8
	48	141,1	185,1	148,6	135,7	128,1	164,5
	72	161,2	213,1	176,7	164,9	144	193,5
20	96	178,4	233,6	198,9	183,8	190,1	212,7
	120	191,3	252,1	217,3	203,5	209,4	229
	144	198	267,5	225,3	—	—	244,5
	168	209,4	285,6	242,4			260
	6	59,5	108	96,7	54,4	64,5	100,1
	18	140,7	197,6	200,9	141,5	142,4	184,6
	24	161,2	219,8	231,1	162,9	169,2	213,1
	48	210,2	272,2	293,9	218,1	220,7	270,5
40	72	239,1	308,2	328,3	249,1	246,2	299,4
	96	263,4	329,5	355,1	274,7	262,9	321,6
	120	240,3	339,1	367,6	290,6	275,5	335,8
	144	297,3	348,8	380,6	304,4	285,9	349,2
	168	311,9	356,3	396,9	311,9	296	362,2
	5	89,6	151,9	114,3	73,7	88,8		
70	9	144	196,8	167,5	151,6	139,4	151,2
	18	195,9	253,7	215,6	211,9	178,8	215,6
	24	213,1	217,3	231,1	231,9	198	238,7
80	5 9 18 24 36		-	133,1 195,5 255,4 276,8 289,3					66,2 160,8 232,4 257,5 278,4
в Ленинградском политехническом институте. В табл. 2.19
приведены результаты ее исследований по определению
количества изотермического удельного тепловыделения
цементов в бетонах. Бетонные смеси были изготовлены
с расходом цемента 330 кг/м3, при В/Д=0,45 и осадке
конуса 2 см. Тепловыделение определено при температу-
рах: 20, 40, 70 и 80° С в сроки твердения начиная с 5—
18 ч; кончая 36—168 ч.
99
Бетоны применяются как при низких отрицательных,
так и при высоких положительных температурах. Поэто-
му тепловыделение цемента требуется учитывать приме-
нительно к тем или иным специфическим условиям. При
нулевых температурах тепловыделение протекает медлен-
но, а при электропрогреве, пропарке, тем более при элек-
троразогреве смеси — быстро. При зимнем бетонирова-
нии желательно применять цементы, обладающие свой-
ством быстрого и повышенного тепловыделения, чтобы
обеспечить благоприятные температурно-влажностные
условия бетону до набора им требуемой прочности к мо-
менту его замерзания.
При бетонировании массивных конструкций гидротех-
нических сооружений, фундаментов под домны, каупера,
башни и т. п. тепловыделение необходимо регулировать
в целях борьбы с появлением трещин. При изготовлении
сборных бетонных и железобетонных изделий и конст-
рукций учет тепловыделения необходим с точки зрения
энергетических ресурсов и предотвращения сушки бето-
на в тех случаях, когда температура его превышает
температуру камеры или другого теплового агрегата
(особенно при /=100° С). Даже в условиях сухого и жар-
кого климата необходимо считаться с тепловыделением
цемента при укладке и выдерживании бетона в различ-
ных конструкциях и сооружениях. В некоторых случаях
оно может вызвать перегрев, сушку и образование тре-
щин в конструкциях.
Автоматическое управление на заводах сборного же-
лезобетона режимами тепловой обработки осуществля-
ется неправильно. Обычно регулируют температуру
в камерах пропаривания, а во время изотермической вы-
держки через 4—6 ч температура бетона в изделиях
превышает на несколько градусов температуру среды
в камере. В это время начинается потеря влаги. Для
тяжелого бетона такой режим является неонтпмальным.
Поэтому температура среды камеры должна корректи-
роваться по температуре бетона. Тепловыделение долж-
но использоваться строителями как дополнительный
энергетический резерв.
СТРУКТУРА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
В начальный период твердения цементное тесто (па-
ста) рассматривается как капиллярно-пористое тело,
состоящее из твердой, жидкой и газообразной (наличие
100
вовлеченного воздуха) фаз. В этот период оно обладает
пластичностью, поэтому прочность его определяют раз-
личного вида пластометрами. Характер строения пори-
стой структуры затвердевшего цементного камня опре-
деляет основные свойства бетона — прочность, деформа-
тивность, проницаемость, морозостойкость. Вопросам
изучения микро- и макроструктуры цементного камня
и бетона посвящено огромное количество исследований.
Исследование микроструктуры проводится с применени-
ем электронной микроскопии, для определения состава
высокодисперсных кристаллических новообразований ис-
пользуется рентгенографический анализ. Пористость
цементного камня определяется различными методами,
в том числе адсорбцией азота и ртутной порометрии,
которые позволяют рассматривать строение материала
на молекулярном уровне.
Свойства бетона во многом определяются его макро-
структурой. Под макроструктурой бетона понимается со-
вокупность всех структурных элементов: крупного и мел-
кого заполнителей, кристаллических сростков новообра-
зований, наличие и размер пор и капилляров в его
составе. Благодаря применению различных физических,
физико-химических и механических методов определя-
ется количественное соотношение отдельных элементов
и их взаимосвязь.
На формирование структуры цементного камня и бе-
тона большое влияние оказывает тепловая обработка и
замораживание на ранней стадии их твердения.
На основании проведенных исследований совместно
с физико-химической лабораторией НИИЖБ установле-
но, что при замораживании в раннем возрасте у бетопа
наблюдаются дефекты только в макроструктуре, т. с.
в порах радиусом более I мк. При замораживании об-
разцов в камере при температуре —20° С при просмотре
препаратов под электронным микроскопом с увеличени-
ем в 10 000 раз в структуре геля нарушений нс обнару-
живается. Аналогичные результаты получены при опре-
делении пористости цементного камня и бетонов мето-
дами водопоглощения и обычной микроскопии. На
формирование структуры и кинетику набора прочности
цементным камнем и бетоном в значительной степени
влияет минералогический состав цементов.
Бетоны на алитовых цементах с повышенным содер-
жанием С3А (типа невьянского цемента) характеризуют-
101
ся более быстрым твердением в начальные сроки. Уско-
рение процессов гидратации цемента связано с разви-
тием тепловыделения и созданием благоприятных усло-
вий для формирования плотной и стойкой структуры,
придающей бетону способность сопротивляться вредно-
му воздействию отрицательных температур. При опти-
Рис. 2.9. Упрощенная модель структуры цементного теста, предло-
женная Т. Пауэрсом
/ — частицы геля; 2 — пор	3 — граница частиц воздушной поры;
С — контракциоипые поры
мальных температурах процессы гидратации высокоали-
товых с большим содержанием С3А цементов протекают
спокойней, быстрое накопление гелей сопровождается
возникновением контракционных пор (г<0,1 мк), в ко-
торых вода замерзает при температуре ниже —40° С.
Исследованиям микроструктуры новообразований це-
ментов уделялось много внимания проф. Т. Пауэрсом
в портландцементной ассоциации США. На первом меж-
дународном симпозиуме по зимнему бетонированию
в 1956 г. в Копенгагене была представлена его упрощен-
ная модель, изображающая структуру цементного геля
(затвердевшей пасты).
102
Йа рис. 2.9 изображены частицы геля в виде сферо-
литов с воздушными и более крупными порами, образо-
вавшимися вследствие усадки твердеющего цементного
геля [83] (контракции).
В результате физико-химических исследований, про-
водимых Т. Пауэрсом, представления о формирующейся
структуре цементного геля несколько изменились. На
симпозиуме по структуре цементного камня й бетона,
который проходил в Вашингтоне в 1965 г., Т. Пауэрс
сообщил, что новейшие методы исследований привели
к изменению представлений о структуре цементного кам-
ня и продуктов новообразований. Основными структур-
ными элементами являются не сферолитоподобные ча-
стицы, а чешуйчатые, войлокообразные и сетчатого
сплетения кристаллы [84]. Эта измененная модель
структуры затвердевшей цементной пасты представлена
на рис. 2.10.
Подобные представления о структуре цементного
камня высказывались и другими исследователями. Мож-
но считать общепризнанным, что из цементно-водных
суспензий образуются гидратные соединения, обладаю-
щие кристаллической структурой. Из образующихся
в начале твердения гидратных соединений с течением
времени формируется камневидная структура. Формиро-
вание плотной структуры цементного камня зависит от
ВЩ, т. е. от густоты цементного теста, тонкости помола
и минералогии цемента, благоприятных температурно-
влажностных условий твердения, введения минеральных
и химических добавок. Чем больше водоцемеитпое отно-
шение, тем больше суммарная и капиллярная пори-
стость и соответственно усадка, а также деструктивные
процессы при нагревании ц замерзании цементного кам-
ня и бетона.
Не имея возможности подробно останавливаться на
изложении экспериментальных данных по структуре це-
ментного камня, приведем лишь краткое описание про-
исходящих процессов и принятую нами классификацию
пористости бетона.
При затворении цемента водой начинается его гид-
ратация и образование начальной коагуляционной струк-
туры, которая приобретает пластические свойства. Эти
свойства принято характеризовать пластической проч-
ностью. Общепринятым стандартным испытанием меха-
нических свойств цементного теста нормальной густоты
103
йвляется определение сроков его схватывания. Пластич-
ность цементного теста соответствует началу и периоду
его схватывания. К концу схватывания уже складыва-
ется кристаллизационная структура. Образующийся це-
ментный камень быстро начинает набирать проч-
ность, которая уже из-
меряется не в грам-
мах, а в килограммах
на квадратный санти-
метр. Кристаллы ново-
образований срастают-
ся между собой, перво-

Рис. 2.10. Модель цемент-
ного геля, предложенная
Т. Пауэрсом
к — коптракционные поры
//Я
Ц \\О
о'' и°
о/'й,;
o/IJii «о
OL! Ь . О
Ой
oU\x\v’Г//о
ой- о-°
°|Х»Х.|Хи
о,/хих^
Рис. 2.11. Модель структуры гидро-
силиката кальция, предложенная
Р. Ф. Фельдманом и П. Г Середой
= = = = = — слои гидросиликата,
X — межслоевая вода, О — адсорбирован-
ная вода
начальный каркас обрастает тончайшими частицами
гидросиликата кальция. Кристаллическая решетка гид-
росиликатов кальция состоит из слоев, образованных
кремнекислородными тетраэдрами SiO4. По длине кри-
сталла они связаны друг с другом общим ионом кисло-
рода, образуя цепочки. Каждые два слоя тетраэдров
SiO4, соединенных ионами кальция, образуют слой гид-
росиликата. Несколько слоев составляют пластинки гид-
росиликата кальция. Потеря или насыщение водой со-
провождается изменением расстояния между слоями
кристаллической решетки гидросиликата. С этим связа-
ны усадка и набухание геля при изменении температуры
104
и влажности окружающей среды. На рис. 2.11 изобра-
жена модель структуры, составленной гидросиликатом
кальция [37, 84].
Как показывают результаты рентгеноструктурного
анализа, отличить CSH (I) от CSH (II) весьма затруд-
нительно. В отличие от рентгенограмм природного кри-
Рис. 2.12. Структура цементного камня
а — скопления кристаллов Са(ОН)2; б — гидратированная масса в цементном
камне (нлатино-угольныс репликиХЮ ООО)
сталлического гидросиликата — тоберморита — они име-
ют лишь несколько отражений. CSH (I) обладает боль-
шей способностью к усадке и набуханию, чем CSH (II).
В НИИЖБ 3. М. Ларионовой проводятся работы по
изучению процессов гидратации минералов портландце-
ментного клинкера и цемента с использованием комп-
лекса современных методов. Эти исследования интерес-
ны тем, что они проводятся параллельно с технологиче-
скими исследованиями твердения цементов и бетонов
при положительных и отрицательных температурах, что
дает возможность научно- обосновать получаемые ре-
зультаты, установить связь между минералогическим
составом применяемых цементов и кинетикой набора
прочности бетонами в различных температурных усло-
виях твердения. Физико-химические исследования, про-
водимые в комплексе с технологическими, становятся
более предметными, так как они помогают технологам
осмыслить механизм тех процессов, которые протекают
при твердении бетонов.
Микрофотографии продуктов гидратации портланд-
цемента, полученные 3. М. Ларионовой, приведены на
рис. 2.12, 2.13, 2.14,
105
Работы эти убедительно показали, что образующая-
ся при гидратации C3S гидроокись кальция формируется
в цементном камне в виде сравнительно крупных кри-
сталлов. Кристаллы Са(ОН)2 в поперечном сечении име-
ют вид гексагональных пластин. Накладываясь друг на
друга они образуют скопления (как показано на
рис. 2.12,а, продольное сечение). Гелеобразная (скрыто-
кристаллическая) масса между кристаллами Са(ОН)2
составлена, в основном, гидросиликатами кальция. Гид-
росиликаты кальция на неплотных участках цементного
камня (даже в образцах нормального твердения) обра-
зуют волокнистые кристаллы. На рис. 2.12, б. видно, что
кристаллы гидросиликата кальция заполняют поры це-
ментного камня.
При гидратации С3А образуется ряд гидроалюмина-
тов кальция, состав которых зависит от технологических
факторов. Этот минерал гидратируется без выделения
свободной Са(ОН)2, а возникающие гидраты образуют
четкие кристаллы.
Для портландцементного камня (где жидкая фаза
пересыщена ионами кальция) типичным гидроалюмина-
том кальция является C4AHi3 (рис. 2.13,а). При тепло-
вой обработке цементного камня гексагональный C4AHJ3
переходит в кубический С3АНб (рис. 2.13,6). При этом
вместо тонких гексагональных пластинок кристаллизу-
ются октаэдрические зерна.
В присутствии гипса, который является обязатель-
ным компонентом заводского цемента, возникает гидро-
сульфоалюминат кальция трехсульфатной формы
ЗСаО-Al2O3-3CaSiO2-31H2O. На неплотных участках
цементного камня и в порах сульфоалюминат образует
четкие игольчатые кристаллы (рис. 2.14,а).
Четырехкальциевый алюмоферрит C4AF, в отличие от
С3А, гидратируется с выделением свободной Са(ОН)2,
а в гидраты включается некоторое количество Fe2O3. При
тепловой обработке гексагональный гидрат переходит в
кубический (то же, с включением Fe2O3). При длитель-
ной автоклавной обработке возможно разложение гид-
рата с выделением свободных Са(ОН)2 и Fe2O3.
На рис. 2.14,6 показана электронная микрофотогра-
фия (ХЮООО) цементного камня, где отчетливо видны
гидросиликатная масса, игольчатые кристаллы сульфо-
алюмината кальция и крупные пластинки гидрата оки-
си кальция (слева).
100
Рис. 2.13. Продукты гидра гании С3А
а — в нормальных условиях; б — при тепловой обработке (платино-угольные
реплики ХЮ ООО)
2.14. Кристаллы гидросульфоалюмпната кальция (эттрингита)
а — в поре; б — в массе цементного камня (платино-угольные реплики
ХЮ ООО)
В процессе твердения цементного камня происходят
как спонтанно, так и под воздействием различных физи-
ко-химических и технологических факторов существен-
ные структурные изменения. Знание особенностей фор-
мирования структуры цементного камня позволяет
объяснить многие явления, происходящие при формиро-
вании структуры бетона.
В связи с этим представляет интерес явление усадки
цементного камня, которая во многом определяет усад-
ку бетона и неизбежные структурные изменения в нем.
Наши исследования изменений, происходящих в струк-
туре на ранней стадии твердения при различных мето-
дах термовлажностной обработки, обратили внимание па
значение пластической усадки.
Как правило, исследователи изучают усадку бетона
по стандартному методу, минуя начальную стадию про-
хождения ее, т. е. пластическую усадку. Надо заметить,
что как у нас в Союзе, так и за рубежом различные ав-
торы по-разному определяют и объясняют усадку. Неко-
торые ученые рассматривают бетой как однородное,
изотропное тело. В действительности бетон обладает
неоднородной структурой, текстура его разнообразна.
Обращаясь к микроструктуре, усадку цементного камня
необходимо рассматривать в связи с объемными измене-
ниями в цементном геле. Усадка геля (межслоевая) из-
о
меряется в нескольких ангстремах (менее 50А). Капил-
лярная усадка определяется при 35% относительной
влажности воздуха в течение 7 сут или по потере влаги
при температуре 105° С. Эта усадка измеряется такими
о
^величинами, как 50—1000 А. Влажностная усадка опре-
деляется удалением свободной воды из нор.
Межслоевая усадка селя наглядно может быть объяс-
нена приведенной на рис. 2.11 моделью ячейки гидроси-
.ликата кальция Р. Ф. Середы и П. Г Фельдмана. Плот-
ность и структура пор зависят во многом от технологи-
ческих факторов.
Нами принята следующая классификация пор в це-
ментном кампе и бетоне:
ультрамикропоры (поры геля) радиусом до 0,01 мк;
микропоры (контракцпонпыс и микрокапиллярпые)
^радиусом 0,01—0,1 мк;
макропоры (переходные и более крупные капилляры)
радиусом от 0,1 до 1 мк;
109
крупные поры радиусом >1 мк (>10 000 А);
крупные поры и полости, образующиеся в бетоне
под зернами крупного заполнителя седиментационного
характера за счет воздухововлечения и за счет разной
степени уплотнения бетона при укладке.
В бетоне крупные поры могут измеряться также в
миллиметрах. По данным А. Е. Шейкина капилляры
до 0,1 мк приводят со временем к большой усадке у це-
ментного камня и бетона. Влага в них удерживается ка-
пиллярными силами. При пластической усадке свобод-
ная вода удаляется, когда еще в бетоне капиллярных сил
не проявляется.
Эта усадка является характерной при укладке бе-
тона или раствора в сухой среде при высоких тем-
пературах. В главах 4—6 вопросы структурных изме-
нений, в том числе усадки и температурных деформации,
рассматриваются в связи с температурными и влажност-
ными условиями твердения бетона.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕССЫ
ГИДРАТАЦИИ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ
ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
Поиски новых способов применения электрической
энергии привели к разработке индукционного метода
электронагрева или внешнего обогрева (лучистой и кон-
векционной передачей тепла). В связи с этим возникла
необходимость исследовать воздействие электрического
тока и электромагнитного поля на процессы гидратации
и структурообразование цементного камня и бетона не-
зависимо от теплового фактора.
На ранних стадиях твердения цементное тесто или бе-
тонную смесь можно рассматривать как коллоидную
систему с дисперсной твердой и жидкой фазой в виде
насыщенного относительно исходного вяжущего водного
раствора. В цементном тесте или бетонной смеси, по
аналогии с любым коллоидом, на границе двух фаз
(твердой и жидкой) имеется двойной электрический
слой, что обусловливает заряд частиц.
Переменное электромагнитное поле имеет, в основ-
ном, резонансный характер воздействия. Это значит,
что в водных суспензиях клинкерных минералов или в
цементном тесте заряженные частицы будут совершать
ПО
колебательные движения. Степень колебательных дви-
жений в первую очередь зависит от величины напряжен-
ности электромагнитного поля, частоты тока и размеров
заряженных частиц. Кроме того, в растворе действуют
кулоновские силы притяжения разноименных зарядов,
что снижает силу действия электромагнитного поля.
В некоторых работах, выполненных в нашей стране
и за рубежом, указывается, что в водных коллоидных си-
стемах под действием переменного электрического тока
наблюдается колебание частиц твердой фазы и ориента-
ция их относительно силовых линий поля.
В НИИЖБ были проведены исследования по влия-
нию кратковременного воздействия переменного элект-
ромагнитного поля на состав и характер кристаллиза-
ции новообразований при гидратации гипса, отдельных
клинкерных минералов и цементов в период от начала
затворения до их схватывания. В качестве исходных ма-
териалов были взяты полуводный гипс, алит, алюмофер-
рит, высокоалюминатный клинкер и портландцемент
Воскресенского завода. Для проведения экспериментов
были изготовлены специальные установки, которые соз-
давали магнитное поле в пространстве, где размещал-
ся микроскоп с объектом. Разработка и приготовление
этих установок были выполнены на кафедре электро-
техники и электрооборудования ВЗИСИ при участии
А. А. Алтухова. В лаборатории физико-химии было про-
ведено исследование с применением петрографического
и рентгенографического анализов, а также электронной
микроскопии.
Первая установка по созданию электромагнитного по-
ля представляла собой четыре катушки, положенные
друг на друга и параллельно соединенные между собой.
Катушки включались в сеть переменного тока промыш-
ленной частоты через регулятор напряжения. Вначале
опыты проводились при небольшой напряженности элек-
тромагнитного поля («20 эрстед). Напряженность по-
ля в период эксперимента была постоянной; определя-
лась она при помощи измерительной катушки и вольт-
метра.
Поляризационный микроскоп МИН-4 с фотонасад-
кой помещался в пространство, заключенное внутри ка-
тушек. Второй такой же микроскоп находился за преде-
лами поля в том же помещении. Наблюдение под микро-
скопами велось на специально приготовленных микропре-
111
паратах. Для этого каплю цементно-водной суспензии на-
носили на предметное стекло, распределяли тонким сло-
ем, покрывали стеклом и герметизировали замазкой. Гер-
метизация препарата необходима для того, чтобы избе-
жать испарения воды и карбонизации продуктов гидра-
тации цемента. Во время проведения опыта препараты
фотографировали через 5, 10, 15, 20, 30, 60 п 120 мин.
В процессе наблюдений нужно было установить раз-
личия в скорости возникновения, размерах, количестве п
ориентации кристаллов новообразований при гидрата-
ции минералов и цемента в нормальных условиях и в эле-
ктромагнитном поле. Наиболее удобны для этих целей
препараты из суспензии полуводного гипса 1 10 (гипс
вода по массе). Полуводный гипс CaSO4-0,5H2O ха-
рактеризуется хорошей и быстрой растворимостью в во-
де. При достижении пресыщения из раствора начинают
выкристаллизовываться удлиненно-призматические кри-
сталлы двуводного гипса.
Опыты, проведенные с помощью первой установки,
не показали различия в характере гидратации полувод-
ного гипса, поэтому возникла необходимость увеличения
напряженности магнитного поля. Для этого была созда-
на новая установка, отличающаяся от первой тем, что
в ее катушках было увеличено количество витков,
а напряженность электромагнитного поля достигала
75-Ю3 А/м. Но, учитывая рассеивание магнитного поля
и возможность перегрева системы, реально используе-
мая напряженность магнитного поля составляла не бо-
лее 62,5-103 А/м.
В качестве основного объекта при работе на этой
установке также использовались суспензии полуводного
гипса. В результате анализа многократно повторенных
опытов не удалось выявить эффекта воздействия поля.
Не получив ясно выраженного эффекта электромаг-
нитного поля при использовании двух первых установок,
мы значительно увеличили напряженность электромаг-
нитного поля и сконцентрировали его в месте нахожде-
ния объекта. Для этой цели была создана отличная от
первых двух установка, которая представляет собой
трансформатор с воздушным зазором в сердечнике
(рис. 2.15). Две обмотки трансформатора соединялись
между собой параллельно и включались в сеть пере-
менного тока. Регулируя напряжение в воздушном за-
зоре сердечника, можно получить переменное магнит-
112
ное поле с напряженностью до 160-103 А/м. Уменьшая
площадь концов сердечника, увеличивали напряжен-
ность электромагнитного поля до 1000-103 А/м. Во вре-
мя проведения опыта микропрепарат вносили в зазор
сердечника, а затем его изучали и фотографировали
Рис. 2.15. Общий 1зид электромагнитной установки
с помощью микроскопа. Другой препарат — контроль-
ный образец выдерживали без воздействия поля.
При проведении опытов на третьей установке, кроме
суспензии полуводного гипса, использовались водные су-
спензии из алюмоферрита, алита, высокоалюминатного
клинкера и портландцемента Воскресенского завода.
Так же как при работе на первых двух установках,
в суспензиях с полуводным гипсом, подвергавшихся
воздействию электромагнитного поля и находящихся
вне его, образуются цилиндрические кристаллы двувод-
ного гипса. Каких-либо изменений в скорости зарожде-
ния кристаллов, направленности, их количестве и раз-
мерах не наблюдается (рис. 2.16). В густых пастах
3—23
113
Рис. 2.16. Продукты гидратации гипса в течение 30 мин
а — в электромагнитном поле напряжением 50 103 а/м; б—без поля (микро-
препараты ХЗОО)
(в тесте) ожидать эффекта воздействия магнитного поля
еще менее вероятно.
При использовании железосодержащего минерала
алюмоферрита можно было ожидать эффекта при воз-
действии электромагнитного поля. Но при сравнении
препаратов, находящихся в нормальных условиях и под
воздействием электромагнитного поля, наблюдали обра-
зование игольчатых кристаллов гидроалюмината каль-
ция, приуроченных к негидратированным зернам C4AF
в виде неясно выраженных сферолитов. Какой-либо на-
правленности в распределении железосодержащей со-
ставляющей алюмоферрита при воздействии электромаг-
нитного поля не отмечается.
В таких же водных суспензиях с алитом (1:20 по
массе) рост кристаллов протекает более медленно. В про-
цессе гидратации C3S вокруг негидратированных зерен
образуются оболочки гелеобразного гидросиликата каль-
ция и гексагональные кристаллы Са(ОН)2. Образова-
ние кристаллов Са(ОН)2 начинается спустя 5—6 ч пос-
ле затворения, поэтому проводились две серии опытов.
Одни препараты подвергались воздействию электро-
магнитного поля сразу после затворения, другие —
через 6 ч. При сравнении их с препаратами, находя-
щимися вне магнитного поля, также каких-либо от-
личий не наблюдалось. В тех и других препаратах
через 1 сут среди продуктов гидратации отмечается на-
личие крупных гексагональных пластинок гидрата окиси
кальция.
Следующим этапом исследования явилось изучение
влияния электромагнитного поля на процесс гидратации
клинкерного и заводского цементов. Были взяты высоко-
алюминатный клинкер (C3S = 63,65; p-C2S = 15,85%;
С3А= 14,44%; C4AF = 4,83%) и заводской портландце-
мент (C3S = 56,82%; p-C2S= 18,02%; С3А=8,71%; C4AF =
= 14,82%). При использовании высокоалюминатного
клинкера добавлялось 10% строительного гипса. Из
этой смеси изготовляли цементно-водные суспензии и
микропрепараты. Было проделано большое количество
опытов для того, чтобы выбрать наиболее оптимальную
концентрацию суспензий и время воздействия электро-
магнитного поля.
Установлено, что в работе наиболее удобна суспен-
зия состава цемент : вода = 1 : 20 (по массе). В более кон-
центрированных суспензиях кристаллы новообразований
8*	115
имеют слишком малые размеры. В более разбав-
ленных суспензиях количество кристаллов новообразо-
ваний мало и появляются они значительно позже.
При затворении смеси высокоалюминатного клинке-
ра с 10% гипса водой через 5—8 мин появляются сферо-
литовые образования гидросульфоалюмината кальция
ЗСаО-A12O3-3CaSO4-31H2O. Воздействие поля начинали
через 5 мин после затворения и продолжали в течение
3 ч. Если сравнить суспензии из высокоалюминатного
клинкера с 10%-ной добавкой гипса, находящиеся в ус-
ловиях без воздействия и подвергнутые воздействию
электромагнитного поля, то и в том и в другом случае
вокруг зерен образуются ясно выраженные сферолиты
игольчатых кристаллов гидросульфоалюмината кальция
(рис. 2.17). Видимая разница в количестве эттрингита
связана с размером зерен гипса и концентрацией су-
спензии.
При воздействии электромагнитного поля на суспен-
зию портландцемента Воскресенского завода каких-либо
отличий в процессе гидратации и формирования кри-
сталлов новообразований по сравнению с препаратом
нормального твердения также не наблюдалось.
Для более детального исследования влияния элек-
тромагнитного поля на состав и структуру высокодис-
персных новообразований были использованы электрон-
ная микроскопия и рентгенографический анализ.
В электронном микроскопе методом одноступенчатых
платиноугольных реплик изучалась структура скола
с гидратированных образцов C3S и C4AF и воскресенско-
го цемента (В/Д = 0,5) в возрасте 1 сут. Сравнивали
образцы нормального твердения с образцами, подвер-
гавшимися воздействию переменного электромагнитного
поля частотой 50 Гц и напряженностью 750-103 А/м
в течение 4 ч с момента затворения.
В обоих случаях отмечена полная аналогия продук-
тов гидратации и структуры образцов. В гидратирован-
ных образцах из C3S на поверхности скола видны участ-
ки зерен C3S, покрытые мелкими игольчатыми кри-
сталлами гидросиликата кальция состава C2SH2.
В гидратированных образцах из C4AF наблюдаются гек-
сагональные кристаллы гидроалюмината кальция. В об-
разцах из воскресенского портландцемента поверхность
скола представлена мелкими кристаллами гидросилика-
тов кальция C2SH2 игольчатой формы с участками
Рис. 2.17. Продукты гидратации высокоалюмипатного клинкера
с 10% гипса в течение 3 ч после затворения
а — под воздействием электромагнитного поля напряжением 100-103 Л/м;
о — без поля (микропрепараты X 300)
с аморфным строением, аналогичными по своей форме
продуктами гидратации C3S.
Кроме электронной микроскопии для определения со-
става высокодисперсных кристаллических новообразо-
ваний был использован рентгенографический анализ.
Для этой цели были исследованы порошковые пробы из
гидратированных клинкерных минералов и воскресенско-
го цемента с В/Ц=0,5 в возрасте 1 сут. Одни из этих
образцов твердели в нормальных условиях, а другие под-
вергались воздействию переменного электромагнитного
поля напряженностью 750-103 А/м в течение 4-чс момен-
та затворения.
Использование таких точных методов, как электрон-
ная микроскопия и рентгенографический анализ, показа-
ло, что каких-либо изменений в составе тонкодиспер-
сных новообразований не наблюдается. Если бы резо-
нансный характер переменного электромагнитного поля
оказал свое влияние на скорость растворения клинкер-
ных минералов за счет колебательных движений заря-
женных частиц, то можно было бы ожидать различия
в соотношениях CaO SiO2, СаО: А12О3 и степени пере-
сыщения в растворах, находящихся в нормальных усло-
виях и подвергавшихся воздействию электромагнитного
поля. Это в свою очередь привело бы к образованию
гидросиликатов и гидроалюминатов кальция различной
основности, но, по данным электронной микроскопии и
рентгенографического анализа, таких различий не на-
блюдается.
Таким образом, проведенная работа показала, что
хотя теоретически переменное электромагнитное поле и
может привести к колебательным движениям заряжен-
ных частиц в цементном тесте и бетонной смеси, но прак-
тически при воздействии электромагнитного поля напря-
женностью от 20 до 4000 эрстед в процессе гидратации
клинкерных минералов и цемента не было обнаружено
изменений в фазовом составе, скорости зарождения кри-
сталлов новообразований, их размерах, форме и ориен-
тации. Значительно большее влияние на изменение
в формировании кристаллической структуры цементного
камня оказывает неравномерность в распределении клин-
керных минералов в цементном тесте и суспензии и пе-
репады температуры при электротермообработке.
Следовательно, как отмечалось ранее применительно
к электродному методу прогрева, нагрев бетона в этом
118
случае происходит за счет тепла, а действие электро-
магнитного поля при используемых параметрах не ока-
зывает влияния. Заметим, что на основании многократно
проводившихся исследований физико-механических
свойств бетонов, подвергавшихся различным методам
тепловой обработки, после электропрогрева в строи-
тельных нормах модуль упругости принято уменьшать
на 15%. Это вызвано неравномерностью распределения
электрических, тепловых и влажностных полей в конст-
рукциях.
К 28-суточному возрасту во многих случаях наблю-
дается недобор прочностных показателей бетона, про-
гретого электротоком по сравнению с нормально твер-
девшим. Поэтому при всех методах электротермообра-
ботки, в том числе и в электромагнитном поле, требуется
создание благоприятных одинаковых тепловлажностных
условий. Подтверждением этому могут служить наблю-
дения за состоянием железобетонных плоских плит, под-
вергавшихся тепловой обработке в электромагнитной
камере на домостроительном комбинате в Минске. По
цвету и влажности плиты, находящиеся сверху и снизу
пакета, после прохождения цикла обработки отличались
от тех, которые располагались в середине. Объясняется
это экранизацией тока при нагреве плит, располагаемых
внутри пакета.
ГЛАВА 3
СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ
ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА
Цемент как строительный материал обычно исполь-
зуется как важнейший компонент бетонов и растворов
различных видов, а также асбестоцементных изделий.
Исключением являются цементация, тампонирование
скважин и некоторые другие специальные работы, когда
он применяется самостоятельно.
В мировых стандартах на цемент наряду с прочност-
ными и другими характеристиками обязательно предъяв-
ляются требования по срокам схватывания цементного
теста.
Строителей интересуют не только прочностные свой-
ства цемента, но и такие характеристики, как нормаль-
119
ная густота и сроки схватывания, пластические свойства
теста и пластическая прочность, тепловыделение, элек-
тропроводность и некоторые другие, связанные с много-
образными условиями его использования.
Реологические свойства растворных и бетонных сме-
сей во многом зависят от пластических свойств цемент-
ного теста и кинетики структурообразования цементного
камня в процессе твердения. Приложение механических
воздействий при формовании изделий и конструкций, а
также тепловое воздействие на бетон с целью ускорения
его твердения находятся в прямой связи со структурооб->
разующими свойствами цементного теста. Поэтому ме-
ханическое и тепловое воздействие в период формирова-
ния прочной структуры приводит к необратимым измене-
ниям, отражается на физико-механических свойствах
цемента (бетона) Замерзание цементного теста (бетона)
в раннем возрасте также вызывает необратимые процес-
сы в формировании структуры, а следовательно, и стро-
ительно-технических свойств.
Согласно требованиям ГОСТ 310—60 на цементы, при
испытании последних в тесте нормальной густоты, при
температуре 20° С, начало схватывания должно насту-
пать не ранее 45 мин, а конец схватывания не позднее
12 ч после начала затворения.
Требования стандарта в отношении сроков схватыва-
ния цементов представляют собой как бы некоторый
браковочный минимум качества заводской продукции.
Однако к этим требованиям нельзя подходить механиче-
ски и непосредственно по ним судить о сроках схватыва-
ния бетонов и растворов. В зависимости от температуры,
водоцементного отношения и подвижности смеси, а так-
же от вводимых добавок сроки схватывания могут значи-
тельно изменяться. Многообразная практика применения
бетонов и растворов в строительстве предъявляет различ-
ные требования к срокам схватывания и твердения це-
ментов. Например, на заводах железобетонных изделий
быстрейшее снятие форм обеспечивается или применени-
ем жестких бетонных смесей или ускорением сроков схва-
тывания и твердения цементов.
При производстве работ в зимних и осенне-весенних
условиях понижение температуры приводит к замедле-
нию сроков схватывания, что особенно сказывается на
смешанных цементах. Поэтому в таких случаях прихо-
дится прибегать к различным способам ускорения сро-
120
ков схватывания и твердения цементов. Наоборот, прй
производстве работ в условиях высоких температур и
при доставке бетонной и растворной смеси на дальнее
расстояние часто возникает вопрос о принятии мер по
замедлению сроков схватывания цементов. Быстрота
схватывания портландцементов связана главным обра-
зом с содержанием трехкальциевого алюмината. Чтобы
не допустить окончания схватывания через 5—10 мин
после затворения цементов, к ним добавляют гипс
При использовании различного вида заводских це-
ментов на строительстве необходимо уметь управлять
сроками их схватывания и твердения в зависимости от
надобности. Для этого необходимо знать природу явле-
ний, обусловливающих схватывание цементов, и выявить
факторы, приводящие к ускорению или замедлению сро-
ков схватывания.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТА
Схватывание и твердение цемента представляют собой
сложные физико-химические процессы. При схватыва-
нии цементное тесто постепенно теряет пластичность и
загустевает, приобретая незначительную прочность. Раз-
вивающийся затем процесс твердения, т. е. превращение
цементного теста в цементный камень, в благоприятных
тепловлажностных условиях продолжается в течение
многих лет. Образующиеся при этом структура и проч-
ность в силу сцепления между отдельными частицами
новообразований, а также этих новообразований с по-
верхностями зерен заполнителей создают монолитное
твердое тело.
При соприкосновении цемента с водой вначале про-
исходит реакция между минералами клинкера и водой на
поверхности частиц. Процесс взаимодействия воды с
клинкерными минералами можно представить следую-
щим образом.
Все клинкерные минералы, какой бы малой раство-
римостью они ни обладали, тотчас же начинают раство-
ряться в воде. В водном растворе происходит гидролиз
(разложение) минералов и гидратация их (присоедине-
ние воды). Образующиеся гидратные соединения созда-
ют пересыщенные растворы, из которых эти соединения
выделяются в тонкодисперсном, коллоидном состоянии.
Именно этим обстоятельством объясняется пластичность
121
цементного теста, имеющего щелочную реакцию вследст-
вие появления гидролитически образующейся свободной
извести.
Появление свободной извести в цементном тесте обус-
ловливается гидролизом основного соединения — C3S,
представляющего собой неустойчивую в водной среде си-
стему. При гидролизе C3S образуется также коллоидный
двухкальциевый гидросиликат. Это соединение вследст-
вие чрезвычайно малой растворимости в воде и повы-
шенной устойчивости подвергается гидролизу в очень ма-
лой степени, и свободной гидроокиси кальция почти
совсем не образует. С3А в водном растворе гидролизует-
ся с обратным присоединением первоначально выделив-
шейся Са (ОН)2 и последующей гидратацией. C4AF в
результате растворения, гидролиза и гидратации дает
трехкальциевый гидроалюминат и гидроферрит кальция.
Взаимодействие цементных составляющих с водой
начинается с поверхности зерен и протекает довольно
медленно. Продукты гидролиза и гидратации, первона-
чально возникающие в коллоидной форме, образуют во-
круг цементных зерен пластичный слой геля, требующего
для своего образования большого количества воды.
Цементное тесто в первое время после затворения об-
ладает значительной подвижностью из-за наличия боль-
шого количества свободной воды.
Процесс коллоидации цементных составляющих сопро-
вождается постепенным повышением вязкости цементно-
го теста. Набухшие оболочки цементных зерен медленно
пропускают воду, и потому доступ последней к более
глубоким внутренним слоям частиц затруднителен. При
значительном поглощении гелем воды коллоидная обо-
лочка может отделиться от основной массы цементных
зерен, вследствие чего вода получает доступ к негидра-
тированным слоям клинкерных минералов, и процесс
гидратации углубляется. Кроме того, непрерывно, хотя
и замедленно, происходит отсос воды из оболочки геля
внутрь цементных зерен. Все эти процессы обусловлива-
ют непрерывно продолжающееся уменьшение количества
свободной воды, что способствует повышению вязкости
цементного теста и приводит к схватыванию, характери-
зующемуся с внешней стороны постепенно увеличиваю-
щимся загустеванием цементного теста и ухудшением
его удобоукладываемости. Постепенно увеличивающаяся
вязкость цементного теста условно характеризуется на-
122
чалом и концом схватывания, а также повышением тем-
пературы, электропроводности и т. п.
Часть продуктов гидролиза и гидратации клинкерных
минералов в течение продолжительного промежутка вре-
мени остается в коллоидном состоянии. К таким новооб-
разованиям в цементном тесте относится гидросиликат
кальция.
Такие новообразования, как Са (ОН)2 и ЗСаО-
•АЬОз-пНгО, постепенно из коллоидного состояния
переходят в кристаллическое. Кристаллические соедине-
ния, возникающие в цементном тесте в виде субмикро-
кристаллических образований, срастаются друг с другом
и дают сильно развитую сетку кристаллических сростков,
обусловливающих приобретение механической прочности
твердеющим цементным камнем. Можно считать, таким
образом, что первой главнейшей причиной, вызывающей
нарастание прочности у затворенного водой цемента,
является переход коагуляционных соединений в кристал-
лические и образование механически прочного скелета из
кристаллических сростков.
Второй важнейшей причиной, обусловливающей твер-
дение цементного теста, является процесс уплотнения
остающихся в коллоидном состоянии гидратных новообра-
зований (главным образом гелей гидросиликата каль-
ция). Этот процесс уплотнения коллоидного геля
происходит за счет отсасывания воды внутренними пс-
гидратированными слоями частиц, а также вследствие
неизбежного процесса агрегирования коллоидов, стремя-
щихся к самоуплотнению.
Уплотняющиеся коллоидные гели, пронизываемые во
всех направлениях кристаллическими сростками, более
прочно сцепляются с поверхностью кристаллов и вслед-
ствие этого также способствуют повышению прочности
цементного камня. Это обжатие кристаллических срост-
ков самоуплотняющимся коллоидным гелем можно рас-
сматривать как третью причину, обусловливающую при-
обретение прочности твердеющим цементным камнем.
Второстепенное значение имеет поверхностная карбо-
низация, протекающая за счет углекислоты воздуха и
приводящая к образованию более плотного слоя из кар-
боната кальция, препятствующего проникновению газов
и жидкостей внутрь цементного камня.
Процесс схватывания и твердения, т. е. нарастание
прочности цементного камня, представляет собой слож-
123
нос явление, находящееся в зависимости от многих при-
чин и обстоятельств. На процесс твердения цемента ока-
зывают влияние: минералогический состав вяжущего,
степень дисперсности его частиц, добавки некоторых ве-
ществ, температурные и влажностные условия. Все эти
факторы должны всегда учитываться при зимнем бетони-
ровании, для которого всякий раз должны подбираться
такие оптимальные условия, которые создавали бы наи-
более благоприятную обстановку для набора прочности
цементным камнем и по возможности в кратчайший про-
межуток времени. При этом всегда надо принимать во
внимание влияние температурного фактора на скорость
протекающих процессов в твердеющем цементном камне,
а следовательно, и в бетоне.
Природа процессов, происходящих при схватывании
портландцемента, вскрывается при определении сроков
схватывания отдельных минералов клинкера. Размоло-
тые и затворенные водой трех- и двухкальциевый силика-
ты, а иногда и четырехкальциевый алюмоферрит, схва-
тываются в течение примерно таких же сроков, как это
наблюдается у обычных заводских портландцементов.
Совершенно иная картина наблюдается при схваты-
вании трехкальциевого алюмината. Схватывание по-
следнего в тесте пластичной консистенции заканчивается
не более чем через 10 мин от начала затворения.
В некоторых случаях и четырехкальциевый алюмо-
феррит (4 CaO-Al2O2-Fe2O3) схватывается с той же ско-
ростью, как и трехкальциевый алюминат. Это можно
объяснить достаточно интенсивной его гидратацией и вы-
делением при этом гидрата трехкальциевого алюмината.
Следовательно, решающую роль в схватывании портланд-
цемента играют алюминаты кальция.
Как известно из испытаний портландцемента без до-
бавки гипса, сроки схватывания его наступают примерно
с такой же скоростью, как и трехкальциевого алюмината,
т. с. через 3—5 мин после затворения. На схватывание
цемента не оказывает существенного влияния также и
разбавление портландцементного клинкера домен-
ным шлаком, трепелом и другими добавками. Так, на-
пример, шлакопортландцемент и пуццолановый порт-
ландцемент при помоле их без добавки гипса являются
точно такими же быстросхватывающимися, как и чистый
портландцемент. При выпуске в годы Отечественной вой-
ны на Урале безгипсовых цементов автору специально
124
пришлось заниматься разработкой мероприятий по за-
медлению сроков схватывания таких цементов.
С целью замедления сроков схватывания портландце-
мента (и его производных цементов) на заводах во вре-
мя помола к ним добавляют 3—5% гипса. При этом
больший процент гипса добавляется к цементам с высо-
ким содержанием С3А. Гипс, растворяясь в воде в
количествах около 0,2%, вступает в соединение с выделя-
ющимся трехкальциевым алюминатом. По мере гидрата-
ции цемента алюминат кальция, соединяясь с гипсом, вы-
падает из раствора в виде нерастворимой двойной соли—
сульфоалюмината кальция. Это происходит до тех пор,
пока запас гипса способен с достаточной быстротой воз-
мещать гипс, удаляемый из раствора. Добавку гипса на-
до рассматривать не только с точки зрения регулирова-
ния сроков схватывания цемента, но и как неотъемлемый
компонент, вовлекаемый в твердение.
Повышенные тонкость помола и активность совре-
менных цементов, а также применение пропаривания
конструкций вызывают необходимость повышения коли-
чества добавляемого на заводах гипса (до 5—8%).
Образующийся по реакции
3CaSO4 + ЗСаО*А12О3 4-рода = ЗСаО-Al2O3-3CaSO4-31H2O
гидросульфоалюминат кальция в первые часы, т. е. в мо-
мент структурообразования, ускоряя процессы твердения,
уплотняет цементный камень. Благодаря этому ускоряет-
ся твердение и повышается прочность бетона.
Схватывание глиноземистого цемента обусловливает-
ся тем, что при взаимодействии однокальцисвого алюми-
ната с водой в результате гидролиза выделяется свобод-
ная гидроокись алюминия и образуется гидроалюминат
по следующей реакции:
2(СаО-Al2O3)-|-10H2O=2Al(OII)3-|-2CaO*Al2O3’7H2O.
Образующиеся гидрат окиси алюминия и двухкаль-
циевый гидроалюминат первоначально возникают в кол-
лоидной форме в виде геля, постепенно повышающего
свою вязкость вследствие поглощения все больших коли-
честв воды, введенной в цементную смесь при ее затворе-
нии. Переходящий затем в кристаллическое состояние и
образующий кристаллические сростки двухкальциевый
гидроалюминат способствует быстрому набиранию проч-
ности твердеющим глиноземистым цементом. Следова-
125
тельно, в глиноземистом цементе схватывание связано с
образованием геля, а твердение — с появлением большо-
го количества кристаллов двухкальциевого гидроалюми-
ната, образующего прочный скелет кристаллических
сростков. Кристаллов гидроокиси кальция в схватываю-
щемся глиноземистом цементе не наблюдается. Тверде-
ние глиноземистого цемента происходит, таким образом,
в результате уплотнения гелей глинозема и интенсивно-
го образования кристаллов гидроалюмината кальция.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СРОКИ
СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТА
Для испытаний были взяты наиболее характерные
для строительства цементы. Опыты производились с тес-
том нормальной густоты, но при различных температу-
рах, которые представляют практический интерес. Тем-
пература цементного теста доводилась до заданной тем-
пературы воздуха, за исключением случаев при 50 и
70° С, когда она получалась несколько ниже заданной
условиями опыта. Установленные сроки схватывания це-
ментов при различных температурах приведены в
табл. 3.1. Как видно из этой таблицы, с понижением тем-
пературы воздуха (и цементного теста) сроки начала и
конца схватывания отодвигаются, а также удлиняется
весь период схватывания цементов. При температуре,
близкой к 0° С, начало схватывания цементов замедля-
ется в 2—4 раза и более против начала схватывания при
температуре 15° С.
С повышением температуры до 70° С сроки схватыва-
ния цементов ускоряются в 3—6 раз против сроков при
температуре 15° С. При высоких температурах период
от начала до конца схватывания резко сокращается. Из-
менение температуры влечет за собой ускорение или за-
медление химической реакции взаимодействия цемента с
водой. С повышением температуры гидролиз (распад)
основных минералов цементного клинкера происходит
быстрее. Образование геля гидросиликата кальция и вы-
падение кристаллов гидроалюмината кальция и гидрата
окиси кальция с повышением температуры происходит
интенсивнее. Следствием этого является ускорение сро-
ков схватывания цемента и повышение вязкости теста.
С понижением температуры все эти процессы протека-
ют медленнее. Растворимость же окиси кальция, наоба-
126
Таблица 3.1
ИЗМЕНЕНИЕ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Температура, °C	Портландцемент марки 300		Портландцемент марки 400		Пуццолановый порт- ландцемент марки 300		Шлакопортланд- цемент марки 250		Глиноземистый цемент марки 500	
	Сроки схватывания, ч—мин									
	начало	конец	начало	конец	| начало	| конец	| начало	| конец	| начало	| конец
70	0—40	0-55			0—40	0—55	1—05	1—45	—	—
50	1—00	2—00	1—30	3—00	0—45	2—10	1—45	2-45	0-30	3—10
30	1—45	2—45	1—50	4—20	1—45	4—30	2—15	5—40	1—10	4—40
15	1—05	1—45	1—45	2—45	2—15	5—40	3—55	10—45	3—30	9—30
5	4—45	14—40	9—10	18—40	6—50	16—20	5—20	23-15	4-15	24—00
0	8—00	25-35	—	—	9—50	25—25	7—35	37—25	—	—
рот, повышается вместе с понижением температуры. Так,
например, процент растворения СаО при температуре
10° С в 1,5 раза выше, чем при 70° С.
При отрицательных температурах обычно схватыва-
ния цементного теста не происходит; уже при темпера-
туре — 1... —2° С образцы замерзают. При оттаивании об-
разцов схватывание цементного теста происходит весьма
интенсивно. Аналогичная картина наблюдается при изу-
чении твердения растворов и бетонов. После оттаивания
скорость нарастания прочности их увеличивается. При за-
мораживании цементного теста, кроме того что времен-
но прерывается процесс схватывания и твердения цемен-
та, нарушается структура образцов. На способность к
гидратации в последующем временное замораживание
цементного теста не оказывает влияния. Поэтому в слу-
чае необходимости при оттаивании свежезамороженных
образцов, если не вымерзла влага, вибрированием мож-
но восстановить монолитность и обеспечить нормальную
прочность цементного камня (см. гл. 6).
Путем изменения температуры твердеющего бетона
или раствора можно регулировать в необходимом направ-
лении сроки схватывания цемента и связанную с ними
интенсивность тепловыделения.
Чтобы не нарушать удобоукладываемости бетонной
или растворной смесей, схватывание цемента должно на-
ступать после окончания укладки их в конструкции. Это
представляет интерес при подогреве материалов и при
работе в районах с сухим жарким климатом, а также при
употреблении быстросхватывающихся цементов.
ВЛИЯНИЕ ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ НА СРОКИ
СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТА
Результаты испытаний цементного теста нормальной
густоты на схватывание не могут быть непосредственно
использованы применительно к бетонам и растворам. Для
достижения удобоукладываемости бетонной смеси водо-
цементное отношение обычно принимается в пределах
0,4—0,8. Таким образом, водоцементное отношение
теста нормальной густоты в 2—3 раза меньше, чем водоце-
ментное отношение в бетонах. Поэтому для приближе-
ния лабораторных испытаний к производственным усло-
виям три типичных цемента были испытаны не только в
тесте нормальной консистенции, но и при В/Д = 0,4 и 0,5.
128
При этом в тесте с повышенным В/Ц излишняя вода от-
делялась вверх, вследствие чего в кольцах происходила
заметная осадка теста.
Сроки схватывания цементов определялись при тем-
пературах 5, 15 и 30° С, а для шлакопортландцемента,
кроме того, при 0 и 50° С. Перед приготовлением цемент-
ного теста температура цемента и воды доводилась до
заданной по условиям проведения опыта. Приготовление
и укладка цементного теста в кольца производились при
нормальной температуре, а затем образцы переносились
в шкафы с соответствующими температурами. Результа-
ты испытаний приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВОДОЦЕМЕНТНЫХ
ОТНОШЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ
Темпера- тура, °C	В/Ц=0,27	|	В/Ц=0,\	|	В/Ц=0,5
	Сроки схватывания, ч — мин
	начало | конец | начало | конец | начало | конец
Портландцемент марки 300
30	2—20	3—40	4—20	5—40	4—00	5—40
15	4—00	5—25	8—10	10—00	9—00	10—15
5	4—45	10—20	12—20	21—00	17—10	25—10
Шлакопортландцемент марки 250
50	1—45	2—45	2—45	3—30	3—15	4—05
30	2—15	5—40	5—40	9—10	7—05	11—20
15	4—00	13—05	11—40	21—40	13—40	25—20
5	5—20	23—15	14—30	30—45	19—00	40—35
0	7—45	37—25	22—25	54—15	28—30	59—25
Глиноземистый цемент марки 500
30	1—45	4—25	4—00	7—50	7—10	8—10
15	2—20	9—45	14—00	15—00	15—00	1G—00
5	5—10	10—00	—	—	—	
Из этих данных видно, что с увеличением водоцемент-
ного отношения начало и конец схватывания отдаляются.
Начало схватывания теста при В/Ц=0,4 наступает в 2—
3 раза позднее, чем теста нормальной густоты. При высо-
9—23
129
ких температурах начало схватывания цементного тесТа
очень подвижной консистенции наступает в сроки, впол-
не приемлемые для практических целей. В этих слу-
чаях время между началом схватывания цемента и его
концом значительно меньше, чем при нормальной темпе-
ратуре.
Это можно объяснить тем, что первоначально части-
цы цемента разобщены в большом количестве воды, а
Рис. 3.1. Влияние температуры и В/Ц на сроки схватывания шлако-
портландцемента марки 250
а—цементное тесто нормальном густоты (В/Ц=0,27); б — цементн
при В/Ц=0,4; / — начало схватывания; 2 — конец схватывания
новообразования не достигают необходимой степени кон-
центрации. Затем, с одной стороны, идет отделение воды
вверх и оседание цементных частиц вниз (с неизбежным
уплотнением теста под собственной тяжестью), с другой
стороны, с повышением В/Ц интенсивно образуется гель
гидросиликата кальция, а также кристаллы гидроалюми-
натов кальция и гидроокиси кальция, которые хотя и
позднее, но все же быстро образуют структуру цементно-
го камня. Тесто начинает быстро терять пластичность,
происходит полное схватывание цемента. На рис. 3.1.
показано, в какой степени изменение температуры и во-
доцементного отношения сказывается на изменении сро-
ков схватывания цемента.
130
Из полученных результатов видно, что повышение во-
доцементного отношения, так же как и понижение темпе-
ратуры, является фактором, замедляющим образование
структуры геля с кристаллическими сростками, а тем са-
мым и фактором, замедляющим сроки схватывания це-
мента. Таким образом, повышение подвижности бетонной
смеси обеспечивает удлинение срока, в течение которого
она может быть уложена в конструкции.
Однако такой прием удлинения срока укладки бетон-
ной смеси приводит к понижению прочности бетона и
может быть использован только в случае крайней необ-
ходимости.
ДОБАВКИ—УСКОРИТЕЛИ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТА
Установлено, что наилучшей добавкой в качестве ус-
корителя сроков схватывания и твердения цементов яв-
ляется хлористый кальций.
Характеристика сроков схватывания четырех цемен-
тов, испытанных по стандартной методике, но при тем-
пературах 5, 15 и 30° С как без добавок, так и с добавкой
2% хлористого кальция (по массе цемента), приведена
в табл. 3.3.
Испытания показали, что наибольшее ускорение сро-
ков схватывания при добавке хлористого кальция проис-
ходит при употреблении глиноземистого цемента.
Портландцементы различного минералогического со-
става при одинаковой добавке хлористого кальция также
имеют неодинаковые сроки схватывания. Во всех случа-
ях наибольший эффект в ускорении сроков схватывания
достигается при пониженных положительных темпера-
турах.
Многочисленные опыты показали, что при добавке
1% СаСЬ схватывание портландцементов в нормальных
условиях происходит в среднем в 1,5 раза быстрее, а при
добавке 2% СаСЬ в 2,5 раза быстрее, чем без применения
добавок. При небольших добавках хлористого кальция
(1 —1,5%) пуццоланизированные портландцементы в
меньшей мере сокращают сроки схватывания, чем порт-
ландцементы.
Для ускорения сроков схватывания цементов могут применять-
ся серная и соляная кислоты, образующие в процессе твердения гипс
и хлористый кальций. Другие химические добавки — ускорители сро-
ков схватывания и твердения цементов — обычно приводят к потере
9*
131
Таблица 3.3
СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 5, 15 И 30’С
Й ДОБАВКЕ 2% ХЛОРИСТОГО КАЛЬЦИЯ
Цемент	Номи- нальная густота, %	Температура, °C					
		5		1	15	1		I	30	
		Сроки		схватывания, ч		—мин	
		начало	конец	начало	| конец	начало	конец
Портландце- мент	завода «Красный ок- тябрь» марки 400	27,75	9—10	18—40	3—30	7—25	1—55	4—25
То же, с до- бавкой	2% СаС12	27,75	4—15	8—50	3—00	4—40	1—00	2—25
Портландце- мент Краматор- ского завода марки 400	25	7—50	15—05	5—30	8—15	1—50	4—05
То же, с до- бавкой	2% СаС12	25	0—30	2—00	1—50	3-05	1—15	1—50
Глиноземи- стый цемент марки 500	26,25	4—15	24—00	3—30	9—30	1 — 10»	4—40
То же, с до- бавкой	2% СаС12	26,25	—		0—20	0—30	0—10	0-40
бетонами и растворами конечной прочности, а поэтому, как правило,
не рекомендуются к применению.
В отдельных случаях вместо химических добавок для ускорения
сроков схватывания может быть применено смешивание портланд-
цемента с глиноземистым цементом. Исходя из опыта работы на
строительстве Чусовского завода, можно рекомендовать в качестве
добавки к портландцементу 5% глиноземистого цемента. При добав-
ке глиноземистого цемента более 10% схватывание портландцемента
Происходит почти моментально, при этом необходима опытная про-
верка. Для тех же целей к глиноземистому цементу может добав-
ляться 5% портландцемента или свежей, не карбонизировавшейся
Извести. Эти добавки могут оказаться особенно уместными в осенне-
Ьесенних условиях и на полигонах железобетонных конструкций. На-
конец, надо отметить, что повышение тонкости помола без дополни-
тельной добавки гййса приводит Также к ускорению сроков схваты-
вания всех цементов.
132
ДОБАВКИ—ЗАМЕДЛИТЕЛИ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ
ЦЕМЕНТА
При выпуске заводами быстросхватывающихся цемен-
тов (например, без добавки пли при недостаточной до-
бавке гипса при помоле клинкера) возникает необходи-
мость в принятии мер для замедления сроков их схваты-
вания.
Имеющийся на строительстве гипс должен быть, как
правило, предварительно смешан с цементом.
При отсутствии на строительстве гипса последний мо-
жет быть заменен небольшой добавкой серной кислоты.
При этом Са (ОН)2 взаимодействует с серной кислотой
H2SO4 и образует сернокислый кальций по следующей
обменной реакции:
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O.
Следовательно, добавкгз серной кислоты приводит к
образованию двуводного гипса весьма высокой дисперс-
ности, что оказывает больший эффект, чем добавка гипса.
При нормальной температуре добавка 0,25% серной
кислоты по массе воды затворения отодвигала в наших
опытах начало схватывания безгипсового шлакопорт-
ландцемента с 4—7 мин до 1 ч 15 мин, а при понижении
окружающей температуры до 3° С—до 4 ч 10 мин.
В 1942—1943 гг. на строительстве металлургического
завода в Златоусте замедление сроков схватывания без-
гипсового цемента достигалось путем добавления в бе-
тон воды, содержащей отходы серной кислоты. В годы
Великой Отечественной войны при выпуске некоторыми
заводами цементов без добавки гипса как регулятора
сроков схватывания оказалось необходимым разработать
мероприятия по использованию этих цементов на строи-
тельстве. В зимний п осенне-весенний периоды эта зада-
ча была нами достаточно просто разрешена путем ис-
пользования пониженной температуры среды (5—10°) и
повышения в виде исключения подвижности бетонной
смеси (осадка конуса до 8—10 см). Эти мероприятия
дали возможность на строительстве завода в Чебаркуле
укладывать бетонную смесь с небольшим перерасходом
цемента за 30—45 мин при употреблении цемента «быст-
ряка» со сроком конца схватывания 4—7 мин.
Сроки схватывания цементов могут быть также за-
медлены путем добавки фосфорной кислоты в количест-
ва
ве не более 1,5% массы цемента. При введении фосфор-
ной кислоты бетонная смесь загустевает очень медленно,
что дает возможность отодвигать сроки укладки и уп-
лотнения бетона в конструкциях на 10—15 ч. В некото-
рых случаях, в особенности при длительных перерывах в
бетонировании, в этом возникает необходимость.
При добавке к бетонной смеси малых долей процента
пластификаторов и сахаристых веществ сроки схватыва-
ния и твердения также значительно замедляются.
В соответствии с требованиями строительства теперь
мы можем регулировать (направленно изменять) сроки
схватывания цементов созданием тех или иных темпера-
турных условий, а также введением различных добавок.
ПЛАСТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ И НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА
Наряду со сроками схватывания рассмотрим такие
характеристики, как пластическая прочность, тепловыде-
ление, изменение содержания щелочей, электропровод-
ность, явление контракции и их взаимосвязь при схваты-
вании цементного теста. В наших исследованиях было
установлено, что истинный конец схватывания цемента
недостаточно определяется с помощью прибора Вика.
По показателям тепловыделения, электросопротивле-
ния, контракции, изменения концентрации щелочей в жид-
кой фазе (по СаО) конец схватывания цемента насту-
пает несколько позднее, чем это фиксируется прибором
Вика. На рис. 3.2 представлена схематическая модель
взаимосвязи между насыщением жидкой фазы гидро-
окисью кальция, повышением температуры, изменением
электросопротивления, а также нарастанием пластичес
кой прочности цементного теста в сопоставлении со сро-
ками схватывания цемента по стандарту.
Как видно из рисунка, максимальному насыщению
жидкой фазы СаО соответствуют переломные точки на
кривых температуры, электросопротивления и пластиче-
ской прочности. Окончание периода схватывания харак-
теризует процесс формирования структуры и начала
интенсивного твердения цемента.
Пластическая прочность в работе [3] определялась
коническим пластометром. Исследование было проведе-
но на трех цементах, сроки схватывания которых указа-
ны в табл. 3.4.
134
Рис. 3.2. Изменения цементного теста в начальный период твердения
/ — концентрации СаО в жидкой фазе; 2 — тепловыделения; 3 — электросопро-
тивления; 4 — нарастания пластической прочности; И.С. — начало схватывания;
К.С. — конец схватывания; И.К.С. — истинный конец схватывания
Портлап цемент
Таблица 3.4
СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО 'ТА В СООТВ1-Г /1ВИИ
С ГОСТ 310-60
	Сроки схватывания, ч — мин
	начало	j	конец
Белгородский
Воскресенский
Невьянский
3—28	5—43
1—06	4—40
2—20	3—45
Погружение конуса пластометра в цементное тесто
производили на постоянную глубину 5 мм, замеряемую по
мессуре. Замеры производились через каждые 15 мин
вплоть до момента затвердевания цементного теста.
Пластическая прочность рассчитывается по формуле
135
где	F— нагрузка на конус, кг;
—глубина погружения конуса, см;
/<а—констант; конуса, определяемая по форму/
1
Ла = — cos actg a.
На рис. 3.3 представлены кривые изменения пласти-
ческой прочности цементного теста нормальной густоты,
приготовленного на белгородском, воскресенском и невь-
Рис. 3.3. Изменение пластиче-
ской прочности цементного тес-
та нормальной густоты при
t=20° С, приготовленного на
портландцементах
1 — воскресенском; 2 — невьянском;
3 — белгородском
янском портландцементах.
Как видно из рисунка, вско-
ре после затворения белго-
родского и невьянского це-
ментов водой наблюдается
небольшое увеличение пла-
стической прочности и неко-
торый рост ее во времени.
Начиная приблизительно с
3 ч 15 мин для белгородско-
го и с 1,5 ч — для невьянско-
го, прочность резко возрас-
тает. Такое значительное
увеличение прочности обус-
ловливается развитием кри-
сталлизационной структуры.
Кривые на рис. 3.3 показы-
вают более быстрое разви-
тие процесса структурообра-
зования для воскресенского
цемента по сравнению с бел-
городским и невьянским, что
можно объяснить содержа-
нием в воскресенском цемен-
те добавки трепела, значи-
тельно увеличивающей его
структурную вязкость. При-
чем можно отметить, что наибольшее нарастание пласти-
ческой прочности наблюдается в период, совпадающий
но времени с началом схватывания цементного теста, оп-
ределяемым по прибору Вика. В этот же период наиболее
интенсивно развивается и эффект контракции системы
(рис. 3.4).
За процессом структурообразования цементного кам-
ня можно также наблюдать по кривым тепловыделения.
136
Тепловыделение является следствием процесса гидрата-
ции вяжущих и дает представление о структурообразова-
нии цементного камня. Первый период характеризуется
небольшим тепловыделением, которое начинается сразу
же после затворения цемента водой. Затем (до 3 ч) име-
ет место индукционный период, в котором увеличения
тепловыделения не наблюдается, так как цементные зер-
на обволакиваются пленкой из гелеобразных продуктов
гидратации, замедляющей процесс гидратации. Начиная
с 3 ч (начало схватывания по прибору Вика для белго-
родского цемента), происходит незначительное, а через
5—6 ч более заметное повышение температуры цемент-
ного теста. Подобные кривые получены для воскресен-
ского и невьянского цементов, где также через 5 ч про-
исходит заметное повышение температуры цементного
теста.
Рис. 3.4. Изменение пластической прочности (Р), контракции (/0,
начала (Н.С.) и конца (/(.С.) сроков схватывания цементного теста
нормальной густоты белгородского портландцемента при / = 20° С
Изменения, происходящие в цементном тесте и бето-
не в процессе их твердения, вызывают изменение их
электрофизических характеристик. Поэтому некоторые
исследователи [10, 45, 74] контроль за процессом схва-
тывания и твердения цемента осуществляют по измене-
нию его электропроводности, диэлектрической проницае-
мости, тангенса угла диэлектрических потерь. Причем
каждой стадии твердения бетона соответствуют свои
электрофизические характеристики. Так, качественную
характеристику физико-химических процессов, протека-
ющих на ранней стадии твердения, можно получить по
изменению электропроводности. Конец схватывания со-
ответствует резкому возрастанию электросопротивления
(или уменьшению электропроводности). Удельное оми-
ческое сопротивление, которое необходимо знать при
электродном методе электротермообработки бетона,
прежде всего зависит от влагосодержания и удельного
сопротивления жидкой фазы, насыщенной щелочами и
минеральными солями. По мере повышения температу-
ры удельное сопротивление смеси понижается, а в про-
цессе гидратации (связывания части воды) и твердения
цемента оно повышается. Введение в цементное тесто или
в бетон химических добавок — электролитов вызывает
повышение электропроводности. Удельное электрическое
сопротивление цементного теста не является постоянной
величиной, а изменяется в процессе его твердения. При
температуре ниже 0° С количество жидкой фазы в це-
ментном тесте уменьшается, а содержание твердой (льда)
увеличивается. При этом электропроводность цементного
теста или твердеющего цементного камня (бетона) резко
уменьшается.
Влияние раннего замораживания цементного теста
на процессы твердения как в начальной стадии, так и
после оттаивания исследовались в работе [2, 21] по кине-
тике электропроводности опытных образцов (рис. 3.5).
Установлено, что максимальная величина электропровод-
ности цементного теста после оттаивания (у^)отлича-
ется от ее значения к моменту начала замораживания
(уо). Она получается значительно ниже начальной и ни-
же, чем у контрольных образцов, не подвергавшихся
замораживанию.
Необходимо обратить внимание на то, что все назван-
ные физические характеристики являются дополнитель-
ными к стандартному методу испытания цементного те-
ста. Ими преимущественно пользуются в научно-иссле-
довательских работах. Попытка Л. А. Сильченко и
Н. В. Михайлова по кривой пластограммы цементного те-
ста устанавливать оптимальные сроки начала тепловой
обработки бетона привела к отрицательному результату.
На основании переломных точек, полученных на пласто-
граммах, ими были даны некоторым московским заводам
сборного железобетона рекомендации по сокращению на
0,5—1 ч сроков предварительного выдерживания изде-
лий до начала тепловой обработки. Их утверждения о
том, что в результате сокращения сроков выдерживания
изделий до начала пропарки прочность бетона повышает-
ся на 25—35%, на практике не подтвердились. Этот при-
мер указывает на необходимость комплексного рассмот-
XtQMt°C
жШние ивание
Рис. 3.5. Изменение свойств цементного камня в период заморажива-
ния, оттаивания и последующего твердения
1 — электропроводность цементного камня; 2— температура цементного кам-
ня; 3—электропроводность контрольных образцов; 4 — температура наружной
среды
рения явлений и параметров, характеризующих свойства
цемента и бетона. Нельзя механически использовать от-
дельные характеристики твердеющего цемента при ре-
шении вопросов технологии бетона как в заводских усло-
виях, так и в условиях гроительства. На современном
уровне развития теории и технологии бетона требуется
широкий, охватывающий все стороны явлений, научный
подход к этому вопросу.
ГЛАВА 4
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ БЕТОННОЙ СМЕСИ
НА ЕЕ КОНСИСТЕНЦИЮ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
При производстве бетонных и железобетонных работ
существенное значение имеет консистенция бетонной сме-
си, которая зависит от количества цементного теста, со-
139
держания добавок, времени выдерживания ее перед
укладкой, вида крупного и мелкого заполнителя, их со-
отношения в бетоне и других факторов.
Для определения некоторых зависимостей автором
проведены опыты на четырех цементах различного вида.
Подвижность бетонной смеси в начальный период харак-
теризовалась осадкой конуса 3 и 9 см, расход портланд-
цемента составлял 270 кг/м3, глиноземистого цемента
236 кг/м3 п нссчано-пуццолапового портландцемента
303 кг/м3. Материалы подогревались с таким расчетом,
чтобы обеспечить температуру бетонной смеси 20, 30 и
40° С. Бетон приготовлялся как без добавок, так и с до-
бавкой 1—3% хлористого кальция (от массы цемента).
Бетонная смесь выдерживалась в помещении при темпе-
ратуре воздуха 15—20° С.
Изменения подвижности бетонной смеси по осадке ко-
нуса и ее удобоукладываемости по техническому виско-
зиметру приведены на рис. 4.1. Вначале определялась
подвижность готовой смеси, а затем ее удобоукладывае-
мость в секундах по техническому вискозиметру. При
температуре смеси 30—40° С ее подвижность теряется
быстрее, чем при температуре 20° С.
На рис. 4.1 падение подвижности смеси указано
сплошными, а удобоукладываемости — пунктирными ли-
ниями. Измерения производили в сроки, указанные на
рисунке.
Как показали опыты, с повышением температуры по-
движность бетонной смеси на всех цементах падает. До-
бавка 1—2% хлористого кальция при одной и той же
температуре не приводит к каким-либо существенным
изменениям (вследствие увеличения подвижности смеси
за счет самой добавки), а при добавке 3% подвижность
и удобоукладываемость заметно падает. При еще боль-
ших добавках солей водопотребность бетонной смеси
уменьшается, а потеря удобоукладываемости ускоряется.
Бетонная смесь на песчапо-нуццолановом портланд-
цементе теряет подвижность и удобоукладываемость го-
раздо быстрее смесей на портландцементах. Удобоукла-
дываемость смеси па этом цементе вообще пониженная.
Добавка хлористого кальция в случае применения пуццо-
ланизированных портландцементов приводит к повыше-
нию подвижности смеси.
Потеря подвижности и удобоукладываемости бетон-
ной смеси имеет определенную связь со схватыванием це-
140
ментов. Добавка хлористого кальция сокращает сроки
схватывания глиноземистого цемента и портландцемен-
та. Бетонная смесь на глиноземистом цементе при до-
бавке хлористого кальция теряет подвижность еще быст-
рее, чем па портландцементе.
Рис. 4.1. Изменение подвижности и удобоукладываемости бетонной
смеси в зависимости от срока выдерживания ее на портландцементе
марки 400 при / = 20° С
а — без добавки СаС12; б —с добавкой 1% СаС12; в —с добавкой 2% СаС12;
г — с добавкой 3% СаС 12; О- К. — осадка конуса
Одновременно с определением удобоукладываемости
бетонных смесей было изучено влияние предварительно-
го выдерживания смесей до укладки на прочность бето-
на. Бетонные образцы были изготовлены на вибропло-
щадке, смесь укладывалась с момента ее затворения
141
>— Таблица 4.1
ю ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ С ДОБАВКОЙ и БЕЗ ДОБАВКИ ХЛОРИСТОГО КАЛЬЦИЯ
НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА В ЗО-СУТОЧНОМ ВОЗРАСТЕ
Цемент	Расход цемента, кг на 1 м бетона	в/ц	Предел прочности бетона на сжатие, МПа, при укладке смеси в формы							
			сразу после приготовления		через					
					2 ч		4 ч		5 ч 30 мин	
			без CaCi2	С 2% СаС12	без СаС12	с 2% СаС12	без СаС12	с 2% СаС12	без СаС12	с 2% СаС12
	Начало укладки смеси				30	МИН	2	Ч	4	Ч
Глиноземистый цемент марки 500	230	0,78	35,1	27,2	35,1	28,6	34,7	27,4	42,4	36,8
Портландцемент мар- ки 400	276	0,68	11,7	14,8	12,7	18	13,7	18,2	15,3	18,5
Портландцемент мар- ки 400	275	0,7	11,5	12,5	13,5	12,1	13,9	14	13,9	17
	Начало укладки смеси				1	ч	2	ч	3	ч
Песчано-пуццолановый	305	0,68	9,7	13,2	10,6	13,4	11,3	15,4	11,6	16,6
портландцемент	мар- ки 300										
Примечания: 1. Начало схватывания цементов наступало в пределах 2 ч 10 мин — 4 ч 05 мин, а конец
схватывания в пределах 5 ч 30 мин — 7 ч 50 мин.
2. Если смесь укладывалась в иное время, чем указано в соответствующей графе, то новый срок для отдельных
составов указывается над цифрами прочности образцов.
и до 5 ч 30 мин. Бетонная смесь характеризовалась осад-
кой конуса от 3 до 6 см. Данные о прочности бетона че-
рез 30 сут нормального твердения приведены в табл. 4.1.
Во всех случаях смесь хорошо уплотнялась и время
уплотнения возрастало по мере увеличения предвари-
тельной выдержки.
Как видно из табл. 4.1, выдерживание готовой бетон-
ной смеси в течение 3—5,5 ч на всех четырех цементах
привело к повышению прочности бетона. Добавка 2%
хлористого кальция при наличии указанной подвижно-
сти бетонной смеси не помешала укладке бетона в фор-
мы до 3—5,5 ч. Испытание в 30-суточиом возрасте пока-
зало значительное повышение прочности бетона на всех
цементах, кроме глиноземистого. Предварительное вы-
держивание смеси до укладки в течение 5 ч 30 мин повы-
сило прочность бетона па портландцементах без добав-
ки СаС12 на 20 и 30%, а на глиноземистом после четы-
рехчасовой выдержки на 21% от своей марочной. Эти
опыты, в свое время, позволили автору сделать предло-
жение о целесообразности применения предварительного
выдерживания бетонных смесей перед укладкой.
Дальнейшие опыты показали, что наибольшее повы-
шение прочности достигается при выдерживании смесей
при пониженных положительных температурах и особен-
но перед началом тепловой обработки изделий или мо-
нолитных конструкций. Это хорошо согласуется с реко-
мендациями повторного вибрирования вообще и с пред-
ложением, изложенным в главе 6 о вибрации бетона в
момент оттаивания, если он был заморожен сразу после
изготовления смеси.
Приготовление бетонных смесей при низких положи-
тельных температурах может обеспечить существенную
экономию цемента. Повышение прочности бетона, а сле-
довательно, и возможная экономия цемента достигаются,
во-первых, за счет меньшей водопотребности смеси, во-
вторых, за счет отсутствия необратимого теплового рас-
ширения бетона при более высоких температурах.
Вопрос о повышении прочности бетона должен рас-
сматриваться в прямой связи с экономией расхода цемен-
та. Это положение должно учитываться при установле-
нии норм расхода цемента для монолитного бетона,
в том числе при зимнем бетонировании и при бетониро-
вании в условиях сухого и жаркого климата. Раньше эти
вопросы не были подняты на уровень нормирования рас-
143
хода цемента в зависимости от температуры приготов-
ления и укладки смесей. В зимнее время зачастую, не-
смотря на благоприятные температурные условия при-
готовления смесей и режима твердения бетона в
конструкциях, строители стремились повысить расход
цемента по сравнению с обычными расходами в теплое
время года. Иная картина получается при укладке бе-
тонных смесей в условиях сухого и жаркого климата.
В летние месяцы там без дополнительного расхода це-
мента нельзя достигнуть заданных марок бетона, и ка-
чество не только монолитных конструкций, но и завод-
ских изделий не будет отвечать требованиям норм и
стандартов. Поэтому необходимо разработать специаль-
ные мероприятия по приготовлению и выдерживанию бе-
тона при пониженных, как наиболее оптимальных, тем-
пературах.
Многочисленные опыты показали, что реология бе-
тонных смесей во многом зависит от температуры. Поэто-
му при зимнем бетонировании подогрев материалов или
разогрев готовых бетонных смесей тем или иным спосо-
бом должен всегда рассматриваться в связи с их удобо-
укладываемостью и с набором бетоном прочности при
последующем твердении.
В прошлые годы приготовление и отпуск с бетонных
заводов смесей, имеющих повышенную температуру
(30—40° С), производились главным образом за счет по-
догрева заполнителей и воды. В последнее время разра-
ботаны такие эффективные способы предварительного
разогрева бетонных смесей, как электроразогрев в бун-
керах и пароразогрев в бетоносмесителях. В настоящее
время, например, пароразогрев бетонных смесей в бето-
носмесителях применяется на заводах сборного железо-
бетона и на заводах товарного бетона в Дании, ФРГ,
ГДР, Польше и других странах. Для этой цели использу-
ются главным образом закрытые бетоносмесители прину-
дительного действия. Опыт показывает, что смесь в них
можно разогревать до температуры 60—80° С в течение
3—5 мин. Смесь разогревается более равномерно, чем
при элсктроразогрсве, где вследствие неодинаковой элек-
тропроводности смеси по высоте бункера возникают зна-
чительные температурные градиенты. Для достижения
равномерного разогрева смесей электротоком приходит-
ся рассчитывать конструкцию электродов и изменять их
поверхность по высоте бункера.
Элсктроразогрсв оказался очень эффективным на
стройплощадках, непосредственно у мест укладки сме-
сей в опалубку. Недостатком использования электрото-
ка для разогрева смеси на заводах является кратковре-
менная потребность в трансформаторах большой мощ-
ности.
Так же как и предварительный подогрев материалов,
пароразогрев бетонной смеси в бетоносмесителе и ее элек-
троразогрев оказывают значительное влияние на конси-
стенцию смеси и прочность бетона, вызывая загустевание
смеси и приводя к повышенной водопотребности. Хотя
с повышением температуры вязкость воды затворения
и снижается, однако ускоренное развитие процессов гид-
ратации и схватывания цемента приводит к загустева-
нию смесей, делает их трудпоукладывасмымп.
Влияние температурного фактора па консистенцию
бетонной смеси и прочность бетона было изучено еще
в 30-е годы [9]. В этой работе было показано, что по-
догрев материалов изменяет консистенцию бетонной сме-
си только вследствие изменения консистенции цементно-
го теста. Основываясь па опытах Б. Г Скрамтаева и
И. А. Фалькова, авторы этого труда отмечали: «Так как
консистенция бетона, выбранная в соответствии с усло-
виями производства работ и характером бетонируемой
конструкции, по может быть значительно изменена без
ущерба для хода бетонирования, то при переходе к бе-
тонной смеси с повышенной температурой перед строи-
телем ставится дополнительная задача подобрать состав
бетона, имеющий при подогреве смеси ту же консистен-
цию, что и в нормальных условиях.
Требуемая консистенция может быть восстановлена
либо за счет увеличения водоцементного отношения
(ВЩ), либо за счет увеличения содержания цементного
теста при сохранении постоянного ВЩ, обусловленного
заданной прочностью бетона, т. е. при повышении рас-
хода цемента. Опыты показывают, что если пойти на
увеличение ВЩ, то оно вызовет падение прочности бе-
тона па 20 -30%. Так как такое падение прочности не-
допустимо, то переходить к повышенному ВЩ можно
только одновременно с заменой цемента марки 0 более
высокими сортами цемента марок 00 и 000.
Сохранение же консистенции бетона при повышен-
ных температурах смеси может быть, как это было уже
указано, достигнуто за счет увеличения расхода цемента
10—23
145
(с одновременным сохранением заданного ВЩ) при-
мерно на 15—2О°/о».
В свое время по вопросу влияния температуры це-
ментного теста на его консистенцию были проведены ис-
следования И. А. Киреенко [23], который показал, что
с повышением температуры теста увеличивается необхо-
димое количество воды для получения нормальной его
густоты, что приводит к увеличению количества воды за-
творения. Соответственно эта зависимость применима
и к приготовлению бетонных смесей с повышенными тем-
пературами.
К сожалению, указанные выше отправные- положения
технологии бетона о влиянии температурного фактора на
консистенцию бетонных смесей и прочность бетона, раз-
работанные еще в 30-е годы многими учеными, в настоя-
щее время при разработке новых технологических прие-
мов повышения температуры бетонных смесей до укладки
порой остаются без внимания. Это приводит, как пра-
вило, к серьезным заблуждениям ряда исследователей,
оценивающих преимущества того или иного способа
предварительного разогрева бетонных смесей.
В Рекомендациях ВНИИЖелезобетона издания
1972 г. указывается, что консистенция разогретой бетон-
ной смеси к моменту ее укладки обеспечивается увели-
чением расхода воды по сравнению с расходом ее для
смеси, укладываемой в холодном состоянии, на 5—25%.
Увеличение расхода воды находится в зависимости от
вида применяемого цемента, марки бетона, температур-
ного режима разогрева, применяемых добавок и других
факторов. О соответствующем увеличении расхода це-
мента как данные Рекомендации, так и многие другие
не указывают.
О необходимости увеличения расхода цемента для со-
хранения принятой величины водоцементного отношения
при предварительном разогреве бетонной смеси указы-
вают не многие авторы и инструктивные документы. То
же можно сказать и о пароразогреве бетонных смесей в
бетоносмесителях.
В последнее время вопрос о влиянии температурного
фактора на консистенцию бетонной смеси и прочность
бетона особенно остро возник при производстве бетон-
ных работ в условиях сухого жаркого климата. Как из-
вестно, одной из важнейших проблем бетонирования в
этих условиях является обеспечение требуемой конси-
иа
ётенЦии бетонной смеси при ее укладке. При этом основ-
ное внимание уделяется, как правило, вопросам сохране-
ния подвижности и однородности смеси во время транс-
портирования ее к объектам бетонирования или во время
предварительного выдерживания до укладки в условиях
повышенных температур. Значительно меньшее внима-
ние уделяется вопросу обеспечения отпускной подвиж-
ности бетонной смеси, имеющей повышенную темпера-
туру. В то же время существует обратно пропорциональ-
ная зависимость между температурой бетонной смеси
Рис. 4.2. Влияние температуры
бетона на осадку конуса и
количество воды, требуемой на
ее изменение (содержание це-
мента 307 кг/м3, заполнитель
крупностью до 3,8 см)
/ — осадка конуса; 2—водопотреб-
ность
и ее подвижностью, отмечаемая по некоторым литера-
турным данным и подтвержденная исследованиями, про-
веденными в лаборатории ускорения твердения бетона
НИИЖБ.
В условиях летних месяцев в районах с жарким кли-
матом температура бетонной смеси при выходе ее из бе-
тоносмесителя составляет около 30° С, иногда повышаясь
до 35° С и даже более. При таких температурах смесь
одного и того же состава имеет подвижность намного
меньшую, чем при нормальных температурах.
В связи с возникшими новыми технологическими
решениями как при зимнем бетонировании, так и в усло-
виях сухого и жаркого климата автором с Е. Н. Малин-
ским, Е. С. Темкиным, О. А. Самусевым и А. Н. Невак-
шоновым проводятся лабораторные и натурные ис-
следования на строительных объектах в Ташкенте и
Бухаре.
В США в 1972 г. опубликованы Рекомендации по бе-
тонированию в жаркую погоду. В этих Рекомендациях
указывается, что повышение температуры свежеприго-
товленной бетонной смеси на 10—12° С приводит к умень-
шению ее начальной подвижности на 2,5 см (рис. 4.2).
10*
147
Водопотребность бетонных смесей с увеличением темпе-
ратуры изменяется следующим образом.
Температура
бетонной сме-
си, °C
Количество
воды на 1 м3
бетона, кг
5	10
20	25	30	35	40
157 160	163	167	170	173	177	180
Эти данные приведены без учета состава бетона, водо-
цементного отношения, подвижности бетонной смеси, ви-
да примененного цемента и заполнителя, а также других
технологических факторов, которые оказывают сущест-
венное влияние па начальную подвижность бетонной сме-
си в зависимости от ее температуры.
С целью установления влияния этих факторов на ха-
рактер зависимости осадки конуса от температуры бе-
тонной смеси автором совместно с Е. Н. Малинским
(НИИЖБ) были проведены специальные исследования.
В качестве примера на рис. 4.3 приведена зависимость
между температурой различных бетонных смесей и их
начальной подвижностью для бетонов на белгородском
портландцементе марки 400.
Исследования, проведенные на цементах различного
минералогического состава и различной тонкости помо-
ла, а также на бетонах различных составов, показали,
что начальная подвижность одной и той же смеси при
/ = 20° С (для которой обычно устанавливаются нормы
расхода цемента) и при / = 30° С различаются между со-
бой и тем больше, чем ниже В/Ц. Чтобы установить это
различие, приходится при приготовлении смеси с темпе-
ратурой, равной 30° С, увеличивать расход воды, и со-
ответственно цемента, при неизменном В/Ц. Проведен-
ные исследования позволили установить зависимость
расхода воды (и цемента) от температуры бетонной сме-
си для получения равноподвижных (и равнопрочных)
составов. На рис. 4.4 приведено графическое изображе-
ние этой зависимости.
Проведенные исследования выявили существенное
влияние В/Ц и некоторое влияние консистенции бетон-
ной смеси на характер ее изменения в зависимости от
температуры.
Существующими нормами, как мы уже указывали, не
предусматривается увеличение расхода цемента при при-
148
Рис. 4.3. Зависимость
начальной подвижности
бетонной смеси с
= 0,45 от ее температу-
ры (заполнители — песок
кварцевый с Л4кр = 2,4,
щебень гранитный до
5—30 мм)
Рис. 4.4. Зависимость
расхода воды и цемента
от изменения температу-
ры бетонных смесей раз-
личной подвижности. Бе-
тон па портландцементе
при ад = 0,45
Расход цемента^ кг/мз
Рис. 4.5. Влияние темпе-
ратуры на прочность бе-
тонов при сжатии (по
П. Клигеру)
готовлепии бетонной смеси с повышенной температурой
и уменьшение его при производстве смеси с пониженной
температурой. В то же время, как следует из рис. 4.4,
при снижении температуры бетонной смеси ниже 20° С
расход воды (а следовательно, и цемента) для получе-
ния равноподвижных (и равнопрочных) смесей может
быть значительно снижен. Ясно, что при учете этого
обстоятельства при приготовлении бетонных смесей в
зимнее время (без предварительного разогрева их) во
многих случаях может быть достигнута экономия цемен-
та. Во избежание перерасхода цемента при производстве
бетонных работ при повышенной температуре необходи-
мо применять различные добавки поверхностно-активных
веществ и другие технологические приемы. Поверхност-
но-активные добавки способствуют консервации конси-
стенции смесей при транспортировании их к месту
укладки.
В связи с рассматриваемыми зависимостями расхода
воды и цемента при различных температурах бетонных
смесей на рис. 4.5 приведены результаты исследований
П. Клигера (США) по установлению связи между проч-
ностью бетона и температурой бетонных смесей, изготов-
ленных на портландцементах. Прочность бетона испыты-
валась не только в месячном возрасте, но и в более позд-
ние сроки.
Равнопрочные бетоны, рассчитанные на достижение
марочной прочности к 28 сут, в дальнейшем набирали
прочность тем больше, чем сиже была температура бе-
тонной смеси при укладке.
Таблица 4.2
ПРОЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВ ПРИ СЖАТИИ, МПа
Режим твердения образцов из портландце- мента после первого затворения	Средняя прочность шести образцов		Суммарная прочность за оба испытания
	после первого затворения	после второго затворения	
В воде при температуре: 3°С (в холодном шка-	49,7	25,8	75,5
фу) 18° С	58	16,8	74,8
45° С (в термостате)	65	9,6	74,6
150
В связи с изложенным интересно также привести ре-
зультаты одного опыта, проведенного автором. Образ-
цы из цементного теста нормальной густоты были выдер-
жаны в воде при температурах 3, 18 и 45° С в течение
28 сут, затем после испытания на прочность размолоты
до тонкости помола цемента и снова затворены. Резуль-
таты этих опытов (табл. 4.2) показали, что после перво-
го затворения и твердения цемент имел еще достаточно
высокую активность за счет оставшейся в ядре зерен не-
гидратированной его части. При этом чем большая мас-
са зерен цемента гидратировалась после первого затво-
рения (признаком чего была более высокая прочность
образцов), тем меньшая часть гидратировалась после
вторичного (признаком чего была более низкая проч-
ность образцов). Суммы прочности при обоих затворе-
ниях при каждом из трех принятых температурных ре-
жимов выдерживания оказались одинаковыми.
После вторичного затворения все образцы хранились
в воде при температуре 18° С. Продолжительность вы-
держивания в воде в первом и во втором случаях состав-
ляла 28 сут, т. с. всего цементные образцы твердели
56 сут.
Образцы, твердевшие вначале при температуре 3° С,
в общей сложности приобрели прочность большую, чем
при 45° С. Надо полагать, что в дальнейшем эта разни-
ца в прочности увеличилась бы еще больше.
В заключение можно сделать вывод, что температура
оказывает большое влияние как на свойства бетонной
смеси, так и на прочностные характеристики бетона, при-
готовленного из смесей при различных температурах.
Рассмотренные выше положения распространяются
на разнообразные климатические условия и в равной сте-
пени имеют отношение как к производству монолитного
железобетона, так и к производству бетонных и железобе-
тонных изделий в заводских условиях.
ГЛАВА 5
ТВЕРДЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ
ЦЕМЕНТАХ И ЗАПОЛНИТЕЛЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Скорость нарастания прочности и конечная прочность
бетона зависят от многих факторов. Основными из них
являются активность цемента и водоцементное отноше-
ние, поэтому прочность бетона является функцией пре-
имущественно этих величин:
Яб = /(ЯЦ, В/Ц).
Рассмотрим скорость нарастания прочности бетона
на цементах различного вида и активности в нормальных
температурно-влажностных условиях. Как показывают
исследования, цементы одного и того же вида и марки ча-
сто имеют различную скорость нарастания прочности как
в течение первого месяца, так и в последующий период.
Объясняется это в большей части химико-минералогиче-
ским составом цементного клинкера и введением на за-
водах молотых добавок.
Наибольшей скоростью твердения отличаются цемен-
ты с высоким содержанием алюминатов кальция. При
этом чем ниже основность алюминатов кальция, тем бо-
лее высокая прочность достигается при твердении цемен-
тов. Увеличение основности (т. е. увеличение количества
молекул окиси кальция в составе минерала алюмината
кальция) приводит к еще большему форсированию про-
цессов схватывания и твердения глиноземистого цемен-
та, вызывая при этом, однако, резкое снижение прочно-
сти цементного камня, а следовательно, и бетона за счет
образования высокоосновных гидроалюминатов кальция.
При применении портландцемента с высоким содер-
жанием трехкальциевого силиката наблюдается быстрое
нарастание прочности в течение первого месяца и отно-
сительно меньший прирост ее в последующий период.
При повышенном содержании двухкальциевого силиката
портландцемент медленно твердеет в течение первого
месяца и прочность его более интенсивно увеличивается
в последующем. Таким образом, с повышением в порт-.
|52
лаидцементе содержания трехкальциевого силиката
прочность бетона увеличивается (см. рис. 5.1).
Для установления этой зависимости взяты результа-
ты опытов с бетонами одного и того же состава, хранив-
шимися в нормальных условиях, но в составе цементов
содержалось различное количество C3S (от 25 до 61,5%).
Как видно из графика, если при содержании в портланд-
цементе 25% C3S бетон имел в месячном возрасте проч-
ность 11 МПа, то при содержании в цементе 61,5% C3S
прочность бетона того же со-
става приближалась к 25 МПа.
Естественно, что с повышени-
ем в портландцементе содер-
жания C3S марка цемента и
скорость его твердения увели-
чивались.
Как было показано в гла-
ве 2, при завершении процес-
са гидратации портландцемен-
та химически связывается и
физически (адсорбционно)
удерживается около 30% во-
ды. Следовательно, при обыч-
ных значениях В/Ц, больших
0,3, остальная вода, употреб-
ляемая на затворение бетона,
необходима только из-за недо-
Рпс. 5.1. Прочность бето-
на в 28-суточном возрас-
те в зависимости от со-
держания трехкальцие-
вого силиката в порт-
ландцементе
статочно совершенных мето-
дов уплотнения бетонной смеси. Введение избыточного
количества воды приводит к снижению плотности и проч-
ности, а следовательно, и стойкости бетона в различных
средах. Поэтому необходимо стремиться к уменьшению
количества вводимой в бетонную смесь воды и к повы-
шению эффективности способов уплотнения смеси при
укладке.
Выделение свободной извести при гидролизе и гидра-
тации портландцементного клинкера характеризует ос-
новность силикатов кальция и степень распада трехкаль-
циевого силиката. При гидратации трехкальциевого си-
ликата две молекулы СаО входят в состав гидросиликата
и одна молекула СаО отделяется в виде свободного
гидрата окиси кальция по следующему уравнению, да-
ваемому в общем виде:
3CaO-SiO2-|-/7 Н2О—2CaO-SiO2-/7 H2O-J Са(ОН)2.
153
Теоретический расчет по приведенному уравнению nd-
Называет, что свободного гидрата окиси кальция отде-
ляется 33,5% массы прогидратированного трехкальцие-
вого силиката. Незначительное количество гидрата окиси
кальция выделяется при гидратации двухкальциевого
силиката, а остальные минералы цементного клинкера
не выделяют свободной извести.
В связи с этим вид и количество тонкомолотых крем-
неземистых добавок должны выбираться в зависимости
от содержания трехкальциевого силиката в цементе. Ин-
тенсивиость гидратации цемента и выделения при этом
свободной извести ускоряется с повышением темпера-
туры.
Свободная известь, по существу, является основной
причиной разрушения цементного камня при действии
воды, фильтрующейся через толщу конструкций, а так-
же при действии вод, содержащих различные агрессив-
ные вещества. Гидрат окиси кальция растворяется в во-
де и удаляется из бетона. Это явление хорошо известно
строителям по встречаемым натекам белого цвета на по-
верхности конструкций в гидротехнических и подземных
сооружениях. Кроме того, при взаимодействии с раство-
ренными в воде веществами известь может образовать
с последними соединения, увеличивающиеся в объеме
или легко растворяющиеся в воде. Возникновение в теле
цементного камня образований с увеличенным объемом
приводит к нарушению структуры бетона и его разру-
шению.
В наземных бетонных и железобетонных сооружени-
ях не могут происходить подобные явления растворения
и уноса гидрата окиси кальция из цементного камня.
Однако в цементном камне свободная гидроокись каль-
ция содержится, и если не возникает надобности связы-
вать ее пуццоланическими добавками по мотивам водо-
стойкости, то пуццоланизацию часто целесообразно осу-
ществлять для использования извести при твердении
цемента.
Интенсивность нарастания прочности бетона в нор-
мальных условиях до 180-суточного возраста проанали-
зирована по материалам ряда исследователей.
Большой интерес представляют результаты исследо-
ваний В. И. Киселева (НИИЖБ), который изучал влия-
ние модуля крупности песков на прочность бетонов, при-
готовленных из подвижных и жестких смесей на различ-
154
ных цементах. При этом бетонные смеси готовились с
водоцементными отношениями 0,4; 0,5; 0,65 и 0,8. При-
менялись обычный и пластифицированный портландце-
менты марки 500, а шлакопортландцемент марки 400 (по
результатам испытаний в жестких растворах). Опыты
показали (табл. 5.1), что до 180-суточного возраста из-
Таблица 5.1
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕНСИВНОСТИ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСИСТЕНЦИИ
СМЕСИ И ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ
Водо- цементное отношение	Подвижные смеси			Жесткие смеси		
	*7:28 1	*90:28	I *180:28	*7:28	1 *90:28	1 *180:28
		Бетон на портландцементе				
0,8	0,62	1,35	1,38	0,7	1,3	1,33
0,65	0,61	1,21	1,24	0,72	1,2	1,41
0,5	0,76	1,24	1,28	0,75	1,23	1,26
0,4	0,76	1,13	1,22	0,86	1,14	1,21
Бетон на пластифицированном цементе
0,8	0,57	1,56	1,59	0,64	1,41	1,78
0,65	0,63	1,53	1,63	—	1,37	1,45
0,5	0,63	1,24	1,64	0,7	1,24	1,48
0,4	0,65	1,35	1,51	0,77	1,35	1,39
	Бетон на шлакопортландцементе					
0,8	0,44	1,46	1,53	0,45	1,46	1,69
0,65	0,47	1,44	1,72	0,48	1,33	1,7
0,5	0,51	1,25	1,43	0,65	1,34	1,55
0,4	0,59	1,18	1,35	0,71	1,28	1,43
менение модуля крупности песков от 2,5 до 1,2 не оказы-
вает сколько-нибудь существенного влияния как на проч-
ность, так и на коэффициент прироста прочности бетона
во времени. Это относится в равной степени к бетонам,
изготовленным как из подвижных, так и из жестких
смесей. Коэффициент интенсивности твердения бетона
в 7-суточном возрасте как у бетонов из подвижных сме-
сей, так и из жестких увеличивается с уменьшением во-
доцементного отношения. Однако у бетонов из жестких
смесей значения коэффициентов интенсивности тверде-
ния более высокие, чем у бетонов из подвижных смесей.
155
В возрасте 90 и 180 сут при одинаковых водоце-
ментных отношениях значения коэффициента прироста
прочности бетона из смесей различной консистенции по
отношению к 28-суточной прочности ^28=1) практиче-
ски оказались одинаковыми. С уменьшением водоцемент-
ного отношения эти коэффициенты относительно снижа-
ются. При этом следует отметить, что благодаря
уменьшению на 40 л расхода воды на 1 м3 бетона, а со-
ответственно и цемента, у бетонов из жестких смесей
прочности были примерно на одну марку выше, чем у бе-
тонов, изготовленных из подвижных смесей. При умень-
шении В/Ц с 0,8 до 0,4 прочность бетона в 28-суточпом
возрасте во всех случаях увеличивалась не менее чем
в 2 раза. Следовательно, на абсолютное значение проч-
ности и интенсивность ее нарастания, особенно в раннем
возрасте, первостепенное влияние оказывает водоцсмепт-
ный фактор. Объясняется это тем, что с уменьшением
водоцементпого отношения и с повышением степени
жесткости бетонных смесей густота цементного клея уве-
личивается.
При изготовлении бетонной смеси на пластифициро-
ванном портландцементе расход его был меньше на
10%, а прочность бетона получилась почти в 1,5 раза
меньше, чем у бетона на обыкновенном портландцементе
такой же активности. В возрасте 7 сут прочность бе-
тона в процентах от прочности бетона 28-суточного воз-
раста получилась заметно меньше, чем па обыкновенном
портландцементе. В дальнейшем к 90- и 180-суточному
возрасту наблюдается некоторое увеличение темпа при-
роста прочности по сравнению с прочностью бетона
28-суточного возраста. Это указывает на то, что с точки
зрения ускорения твердения бетона нецелесообразно
применять пластифицирующие добавки. На пластифици-
рованном цементе, так же как и на обыкновенном порт-
ландцементе, с уменьшением водоцементпого отноше-
ния интенсивность твердения повышается. При этом
прочность бетона в абсолютном значении с понижением
В/Ц увеличивается в большей мере, чем на обыкновен-
ном портландцементе.
В. В. Стольников [55] приводит сравнение интенсив-
ности нарастания прочности бетона на обычном и пла-
стифицированном портландцементах, из которого видно,
что в начальные сроки у бетона с пластифицирующими
добавками твердение замедляется, а в возрасте трех лет
156
Таблица 5.2
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ С ТЕЧЕНИЕМ ВРЕМЕНИ
Цемент	Состав бетона по объему и В/Ц	Прочность при сжатии в возрасте							
		сут					год		
		1	1	3	|		1 7	1 28	к'0	1	|	2	|		5
Глиноземистый цемент марки 300	1 : 2,48 : 4,05 В/Д=0,68	14,8 51	_21_ 72	25,8 89	29 100	29 100	3U6 109		32,2 111
Портландцемент мар- ки 400 (C3S = 61,5%)	В/Ц = 0,71		_9_ 29	16,4 53	31 100	36,9 119	40,5 130	43,6 142	—
Портландцемент мар- ки 400 (C3S = 490/	В/Ц = 0,72		5л4_ 27	10,8 55	19,8 100	24,8 125	31,0 156	31,3 158	31,4 158
Портландцемент мар- ки 300 (C3S = 380/	В/Ц = 0,78		2,2 18,3	5,3 44	12 100	20,1 167,5		21,7 181	—
Портландцемент мар- ки 250 (C3S=19%)	B/ZZ = 0,78	1,1 10,3	2 18,7	5,3 49,5	И\7 100	16,8 157	21,5 201	24,4 228	—
Примечание. Над чертой прочность указана в МПа, а в знаменателе — в % от
коэффициент роста прочности получился практически
одинаковым.
Интенсивность твердения бетона на шлакопортланд-
цементе примерно такая же, как и у бетона на пластифи-
цированном портландцементе.
При рассмотрении многочисленных эксперименталь-
ных данных, полученных Г. М. Рущуком (Гипроцемент),
установлен примерно такой же темп прироста прочно-
сти бетона во времени. При этом следует отметить,
что пуццолановые и пуццоланизированные портландце-
менты показали значительный прирост прочности бе-
тона до годичного возраста. Так, средний прирост проч-
ности бетона на пуццоланизированном заводском порт-
ландцементе марки 400 в годовом возрасте характери-
зуется коэффициентом, равным 1,64, а на пуццолановом
портландцементе (с добавкой 30% трепела) марки 250—
300 он увеличился до 2,08, т. е. за год прочность бето-
на при твердении в нормальных условиях увеличилась
вдвое.
Для характеристики нарастания прочности бетона на
различных цементах в нормальных условиях приведена
табл. 5.2, составленная по результатам испытаний, про-
веденных автором с участием Н. И. Кукуевой.
В таблице приведены результаты испытаний бетона
на пяти цементах только нормального хранения. Образ-
цы выдерживались одновременно в воздушных условиях
и в воде. Из этой таблицы видна скорость нарастания
прочности до 1—2 лет на цементах достаточно характер-
ных видов и активности. Глиноземистый цемент в суточ-
ном возрасте обеспечивал прочность, равную половине
марки бетона.
Портландцементы до месячного возраста обеспечива-
ли тем большую прочность бетона, чем выше была их
активность и чем больше при этом в цементном клинке-
ре содержалось C3S. В последующем, т. е. после месяч-
ного возраста, цементы, содержащие меньший процент
C3S (следовательно, с повышением содержания C2S),
давали больший процент прироста прочности.
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В ТЕЧЕНИЕ 12,5 И 20 ЛЕТ
В 1948 г. автором совместно с Н. И. Кукуевой в ла-
боратории бетонов и вяжущих ЦНИПС были изготов-
лены образцы из бетона размером 10Х10ХЮ см, из рас*
158
твора — MX? см и восьмерки, а также образцы иЗ
цементного теста нормальной густоты 3,16X3,16X3,16 см
и восьмерки.
Опытные образцы были изготовлены на семи цемен-
тах различного минералогического и вещественного со-
става. Глиноземистый и шлакоглиноземистый (50% до-
менного шлака и 50% цемента) цементы были получены
с Пашийского завода. Три портландцемента получены
с Воскресенского, Вольского и Польского цементных
заводов. Портландцементы Воскресенского и Польского
заводов были марки 400, а Вольского — 250. В работе
был использован и магнезиальный шлакопортландце-
мент Подольского завода, длительное время лежавший
на стройке, активность которого снизилась до марки 150.
Пуццолановый портландцемент марки 300 был достав-
лен с элеватора.
В качестве заполнителей для бетона применялся реч-
ной песок с модулем крупности 2,35 и рядовой гравий
крупностью до 25 мм. Пылевидных частиц в песке содер-
жалось 1,5%, а в гравии—1,9%. Бетонные образцы из-
готовляли состава 1 :2,48 4,05 с осадкой конуса 3—4 см
при расходе цемента 250 кг/м3. Материалы дозировались
по массе и перемешивались в бетоносмесителе вмести-
мостью 250 л в течение 2—3 мин.
Бетонная смесь в металлические формы укладыва-
лась при помощи вибрации па лабораторной площадке
в течение 30 с.
Изготовленные образцы хранились 1 сут в формах
при температуре 15—20° С, кроме образцов па пуццола-
иовом портландцементе, которые извлекали из форм че-
рез 3 сут. После распалубки образцы были направлены
на воздушное, воздушно-влажное и водное храпение. Ку-
бики на сжатие испытывались в возрасте: 1, 3, 7, 28,
180 сут, а также 1, 3, 5, 10 и 12,5 года.
При воздушном хранении образцы находились в за-
крытой камере на стеллажах. Влажность воздуха коле-
балась от 60 до 80%. Воздушно-влажное хранение осу-
ществлялось в камере нормального хранения, где влаж-
ность воздуха поддерживалась до 90—95%.
При водном хранении образцы помещали в железные
глубокие противни. Температура в камерах летом со-
ставляла 18—22° С, а в холодное время года 12—15° С.
Следует отметить, что во избежание значительного
влияния колебаний температуры на твердение образ-
159
Рис. 5.2. Нараста-
ние прочности бе-
тонов при хране-
нии 12,5 года в
различных усло-
виях
а — нормальное; б —
воздушное; в — вод-
ное. Бетоны приготов-
лялись на цементах:
/ глиноземистом;
2 шлакоглипоземи-
стом» 3 — портланд-
цементе Вольского
завода; 4 — то же,
Польского завода;
5-ю же, Воскресен-
ского завода; 5—маг-
незиальном шлако-
портландцементе; 7 —
нуццолановом порт-
ландцементе
цов в раннем возрасте во всех случаях первые 28 сут
в камерах поддерживали температуру в пределах 17—
20° С.
На рис. 5.2 приведены графики нарастания прочности
бетона на сжатие при нормальном, воздушном и водном
хранении образцов. Из этйх графиков видно, что бетон
на глиноземистом и шлакоглиноземистом цементах при
нормальном и воздушном хранении после годичного воз-
раста несколько снизил свою прочность (но она все же
оставалась выше марочной прочности), в то время как
при водном хранении до 12,5 лет наблюдается некоторое
повышение прочности. У бетона на портландцементах
наблюдается непрерывный рост прочности в течение
12,5 лет. В возрасте 12,5 лет прочность бетона на порт-
ландцементах и на пуццолановом портландцементе пре-
вышала марочную в 1,6—1,9 раза; на воскресенском
11—23
161
портландцементе при воздушном хранении она была
в 2,16 раза больше 28-суточной прочности бетона, твер-
девшего в нормальных условиях.
Наибольший прирост прочности во времени бетонов
из портландцементов обеспечил магнезиальный шлако-
портландцемент. В возрасте 12,5 лет прочность бетона
на магнезиальном шлакопортландцементе была выше
марочной в 2,22—2,72 раза. Как и следовало ожидать,
наибольший прирост отмечается при водном хранении.
При более влажном режиме хранения прочность бе-
тона на Вольском портландцементе выше во все перио-
ды твердения до 12,5 лет включительно.
Этот вывод нельзя применять для бетонов на других
портландцементах. Например, портландцемент Воскре-
сенского завода с повышенным содержанием алюмина-
тов показал наибольший прирост прочности бетона в ус-
ловиях воздушного хранения.
У бетона на глиноземистом цементе после 1—5-лет-
него возраста при воздушно-сухом и нормальном хране-
нии происходит некоторое снижение прочности, а при
водном хранении — непрерывное повышение прочности.
Бетон на глиноземистом цементе в суточном возра-
сте имел 50%, а в семисуточном возрасте — 86—89% от
28-суточной прочности образцов нормального твердения,
принятой за 100%. В последующем наблюдается, хотя
и незначительное, превышение марочной прочности бе-
тона на этом цементе. Бетон на пуццолановом портланд-
цементе в трехсуточном возрасте приобрел 31%, а в 7-су-
точном возрасте 54—58% прочности от марочной. В этом
возрасте условия влажностного режима не оказали су-
щественного влияния на темп роста прочности бетона.
В последующем наилучшие результаты получились при
водном хранении.
На рис. 5.3 отражен спад прочности бетона, приго-
товленного на Вольском портландцементе, после трех лет
хранения во всех средах. После 10-летнего хранения
опять происходит некоторый прирост прочности. При
более детальном рассмотрении всех экспериментальных
данных по испытанию цементных, растворных и бетон-
ных образцов спады прочности во времени наблюдаются
во многих случаях.
В 1940 г. в лаборатории бетонов и вяжущих ЦНИПС
были изготовлены образцы бетона на белитовом порт-
ландцементе Чернореченского завода марки 250. На ос-
162
нове этого же цемента были приготовлены пуццолано-
вый и шлакопортландцемент. Бетон применялся состава
1 2,5:4,3 с расходом цемента 250 кг/м3 при ВЩ =
=0,67—0,7. Бетонная смесь приготовлялась с осадкой
Рис. 5.3. Нарастание прочности бетона, приготовленного на портланд-
цементе Вольского завода, при различных условиях хранения
/ — воздушное; 2 — нормальное; 3 — водное
таллических формах размером 7X7X7 см. Бетон выдер-
живался в нормальных условиях, был подвергнут пропа-
риванию при 80° С, а также автоклавной обработке при
170° С.
Параллельно с указанными для нормального режима
твердения были приготовлены образцы на глиноземи-
стом плавленом цементе состава 1 :3,1 : 4,4 с расходом
П’	163
цемента также 250 кг/м3 при ВЩ = §,7 Подвижность
смеси и условия уплотнения те же, что и бетона на порт-
ландцементе.
После тепловой обработки в первый период тверде-
ния образцы находились в камере нормального хране-
ния, в воздушно-сухой камере, в воде и в земле.
Прочность бетона на сжатие испытывалась сразу пос-
ле тепловой обработки, через 3, 7, 30 и 180 сут. Пред-
полагалось испытать бетон также в 2,5- и 10-летнем воз-
расте, однако это автору не удалось осуществить. Об-
разцы нормального, воздушно-сухого и водного хранения
свыше 180-суточного возраста были утрачены. Сохрани-
лись лишь образцы, которые были зарыты в земле на
глубине 0,5—1 м. После 18-летнего пребывания этих об-
разцов в земле часть из них испытали на сжатие, а ос-
тальные были помещены в камеру нормального хране-
ния. Здесь они пролежали еще 2 года, а затем в 20-лет-
нем возрасте были испытаны на прочность. За 18-летний
период бетонные образцы, находясь во влажных грунто-
вых условиях, подвергались многократному заморажива-
нию и оттаиванию.
Результаты испытаний бетонных кубиков на сжатие
в 7-, 30-, 180-суточном и 20-летнем возрасте представле-
ны на рис. 5.4 и 5.5.
Как это видно из рис. 5.4, прочность образцов, нахо-
дившихся 18 лет в земле, непрерывно возрастала. При
последующем нормальном хранении в течение двух лет
у бетона на пуццолановом и шлаковом портландцемен-
тах наблюдался небольшой прирост прочности, а на гли-
ноземистом и портландском обнаружился спад прочно-
сти по сравнению с 18-летним бетоном.
Бетон на портландцементе и на глиноземистом це-
менте при нормальной температуре как во влажной, так
и в воздушно-сухой среде через месяц приобрел одина-
ковую прочность, а к полугодовому возрасту у бетона на
портландцементе в воздушно-сухом состоянии выявилось
относительное отставание в росте прочности. Отставание,
по-видимому, объясняется тем, что белитовый портланд-
цемент сохраняет способность к накоплению прочности
во времени при хранении его во влажной среде. Отстава-
ние прочности при твердении в воздушно-сухих услови-
ях происходит у бетонов на пуццолановом портландце-
менте и несколько в меньшей степени на шлакопортланд-
цементе..
164
Рис. 5.4. Нарастание
прочности бетона, хра-
нившегося в течение 18
лет в земле и 2 года в
нормальных условиях
Бетоны приготовлялись:
/ — на глиноземистом це-
менте; 2 — на портландце-
менте Чернореченского заво-
да; 3— на пуццолановом
портландцементе; 4 — на
шлакопортландцементе
Рис. 5.5. Нарастание прочности бетона, пропаренного при / = 80° С и
затем хранившегося в различных условиях
и — нормальное; б — воздушно-сухое; в—водное; г— в земле. Бетоны приго-
товлялись: / — на портландцементе Чернореченского завода; 2 — на пуццола-
новом портландцементе; 3— на шлакопортландцементе
165
На портландцементе бетон без пропаривания при
твердении до 6 месяцев мало чувствителен к различным
влажностным режимам. С течением же времени у бето-
на, находившегося в земле 18 лет, прочность увеличилась
на 56% по сравнению с шестимесячным возрастом. Вы-
держка же после этого в течение двух лет в нормальных
условиях привела даже к спаду прочности (рис. 5.5).
Тот же самый бетон, но пропаренный при 80° С, сразу
после пропаривания имел прочность 76%' от /?30 с после-
дующим нарастанием ее к 6 месяцам при нормальном
хранении до 153%, в воде до 138%, в земле до 141%.
Образцы, находившиеся в земле до 18 лет, значительно
повысили свою прочность, которая составляла 263% от
/?зо. Пропаренные образцы, находившиеся в воздушно-
сухих условиях, в 30-суточном возрасте повысили проч-
ность до 137% со спадом ее к 6 месяцам до 119%.
Испытания показали, что после тепловой обработки
при всех влажностных режимах прочность на сжатие
продолжает расти, кроме пропаренного и запаренного
бетона с последующим воздушно-сухим хранением; в
этом случае к 180 сут наблюдается спад прочности соот-
ветственно на 18 и 58%.
Следовательно, бетон на белитовом портландцементе
после пропаривания нуждается во влажных условиях
твердения. В 18-летнем возрасте как пропаренный, так и
запаренный бетон на портландцементе имел прочность
значительно выше 28-суточной (марочной) прочности.
Если у бетона на пуццолановом портландцементе во
всех случаях после тепловой обработки имеет место при-
рост прочности при последующем хранении, то на шлако-
портландцементе к 180 сут наблюдается спад прочности.
В 18-летнем возрасте бетон на шлакопортландцементе
после пропаривания повысил прочность на 36% по срав-
нению с марочной прочностью. Следует отметить, что
применявшийся доменный шлак взамен части портланд-
цемента обладал пониженной активностью.
ВЛИЯНИЕ ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ
НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
Многочисленные исследования, в первую очередь
И. Г. Малюги, Д. Абрамса и Н. М. Беляева, показали,
что важнейшее качество отвердевшего бетона — его
прочность — при прочих равных условиях зависит от
166
соотношения количества воды и цемента, т. е. от водоце-
ментного (В/Ц) или, как оказалось более удобным на
практике, цементно-водного (Ц/В) отношения, определя-
ющего прямолинейный характер зависимости.
Зависимость прочности бетона от водоцементного
(цементно-водного) отношения прежде всего связана с
процессом формирования
структуры цементного кам-
ня, происходящим в связи
с гидратацией цемента. Оче-
видно, что прочность це-
ментного камня, а следова-
тельно, и бетона должна за-
висеть от плотности цемент-
ного камня. Чем больше до-
ля воды в цементном кам-
не, тем меньше его проч-
ность, а следовательно, и
плотность. Кроме того, чем
больше водоцементное от-
ношение, тем больше оста-
ток свободной, несвязанной
воды и тем больше порис-
тость бетона. Увеличение
же пористости бетона, да-
же на первый взгляд незна-
чительное, обязательно вы-
зывает снижение его проч-
Рис. 5.6. Зависимость предела
прочности бетона при сжатии
/?б от Ц/В и от марки цемента
200—600. Возраст — 28 сут.
Крупный заполнитель — гра-
нитный щебень
ности.
На рис. 5.6 показана графическая зависимость между
пределом прочности бетона при сжатии и цементно-вод-
ным отношением (по данным И. П. Александрина).
При расчете фактора прочности бетона — величины
Ц/В — на практике пользуются формулой И. Боломея,
установившего связь между /?б—Яц — Ц/В в виде линей-
ной функции:
Вб = АВц(Ц/В-Ь),
где А и b — коэффициенты.
Испытание многих цементов в бетоне подтверждает
линейный характер зависимости и в то же время пока-
зывает, что коэффициенты А и b для разных и даже для
равномарочных цементов различны.
На основании экспериментальных данных Б. Г. Скрам-
167
таев установил среднее значение коэффициентов для
случаев, когда определяется испытанием в пластич-
ном растворе (по ГОСТ 310—60) С изменением методи-
ки испытания активности цементов и марок бетонов ко-
эффициенты изменяются. Очевидно, что в связи с ростом
марочности бетонов вообще и особенно при изготовлении
высокопрочных бетонов пользоваться осредненной зави-
симостью можно лишь для установления приближенного
значения Д/В, тем более, что ряд специалистов, не отри-
цая линейности функции, считает ее состоящей из двух
прямых, пересекающихся в точке с абсциссой 2,5.
Автор исходит из условия, что пока соотношение Ц/В
в бетоне обеспечивает возможность полноты реакций ме-
жду цементом и водой и бетонная смесь хорошо уплот-
нена, а заполнители обладают достаточной прочностью
для соответствующих марок бетона, функция представ-
ляет собой единую прямую, по крайней мере в пределах
от Д/В = 3,3 до Ц/В= 1,43. Такая точка зрения обуслов-
лена самой природой связи между Ц/В и /?б, характери-
зуемой степенью плотности цементного камня в бетоне,
в котором плотно заполнены все пустоты между кусками
и зернами заполнителя и покрыты все поверхности их
цементным камнем. Иными словами, речь идет о прочно-
сти материала, в котором единственным неплотным ком-
понентом может быть только цементный камень.
В связи с этим плотность бетона в долях от единицы
выражается так:
р = j  В-аЦ = _ В-(\-аВЩ)
1000	1000
где Р— плотность в долях единицы;
В— расход воды в бетоне в л/м3;
Ц — расход цемента в бетоне в кг/м3;
а—коэффициент, показывающий долю воды затворения, вошед-
шей в реакцию с цементом, в л/кг.
Из этой формулы линейность связи —Ц/В очевидна.
Связь для случая, когда В = 200 л и а=0,2 л/кг, показа-
на на рис. 5.7. Очевидно также, что прочность и плот-
ность взаимно связаны.
Перелом прямой /?б—Ц/В при Ц/В^2УЪ может по-
лучаться вследствие затруднений в плотной укладке бе-
тонных смесей с вязким цементным тестом. Уже при этом
возникает возможность недостаточности содержания во-
ды для нормальной гидратации цемента. Справедливость
этих положений подтверждена исследованиями, прове-
денными в НИИЖБ.
На рис. 5.8 изображены кривые нарастания прочности
бетона на цементе до 30-суточного возраста. Нарастание
прочности бетона при различных водоцементных отноше-
ниях подвергалось особенно подробному изучению в пер-
Рис. 5.7. Расчетная плотность
бетона в % при различных зна-
чениях
Рис. 5.8. Прочность бетона,
приготовленного па брян-
ском портландцементе мар-
ки 400, в зависимости от
В/Ц при нормальных усло-
виях твердения
В Ц а Ц/В Р,
200	300	0,2	86
200	400	0,2	88
200	500	0,2	90
200	600	0,2	92
вые дни твердения. Как видно из приводимых на рис. 5.8
данных, при увеличении В/Ц от 0,4 до 0,7, что соответст-
вует уменьшению Ц/В от 2,5 до 1,43, прочность бетона
уменьшилась почти в 3 раза. Опыты показывают, что с
уменьшением В/Ц до 0,4 при качественных заполнителях
и способах укладки бетона можно получить марку по-
следнего, равную примерно марке цемента.
При сохранении общей закономерности уменьшения
прочности бетона с увеличением В/Ц прямой пропорцио-
нальности между прочностью бетона и активностью це-
мента при употреблении различных цементов не наблю-
дается. Объясняется это различием минералогического
состава, тонкостью помола цемента и качеством запол-
нителей. После месячного возраста, в котором обычно
169
определяется марка бетона, нарастание его прочности
происходит в такой же зависимости от В/Ц. При этом
чем больше значение В/Ц, тем больше увеличивается
прочность бетона. И, наоборот, по мере снижения В/Ц
и увеличения марки бетона прирост прочности со време-
нем уменьшается. У быстротвердеющих бетонов и у бето-
нов, твердеющих в воздушно-сухих условиях, вообще
прирост прочности после 28 сут незначителен и наблю-
даются ее спады.
Наибольший прирост прочности бетона происходит
в водной и воздушно-влажной среде. У бетонов на шла-
копортландцементах и пуццолановых портландцементах
после 28 сут прочность увеличивается более интенсивно,
чем у бетонов на портландцементах. Бетоны на портланд-
цементах с высоким содержанием C3S быстрее набирают
прочность в ранние сроки, а на цементах с высоким со-
держанием C2S вначале твердеют медленно, однако с те-
чением времени интенсивность набора прочности относи-
тельно увеличивается. Хорошей иллюстрацией набора
прочности бетоном па одном и том же портландцементе,
но при различных В/Ц служат результаты тех же опытов,
проведенных в НИИЖБ И. М. Френкелем и М. В. Тесел-
киной (рис. 5.8). В их опытах твердение бетона протека-
ло в нормальных условиях. Водоцементное отношение
колебалось от 0,3 до 0,7 При внимательном рассмотре-
нии можно установить, что с уменьшением В/Ц не только
повышалась прочность, но и возрастала скорость ее на-
копления. Так, например, в суточном возрасте при В/Ц =
= 0,7 бетон приобрел 15% марочной прочности, при
В/Ц = ЪД она составляла 24% марочной прочности, а при
В/Ц=0,3 уже 35%. В двухсуточном возрасте соответст-
венно эти значения прочности составляли 32, 40 и 50%
марочной.
В целях ускорения твердения и одновременного повы-
шения марки бетона часто прибегают к уменьшению во-
доцементного отношения. Во избежание неоправданного
перерасхода цемента при этом обычно используют дру-
гие технологические приемы, приводящие к ускорению
твердения бетона. Для ускорения твердения и повышения
прочности бетона большое значение имеет применение
более жестких бетонных смесей с уменьшенным водосо-
держанием. Следует отметить, что с уменьшением В/Ц
потери прочности бетона после раннего замораживания
значительно снижаются. Следовательно, при зимнем бе-
170
тонировании необходимо стремиться к максимальному
сокращению количества вводимой воды. Уменьшение во-
доцементного отношения дает возможность получить по-
вышенную прочность бетона (особенно в раннем возрас-
•те) и сделать его менее чувствительным к действию мо-
роза.
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ
ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ
ОТ 1 ДО 40° С
При наличии необходимой влажности твердение бе-
тона, как правило, происходит тем интенсивнее, чем вы-
ше его температура. С понижением температуры и осо-
бенно с приближением се к 0°С твердение бетона резко
замедляется, что особенно значительно сказывается в
раннем возрасте. Объясняется это сильным снижением
активности воды в химической реакции взаимодействия
с цементом. При температуре окружающей среды 0°С
вследствие продолжающейся реакции гидратации цемен-
та, которая сопровождается тепловыделением, в бетоне
некоторое время поддерживается положительная темпе-
ратура.
Переходу критической точки через 0°С препятствует
скрытая теплота льдообразования. Замерзание в бетоне
воды, связанное с переходом ее из жидкого состояния в
твердое, происходит не сразу с наступлением температу-
ры, равной нулю, а значительно ниже. Как было показа-
но в главе 1, часть воды при отрицательных температу-
рах вообще остается в жидкой фазе, поэтому твердение
бетона продолжается, хотя и очень замедленно. При этом
активные цементы, содержащие повышенный процент
высокоосновных минералов клинкера, обеспечивают бо-
лее быстрое накопление'прочности бетона. Малоактив-
ные клинкерные цементы и цементы с тонкомолотыми до-
бавками при температурах, близких к 0°С, более резко
замедляют твердение растворов и бетонов.
Данный вопрос имеет большое практическое значение
при производстве работ как в зимних, так особенно в
осенних или весенних условиях. Методы производства
работ должны выбираться с учетом резкого замедления
твердения растворов и бетонов с приближением темпе-
ратуры к 0°С. Значительную роль в таких случаях игра-
ют добавки — ускорители твердения — и соли, которые
171
снижают точку замерзания жидкой фазы в бетопе. Для
упрощения способов производства работ и для обеспече-
ния надлежащего качества бетона в названных выше ус-
ловиях следует применять более активные и высокоэкзо-
термичные цементы.
С повышением температуры скорость твердения бето-
нов на всех цементах увеличивается, а поэтому и требо-
вания к активности цементов и содержанию добавок
меняются. При установлении сроков распалубки и частич-
ной или полной загрузки конструкций скорость нараста-
ния прочности бетона на цементах различных видов и
марок в зависимости от температуры в пределах от О
до 40° С можно принимать по табл. 5.3.
Таблица 5.3
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ БЕГОНА НА СЖАТИЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ ТВЕРДЕНИЯ, % ОТ 28-СУТОЧНОЙ
(ТВЕРДЕНИЕ ПРИ £=20° С И №=90—100%)
Бетон	Срок тверде- ния, сут	Средняя температура бетона, °C						
		—3	1 0	5	1 10	| 20	30	| 40
Марки 200 на	1		4	6	10	18	27	36
портландцементе	2	—	8	12	18	30	43	55
марки 300	3	5	12	20	25	40	52	65
	5	8	20	30	40	55	65	78
	7	10	30	40	50	65	74	85
	14	12	40	55	65	80	90	100
	28	15	55	68	80	100	—	—
Марок 200—300	1	3	5	9	12	23	35	45
на портландцемен-	2	6	12	19	25	40	55	65
те марки 400	3	8	18	27	37	50	65	77
	5	12	28	38	50	65	80	90
	7	15	35	48	58	75	90	100
	14	20	50	62	72	90	100	—
	28	25	65	77	85	100	—	
Марки 400 на	1			8	12	18	28	40	55
портландцементе	2	—	16	22	32	50	63	75
марки 500	3	10	22	32	45	60	74	85
	5	16	32	45	58	74	85	96
	7	19	40	55	66	82	92	100
	14	25	57	70	80	92	100	—
	28	30	70	80	90	100	—	—
172
Продолжение табл. 5.3
Бетон	Срок тверде- ния, сут	Средняя температура бетона, °C						
		—3	1 0	5	1 >0	| 20	1 30	| 40
Марки 500 на	1		9	13	21	32	45	59
портландцементе	2	—	17	25	36	52	65	75
марки 600	3	—	23	35	46	62	75	85
	5	—	34	47	58	75	83	90
	7	20	42	57	68	85	90	100
	14	30	58	73	82	95	100	—
	28	35	75	83	92	100	—	
Марки 200 на	1		—	3	6	12	20	35
шлакопортландце-	2	—	4	7	12	20	35	50
менте марки 300	3	2	7	12	18	30	46	63
	5	4	13	20	30	45	60	80
	7	6	18	25	40	55	70	92
	14	8	25	40	55	75	90	—
	28	10	35	55	70	100	—	
Марок 200—300	1			3	6	10	16	30	40
на	шлакопорт-	2	3	8	12	18	30	40	60
ландцементе мар-	3	5	13	18	25	40	55	70
ки 400	5	8	20	27	35	55	65	85
	7	10	25	34	43	65	70	100
	14	12	35	50	60	80	96	
	28	15	45	65	80	100	—	
Приводимые в этой таблице данные представляют со-
бой средние значения, выведенные из большого числа
опытов, проводимых в лаборатории ускорения твердения
бетона НИИЖБ в 1970—1974 гг. и уточняют величины
набора относительной прочности до 28-суточного возрас-
та по сравнению с опубликованными в предыдущем изда-
нии, которые были основаны на экспериментах 1939—
1941 гг. с некоторым уточнением по работам 1949—
1950 гг., когда марки цементов отличались от современ-
ных. Кинетика роста прочности устанавливалась на бе-
тонах, изготовленных из смесей подвижностью 6—8 см
осадки конуса.
При составлении табл. 5.3 использованы результаты
исследований твердения бетонов, приготовленных из сме-
сей с осадкой конуса 1—3 см. Для удобства использова-
173
ния этих данных при расчетах роста прочности бетонов
до 28-суточного возраста приведены графики (рис. 5.9).
Расходы и марки цементов приняты наиболее часто упот-
ребляемые на стройках при возведении монолитных кон-
струкций. При применении портландцементов, содержа-
щих трехкальциевого алюмината более 6%, скорость на-
Рис. 5.9. Нарастание прочности бетона при температурах от —3 до
+40°С
а — бетон марки 200 на портландцемеьте марки 300; б — бетон марки 400 на
портландцементе марки 500; в — бетон марки 200—300 на шлакопортландцемен-
те марки 400; г — легкий бетон марки 200 на портландцементе марки 400
растания прочности по сравнению с приводимыми данны-
ми в табл. 5.3 и на графиках увеличивается примерно на
10%. Разница в скорости набора прочности бетона на
двух цементах одинаковой марки, но с различным содер-
жанием С3А приведена в табл. 5.4.
В последние годы начинают применять легкие бетоны
при возведении монолитных конструкций, поэтому были
проведены специальные опыты по изучению скорости на-
бора прочности керамзитобетоном и аглопоритобетоном
(табл. 5.5) при температурах от —3 до 40° С.
Таблица 5.4
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА МАРОК 200-300 НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ МАРКИ 400
БЕЛГОРОДСКОГО И ВОСКРЕСЕНСКОГО ЗАВОДОВ
Возраст бетона,	Средняя температура бетона в конструкции, вС													
	—3		0		5		10		20		30		40	
сут	Б	в	Б 1	в	Б 1	в	Б 1	в	Б	1 в	Б	1 в	Б	1 в
*/2				2	4	4	6	6	10	14	15	25	25	30
1	2	4	5	G	9	12		14	22	28	41	48	53	55
2	5	6	10'	14	18	24	26	30	40	48	53	63	70	70
3	8	10	18	22	25	32	35	40	50	60	69	75	85	90
5	14	17	28	35	38	46	50	55	65	70	81	85	98	98
7	18	20	37	43	48	53	56	60	75	80	91	95	100	102
14	20	25	51	59	67	72	72	80	87	92	104	105		
28	25	30	70	75	84	85	93	93	100	100				
_ Примечание. Б — портландцемент Белгородского завода (С3А<6%); В — то же, Воскресенского завода
а (С3А>6%).
Таблица 5.5
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЛЕГКОГО БЕТОНА МАРКИ 200
НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ МАРКИ 400, %
Возраст бетона, сут	Средняя температура бетона в конструкции, °C					
	—3		0		5	
	К 1	1 А	К 1	А	К 1	1 А
1	1	2	3	3	5	6
2	3	4	9	11	14	13
3	4	5	18	20	23	24
7	6	7	35	37	48	45
28	15	16	65	67	79	73
Продолжение табл. 5.5
Возраст бетона, сут	Средняя температура бетона в конструкции, °C							
	10		20		30		40	
	К	1 А	К	1 А	к	1 А	К	1 А
1	10	10	25	24	50	48	61	61
2	24	26	50	50	63	65	75	76
3	37	40	63	62	73	75	85	86
7	58	53	80	80	91	91	97	97
28	83	82	100	100	—	—	—	—
Примечание. К — керамзитобетон; А — аглопоритобетон.
На рис. 5.9, г приведены средние данные роста
прочности бетонов на пористых легких заполнителях.
Твердение бетона на шлакопортландцементе, равно как
и на пуццолановом портландцементе, с понижением тем-
пературы замедляется более значительно, чем на порт-
ландцементе. Следует иметь в виду, что в зависимости
от минералогического состава цементного клинкера, вво-
димых молотых добавок, подвижности укладываемых сме-
сей, водоцементного отношения скорости набора проч-
ности могут существенно отличаться от указанных в
таблицах и на графиках. Например, с изменением водо-
цементного отношения, особенно в ранние сроки, ско-
рость набора прочности у бетона весьма существенно от-
личается от средних данных (табл. 5.6).
При решении вопроса о распалубке или загрузке бе-
тонных и железобетонных конструкций очень важно
иметь не только данные о температурном режиме твер-
Таблица 5.6
КИНЕТИКА РОСТА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ЦЕМЕНТНО-ВОДНОГО ОТНОШЕНИЯ
Ц/В	Прочность бетона, % от активности цемента в возрасте, сут				в/ц
	*	1 3 1		28	
3,33	30	47	57	ПО	0,3
2,86	28	45	55	100	0,35
2,5	25	38	48	80	0,4
2,22	20	32	40	70	0,45
2	16	27	34	63	0,5
1,81	14	22	28	56	0,55
1,67	12	19	25	50	0,6
дения бетона, но и результаты испытания прочности кон-
трольных образцов, хранившихся по возможности в
условиях, близких к производственным. Такие лаборатор-
ные испытания дадут возможность на фактических со-
ставах и материалах выявить более точно прочность бе-
тона с учетом местных условий. Изменение прочности
бетона во времени происходит по общему закону: внача-
ле интенсивный набор прочности до определенного опти-
мума, а затем постепенное снижение темпа ее роста.
Быстрый набор прочности происходит на стадии разви-
тия «лавинного» процесса гидратации цемента, далее —
упрочнение в течение некоторого периода, зависящего
от различных факторов, после чего интенсивность повы-
шения прочности бетона убывает.
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ
ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ОТ 40 ДО 100°С
Оптимальными условиями для твердения бетона с
точки зрения дальнейшего роста его прочности является
начальное выдерживание при пониженных положитель-
ных температурах, а затем в нормальных условиях или
при повышенных температурах. Однако в зимних усло-
виях и в ряде случаев скоростного строительства, не го-
воря о заводском и полигонном изготовлении сборных
железобетонных конструкций, имеется крайняя необхо-
димость в ускорении сроков твердения бетона после его
укладки. Для этих целей обычно требуется применение
12—23	177
того или иного способа тепловой обработки бетона в ран-
нем возрасте. Как показали наши исследования, режим
тепловой обработки следует выбирать в зависимости от
принятых видов цементов и их минералогического со-
става, заполнителей, водоцементного отношения, консис-
тенции бетонной смеси.
Эффективность различных способов тепловой обра-
ботки не одинакова. Например, пропаривание бетона
благодаря выгодному сочетанию высокой температуры
с влажностью среды приводит к лучшим результатам,
чем электропрогрев и воздушно-сухой обогрев. С повы-
шением температуры и сроков тепловой обработки, а так-
же при употреблении вместо чистых клинкерных цемен-
тов цементов с молотыми добавками эффект пропари-
вания бетона возрастает. Во многих случаях прогрев бе-
тона на портландцементе (особенно на высокоалюминат-
ном) при температуре 50° С и выше вызывает снижение
прочности, по сравнению с прочностью бетона нормаль-
ного твердения, достигающее 25% при неблагоприят-
ных режимах. Поэтому в свое время было предложено
в таких случаях прибегать перед началом прогрева к
предварительному выдерживанию бетона при понижен-
ных температурах. Малоактивные (с повышенным содер-
жанием C2S) и смешанные портландцементы при благо-
приятном режиме влажности бетона не дают снижения
прочности его при прогреве, а, наоборот, повышают ее
по сравнению с марочной. Относительная прочность бе-
тона, выдержанного до 28 сут, после пропаривания или
электропрогрева обычно составляет (% от прочности
нормально твердеющего 28 сут бетона):
на портландцементе	80—НО
на пуццолановом портландцементе	90—115
на шлакопортландцементе	100—130
При этом учитывается полученная прочность как не-
посредственно после тепловой обработки бетона, так и в
последующем, при твердении его до 28-суточного возрас-
та в нормальных условиях. Следовательно, при подборе
состава бетона необходимо учитывать влияние тепло-
влажностной обработки на фактически получаемую проч-
ность бетона.
При тепловой обработке бетона на заводах и полиго-
нах железобетонных изделий особое значение имеет в
большинстве случаев так называемая отпускная проч-
178
Рис. 5.10. Проч-
ность бетона, при-
готовленного на
портландцементе
марки 400, в за-
висимости от дли-
тельности пропа-
ривания при раз-
личных температу-
рах, % ОТ /?28
Re [ Температура пропаривании °C
%	I 65» I jo -
» I
йй
аа
Ъ/1ЦО$\[)ас*од ^M£Hrpcl31\Rt
100
80 \
60\
и I l	i	i	i	i i	।—rm—
20—\-----------
о । ।	I	I	I	I I	I I I I I
В/Ц =0,65; расход цемента289
30^^71 кттП
60
’ШУЛ'ШШШ.
20
0
100
80
й
г;|
12 18 24 36 12 18 24	8 12 18
8/Ц -00, расход цемента 375

%
3-
1м-180 МПа
Ry
[2Я =260 МПа
н =34,2мпа
Ri_______
Длительность пропаривания, ч
□ Сразу после пропаривания
угх Пропаренные с последующим нормаль -
ным хранением в течение годней
И Контрольные 7-и 28-дневные
Рис. 5.11. Проч-
ность бетона, при-
готовленного на
пуццолановом
портландцементе
марки 400, в зави-
симости от дли-
тельности пропа-
ривания при раз-
личных темпера-
турах, % ОТ /?28
Время пропаривания
Сразу после пропаривания
Про пари Ван ио с последующим
хранением до 28 дней
„контрольные 7-и 28 -дневные
12:
179
ность бетона, определяемая через 12 ч после окончания
тепловой обработки.
На рис. 5.10, 5.11, 5.12 приведены данные о прочности
бетона на трех видах цемента в процентах от /?28 в за-
висимости от температуры и длительности пропарива-
ния. Из приведенных диаграмм видно, что у бетона на
О Сразу после пропаривания
Пропаренные с последующим нормаль-
ным хранением до 28 дней
Ш контрольные 7-и 28 - дневные
Рис. 5.12. Прочность бетона, приготовленного на шлакопортландце-
менте марки 250, в зависимости от длительности пропаривания при
различных температурах в % от /?2в
портландцементе к 28-суточному возрасту после пропа-
ривания имеется недобор прочности по сравнению с
нормально твердеющими образцами; у бетона на пуццо-
лавизированном портландцементе получаемый процент
прочности относительно выше, чем у бетона на портланд-
цементе, и, наконец, у бетона на шлакопортландцементе
во всех случаях имеется превышение 28-суточной проч-
ности нормального твердения. Объясняется это тем, что
тонкомолотые активные добавки, а тем более доменные
180
гранулированные шлаки при прогреве вовлекаются в
процесс твердения, обеспечивая тем самым относитель-
ное приращение прочности бетона.
Форсированная гидратация портландцемента без тон-
комолотых добавок и без увеличенной добавки гипса при
повышенных температурах приводит к быстрому образо-
ванию кристаллических сростков и плотной оболочки но-
вообразований. Эта оболочка мешает дальнейшему углу-
блению процессов гидратации минералов клинкера. При
введении же активных кремнеземистых добавок или до-
менных шлаков выделение свободной гидроокиси каль-
ция благоприятствует гидратации самого цемента и во-
влекает в процесс твердения добавки. Портлапдцсмент-
ный камень после тепловой обработки получается более
хрупким и менее плотным, что и снижает его прочность.
Лучшие результаты нами были получены при добавке
2% хлористого кальция или увеличенной добавке гипса.
В этих случаях получалась высокая прочность при про-
греве, но не наблюдалось снижения прочности бетона в
дальнейшем. При употреблении быстротвсрдеющих це-
ментов, жестких смесей и более жирных составов бетона
интенсивность нарастания прочности бетона увеличива-
ется.
По соображениям оптимального режима для тверде-
ния бетона температура ниже 60° С может применяться
только при употреблении высокоалюминатных и быстро-
твердеющих портландцементов.
При тепловой обработке бетона на глиноземистом
цементе не достигается дополнительное ускорение его
твердения. Поэтому такой бетон, как правило, не реко-
мендуется подвергать тепловой обработке.
За основную характеристику (марки) бетона принят
предел прочности его при сжатии. Пределы прочности бе-
тона при разрыве, изгибе, ударе, истирании и т. п. при-
близительно определяют от пропорциональной зависи-
мости их от величины предела прочности при сжатии.
Некоторые данные о характеристике прочности бетона
не только при сжатии, но и при других видах испытания
приводятся ниже-
В порядке обобщения характера поведения различных
цементов при тепловой обработке приведена диаграмма
сравнительной прочности бетона в 28-суточном возрасте
после того, как он подвергался тепловлажностной обра-
ботке (рис. 5. 13). Наибольший эффект достигается при
181
употреблении шлакопортландцемента и пуццоланового
портландцемента и наименьший — при употреблении
глиноземистого цемента.
На диаграмме за 100% принята прочность бетонов на
всех видах цементов, полученная при нормальном 28-су-
точном хранении. Во всех случаях производится сравне-
ние (в процентах) прочности бетонов, подвергшихся
тепловой обработке, а затем твердевших до 28 сут в нор-
мальных условиях с /?2в нормального хранения. Учитывая,
что тепловая обработка бетона оказывает неодинаковое
Рис. 5.13. Эффективность про-
паривания бетона па различ-
ных цементах (прочность бето-
на дана в процентах после про-
паривания и нормального хра-
нения до 28-суточного возрас-
та) при различных условиях
1 — нормальное хранение бетона на
всех видах цемента — 28 сут; 2 —
пропаривание бетона на портланд-
цементе с содержанием С3А более
8% через 1—2 ч после укладки:
3— выдерживание бетона до пропа-
ривания в течение 8—12 ч или до-
бавка гипса; 4 — пропаривание бе-
тона на шлакопортландцементе;
5 — то же, на пуццолановом порт-
ландцементе; 6 — то же, на глино-
земистом цементе
действие на цементы одного и того же вида и мар-
ки, рекомендуется перед началом работ осуществлять
пробную теплообработку бетонных образцов на имею-
щемся на строительстве цементе при требуемых темпера-
турах.
В результате таких опытов уточняются состав бетона
и расход цемента. При этом может оказаться, что при
прогреве необходимо уменьшить расход шлакопортланд-
цемента, а расход некоторых портландцементов увели-
чить по сравнению с расходом цемента, установленным
для нормального режима твердения.
Эффективность прогрева бетона с различными расхо-
дами цемента, а следовательно, и водоцементными отно-
шениями не одинакова. С уменьшением водоцементного
отношения интенсивность твердения бетона возрастает.
Так, например, при расходе портландцемента марок
400—500, равном 300 кг/м3, после 12 ч пропаривания при
/ = 80° С прочность бетона составляет 50% от /?28, а при
расходе 500 кг/м3 она увеличивается до 65%.
182
С уменьшением расхода цемента до 200—250 кг/м3
интенсивность роста прочности бетона снижается
(рис. 5.14). Объясняется это тем, что цементное тесто,
как и всякий минеральный клей, с увеличением его гус-
тоты затвердевает быстрее. Указанная на рисунке за-
висимость получаемой прочности при пропаривании бе-
тона от расхода цемента получена при работе с бетон-
ными смесями подвижностью 2—3 см.
Одновременно с увеличением количества выпускае-
мых заводами цементов в настоящее время значительно
Рис. 5.14. Интенсивность на-
растания прочности бетона при
пропаривании в зависимости от
расхода цемента
Расход портландцемента
улучшилось их качество Средняя активность цемента
превышает 40 МПа. По заводским данным о минералоги-
ческом составе портландцементных клинкеров, в боль-
шинстве случаев содержание трехкальциевого силиката
в них повысилось до 50—65%. Повышается тонкость по-
мола цемента и улучшается обжиг цементного клинкера.
Благодаря переходу на жидкое топливо (вместо пыле-
видного каменноугольного) алюминатпость цементов
уменьшилась. Введение активных молотых добавок по-
вышает эффективность тепловой обработки бетона желе-
зобетонных конструкций, однако снижает его марочную
прочность.
За счет использования жестких бетонных смесей с по-
ниженным водоцементным отношением могут быть зна-
чительно сокращены сроки пропаривания. В табл. 5. 7
приведены результаты наших совместно с Г А. Аробелид-
зе испытаний бетона на различных цементах после пропа-
ривания при 80° С в течение 7, 13 и 19 ч.
Как показали опыты, повышение температуры до
95° С практически не приводит к ускорению твердения
бетона на заводских портландцементах- Введение же до-
бавки к портландцементу в количестве 25% тонкомоло-
183
Таблица 5.7
ЗАВИСИМОСТЬ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ СЖАТИИ ОТ
Цемент	Общий расход вяжущего в кг на 1 м3 бетона	Состав вяжущего		В/Ц	Осадка стандарт- ного конуса, см	Прочность бето- на через 28 сут нормального хранения, МПа	
		составляющие	содержа- ние, %				
Портландце- мент Воскресен- ского завода	300	Портландце- мент	100	0,48		33,3	
		Портландце- мент, трепел	75 25	0,66	1,5	23,6	
		Портландце- мент, гранулиро- ванный шлак	70 30	0,46		34,6	
Портландце- мент Белгород- ского завода	300	Портландце- мент	100	0,5			
		Пор гланд це- мент, трепел		0,'		20,6	
		Портландце- мент, гранулиро- ванный шлак	70 30	0,5			
Портландце- мент Белгород- ского завода	500	Портландце- мент	100	0,34	5	54	
		Портландце- мент, трепел	75 25	0,52	0,5		
		Портландце- мент, гранулиро- ванный шлак	70 30	0,37		48,4	
Шлакопорт- ландцемент	300	Шлаконорт- ландцемент	100	0,51		19,3	
	400	То же	100	0,37	3,5	24,8	
Примечания: 1. Среднее время выдержки бетона перед пропарива
2. Повышение температуры до 80° С осуществлялось
3. Образцы остывали вне камеры пропаривания в тече
184
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОПАРИВАНИЯ ПРИ 80° С
	Продолжитель- ность изотерми- ческого прогре- ва, ч	Прочность образцов 10X10X10 см, МПа, через			Прочность бетона, % от марки бетона на том же вяжущем в возрасте			Прочность бетона, % от марки бетона на цементе без добавки в возрасте		
		3 ч	28 сут	90 сут	3 ч	28 сут	90 сут	3 ч	28 сут	90 сут
	7	22,1	30,2	37,4	66	91	113	66	91	113
	13	23,2	32,3	35	70	97	108	70	97	108
	19	24,7	30,5	37,8	74	92	114	74	92	114
	7	22,3	26,6	33,2	95	ИЗ	141	67	80	100
	13	24,7	26,8	31,5	104	114	134	74	81	95
	19	25	26,4	30,3	106	112	129	75	79	91
	7	25,3	33,7	38,2	73	97		76	101	115
	13	29,7	37,8	40,3	86	109		89	114	121
	19	31,2	36	39,2	90	104		94	108	118
	7	16.3	35,1	35,8	56	120	123	56	120	123
	13	20,6	30,7	35	71	105	120	71	105	120
	19	23,7	30,6	35,;	81	105	121	81	105	121
	7	16	18,2	25,5	78	89	Г24	55	62	88
	13	22,2	—	26	108		126	76		89
	19	23,8	21	28,3	116	102	137	82	72	97
	7	15,6	31.3	39,2	48	97	122	54	107	134
	13	21,1	33,6	40	66	104	124	72	115	137
	19	24,3	33,8	38,8	76	105	121	83	116	133
	7	39,7	60,1	63,3	73	111	117	73	111	117
	13 19	43 43,7	56,9 54,3	62,4 62	80 81	105 101	116 115	80 81	105 101	116 115
	7 13 19	27,4 29 30,7	30,9 32,7	35,4 38,7 35,4	83 88 93	94 100	108 118 108	51 54 57	57 61	65 72 65
	7 13	32 39,9	50,4 52,4	57,4 64	66 82	104 109	119 132	59 74	94 97	106 119
	19	43,2	49,1	60,2	89	102	124	80	91	102
	7 13 19	13 16,6 17,6	23,8 23,1	30,2 27 25,4	67 86 91	124 120	157 140 132	67 86 91	124 120	157 140 132
	7 13 19	20,7 25,6 26,4	39,7 40,9 39,8	42,6 46,5 46,1	83 103 106	160 165 161	171 187 186	83 103 106	160 165 161	171 187 186
ч.
нием составляло 4—5
в течение 3 ч.
ние 3 ч при температуре воздуха 20—25® С.
185
того трепела или гранулированного шлака обеспечивает
эффективность повышения температуры пропаривания
до 95° С.
Пропаривание бетона на высокосортном цементе и
при низком ВЩ при температуре 80° С в течение 7 ч
(плюс 3 ч на подъем температуры и 3 ч на остывание),
как правило, обеспечивает получение прочности бетона
до 50—75% от /?28- В дальнейшем с увеличением длитель-
ности пропаривания бетона с 7 до 13 ч имеет место при-
рост прочности до 70—80% от /?2в- Таким образом, эф-
фективность увеличения сроков пропаривания такого
бетона падает. Более продолжительный срок тепловой
обработки такого бетона при 80° С оказывался совсем
нецелесообразным. Следует отметить, что расход порт-
ландцементов в этих случаях составлял 300 и 500 кг/м3,
малоподвижная бетонная смесь изготовлялась на гранит-
ном щебне и москворецком песке хорошего качества.
При введении тонкомолотого гранулированного шла-
ка эффективность пропаривания сохраняется до 1 сут, а
при добавлении молотого трепела этот срок достигает
12 ч. С уменьшением водоцементного отношения и с уве-
личением жесткости укладываемой бетонной смеси эф-
фект кратковременного пропаривания возрастает. Сле-
довательно, при работе с высокопрочными бетонами сро-
ки пропаривания могут быть значительно сокращены.
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ НА ПРОЧНОСТЬ
БЕТОНА НА ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ
Использование шлакопортландцемента при производ-
стве бетонных и железобетонных работ в зимних услови-
ях в большинстве случаев является нежелательным. Иск-
лючением является укладка бетона в массивные констру-
кции и применение тепловой обработки. В других случа-
ях при отрицательных температурах требуются только
быстротвердеющие повышенной марки шлакопортландце-
менты. К сожалению, в настоящее время на зимние
стройки в большом количестве доставляются шлакопорт-
ландцементы невысоких марок. Это приводит к удоро-
жанию и усложнению методов производства работ, к
длительному выдерживанию монолитных конструкций
до распалубки. Желательно, чтобы поступающие на зим-
ние стройки шлакопортландцементы содержали меньшее
количество добавляемого к цементу шлака.
186
Опыт применения их у нас имеется начиная с тридца-
тых годов [47]. Учитывая экономичность этого цемента,
так как для его производства используются отходы ме-
таллургического производства, он в достаточно больших
количествах выпускается в ФРГ, ГДР, Бельгии, Фран-
ции, Польше, Чехословакии и других странах. Шлако-
портландцемент экономически выгодно использовать при
возведении массивов (плотин, фундаментов), при уклад-
ке бетона в агрессивных средах, особенно в сульфатных
водах. Шлакопортландцемент, например, применялся
при восстановлении разрушенной плотины Днепрогэс,
при сооружении плотины Каховской ГЭС и других.
Для строительства Каховской ГЭС автором были про-
изведены испытания бетонов на шлакопортландцементе
на прочность и морозостойкость. Были сделаны рекомен-
дации по повышению прочности и морозостойкости бето-
нов, которые изготовлялись из весьма подвижных смесей.
В одном из первых нормативных документов по про-
париванию бетона автором в 1938 г. отмечалось, что на-
ибольший эффект от пропаривания в сравнении с нор-
мальным твердением имеет место при применении шла-
копортландцемента.
Интенсивность твердения цементов с добавкой домен-
ных шлаков как при пропаривании, так и в нормальных
условиях зависит от вещественного и химико-минерало-
гического состава компонентов (цемента и шлака), их
дисперсности и гранулометрического состава, микро-
структуры и др.
Особенно велико многообразие факторов, влияющих
на характер твердения шлакопортландцементов, состав-
ляющие которых сильно различаются по своей гидрав-
лической активности, размалываемости и другим харак-
теристикам. Например, вещественный состав этих це-
ментов может колебаться в значительных пределах
(допустимое содержание шлака в шлакопортландцемен-
тах по стандарту, составляет от 30 до 60%, а в некото-
рых случаях допускается содержание и 70% шлака).
Процессы твердения шлакопортландцемента, особен-
но с высоким содержанием шлака, по сравнению с порт-
ландцементами в целом являются более сложными, по-
скольку более сложен их состав, а клинкерный и суль-
фатный компоненты в составе шлакопортландцементов
кроме своих обычных функций способствуют также про-
187
явлению скрытой гидравлической активности доменных
гранулированных шлаков.
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на
свойства и интенсивность твердения этих цементов, явля-
ется дисперсность и гранулометрический состав. В на-
стоящее время цементная промышленность СССР выпус-
кает в основном шлакопортландцементы сравнительно
невысокой дисперсности, содержащие более 50% шлака
и характеризующиеся марками 200—400. Бетоны на этих
цементах отличаются медленным ростом прочности, осо-
бенно в условиях низких положительных и отрицатель-
ных температур. Применение их для изготовления сбор-
ного железобетона требует некоторого удлинения изотер-
мического периода или перерасхода цемента на 10—12%
по сравнению с равномарочными портландцементами.
Несмотря на это, применение этих бетонов в целом ряде
случаев вследствие меньшей их себестоимости экономи-
чески оправдано (при заводском изготовлении железобе-
тона, в подводных гидротехнических сооружениях, в со-
оружениях, подверженных воздействию агрессивной, в
частности сульфатной, среды).
Однако для интенсивного твердения шлакопортланд-
цементов необходимо, чтобы их дисперсность характери-
зовалась удельной поверхностью не менее 3500—
4000 см2/г при ограниченном содержании шлака в цемен-
те (30—50%). Такие цементы эффективно могут приме-
няться для изготовления бетонов, твердеющих как в ус-
ловиях обычных температур, так и при тепловой обра-
ботке.
С участием С. А. Высоцкого и И. В. Смирновой в
лаборатории методов ускорения твердения бетонов
НИИЖБ проведены исследования по определению ра-
ционального количества шлаков в цементах при тепло-
вой обработке бетонов. В экспериментах были использо-
ваны вяжущие, приготовленные путем совместного помо-
ла воскресенского клинкера и тульского шлака, а также
магнитогорских клинкера и шлака, гранитный щебень
наибольшей крупностью 20 мм и речной кварцевый песок
с jWKp=l,82. Эксперименты проводились на бетонах двух
составов 1 2,02 3,43 (В/#=0,4) и 1 3,51:5,33 (ВЩ=
= 0,6), изготовлявшихся из бетонных смесей примерно
одинаковой жесткости (35—45 с). При этом бетонные
смеси на цементе с содержанием 80% шлака характери-
зовались несколько большей величиной жесткости (при-
188
мерно на 10 с) по сравнению с клинкерным цементом.
Физико-механические свойства применявшихся цемен-
тов, по данным НИИЦемента, приведены в табл. 5.8,
из которой следует, что «разбавление» клинкера шлаком
приводит к уменьшению прочности растворов на сжатие,
одпако при этом прочность на растяжение при изгибе
остается примерно на одном уровне. Применяемый как
добавка, шлак имел высокую активность.
Приведенные на рис. 5.15, а, б данные свидетельству-
ют о том, что в условиях нормального твердения увеличе-
ние содержания шлака в цементе до 40% незначительно
влияет на изменение прочности бетона, однако в бетонах с
В/Ц=0,6 наблюдается тенденция к снижению прочности.
Дальнейшее же увеличение содержания шлака от 40 до
80% сопровождается резким падением прочности бетона,
составляющем 32—36%• На полученных нами результа-
тах сказывается несколько большая дисперсность цемен-
та с содержанием 40 и 80% шлака по показателю остатка
на сите 10 000 отв/см2 при одинаковой удельной поверх-
ности цементов (см. табл 5.8). Кроме того, некоторые
исследователи отмечают меньшее содержание Кристалли-
ческой гидроокиси кальция, что объясняется связывани-
ем ионов Са+2 из жидкой фазы твердеющей системы
зернами шлака с образованием гелевых масс гидросили-
катов кальция, а также образованием более плотной
гидросиликатной гелевой структуры. Это в свою очередь
благоприятно отражается и на механической прочности
бетонов на шлакопортландцементах, в особенности — на
прочности при растяжении. При этом в растворных об-
разцах, предназначенных для определения активности
цементов, увеличение отношения прочности при изгибе к
прочности при сжатии по мере увеличения содержания
шлака в цементах происходит, по-видимому, в большей
степени, чем в бетонах.
Пропаривание приводит к существенному росту проч-
ности бетонов на цементах с высоким содержанием шла-
ка. Исходя из приведенных результатов можно сделать
вывод, что прочность бетонов на цементах с различным
содержанием шлака через 10—12 ч после пропаривания
находится примерно на одном уровне (как при В/Ц=0,4,
так и при В/Ц—0,6). Последующее твердение бетона
после пропаривания в нормальных условиях в течение
27 сут протекает по-разному в зависимости от вещест-
венного состава цементов и водоцементного отношения.
189
Таблица 5.8
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ КЛИНКЕРА ВОСКРЕСЕНСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА
И ТУЛЬСКОГО ШЛАКА. ДОБАВКА 5% ГИПСА СВЕРХ 100%
Состав цемента по массе, %		Тонкость помола цемента				Сроки схватыва- ния, ч—мин			Прочность, МПа, при			
		Удельная поверх- ность, см2/г	Остаток на си- тах, %		Нормальная густота цементного теста, %			Рас- плыв конуса, мм	изгибе сте,	в возра- сут	сжатии сте,	в возра- сут
клинкер	шлак		0,085	0,083		начало	конец			28		28
100	0	3700	8,6	20	25,5	2	3—45	116	5,6	7	37,2	48,1
80	20	3760	6,7	17	25,75	2—40	3—55	116	6	6,5	35,2	46,9
60	40	3720	7	14	25,75	2—30	4—10	118	5,8	7	32,7	40,5
40	60	3540	6,4	17	26,75	3—50	5—35	119	4,8	7,4	27,2	
20	80	3520	5,8	12	27,5	3—55	5—45	122	5.2	7,3	23,5	32,2
0	100	3583	2,7	12	28,25	4—25	9—40	122	4,5	5,5	11,8	14,7
Бетон на клинкерном цементе увеличивает прочность в
1,16 раза при ВЩ=0,4 и в 1,19 раза при В/Д=0,6, на
цементе с содержанием 40% шлака — соответственно в
1,22 и в 1,31 раза и на цементе с содержанием 80% шла-
ка— в 1,04 и в 1,27 раза. По-видимому, в цементах с вы-
соким содержанием шлака клинкерная составляющая
цемента после пропаривания в значительной степени ис-
черпывается, а оставшиеся негидратпрованными зерна
клинкера и шлака не в состоянии обеспечить дальнейше-
го набора прочности в условиях твердения при комнат-
ных температурах.
Вследствие этого в 28-суточном возрасте после про-
паривания прочностные характеристики бетонов на це-
ментах с умеренным содержанием шлака (40%), как
правило, на 10—15% превышают соответствующие по-
казатели бетонов на цементах с содержанием шлака
60—80%. Можно предположить, что по мере дальней-
шего твердения эта разница будет увеличиваться и пре-
имущества цементов с умеренным содержанием шлака
будут сказываться в еще большей степени.
Анализируя данные, приведенные на рис. 5.15, необ-
ходимо отметить в ряде случаев некоторый недобор проч-
ности пропаренных бетонов к 28 сут последующего твер-
дения в нормальных условиях по сравнению с марочной
прочностью. Для бетона на клинкерном цементе этот не-
добор составил 8% при В/Д=0,4 и 15%—при ВЩ=
= 0,6, а на цементе с содержанием 40% шлака—7—6%,в
то время как бетон с содержанием 80% активного с повы-
шенной тонкостью помола шлака показал значительное
превышение марочной прочности (примерно на 20%) уже
через 10—12 ч после пропаривания по режиму 3+6+3 ч
при 95° С. Подобное явление объясняется деструкцией
свежеотформованного бетона вследствие температурного
расширения его компонентов. Однако в большинстве слу-
чаев при пропаривании бетонов на шлакопортландцемен-
тах по близкому к рассматриваемому режиму обычно
получалось превышение прочности пропаренного бетона
в 28-суточном возрасте над марочной (на 10—20% и бо-
лее). Это, по-видимому, объясняется применением завод-
ских шлакопортландцементов сравнительно невысокой
активности (по сравнению с применявшимися в рассмат-
риваемых экспериментах).
Необходимо также принимать во внимание минерало-
гический состав воскресенского клинкера, отличающего-
191
ся, как правило, повышенным содержанием С3А. В усло-
виях пропаривания это приводит к формированию круп-
нокристаллического каркаса из кубического С3А-6Н2О с
повышенной равномерной пустотностью. Из сравнения
данных, приведенных на рис. 5.15 и 5.16, видно, что от-
носительная прочность бетонов на цементе с повышенным
Содержание шлака 8 цементе, %
Рис. 5.15. Изменение
прочности бетона в
зависимости от со-
держания шлака в
цементе при различ-
ных условиях тверде-
ния
а - В/Ц=0,4; б - В/Ц=
=0,6; 1 — 28 сут тверде-
ния при нормальных ус-
ловиях; 2 — пропарива-
ние по режиму 34-64-3 ч
при f=95° С; 3 — то же,
затем 28 сут твердения
в нормальных условиях
содержанием шлака после пропаривания и последующе-
го твердения значительно превышает этот показатель для
бетонов на цементах, содержащих до 40% шлака. Пред-
ставленные на рис. 5.16 данные о нарастании прочности
бетона при пропаривании свидетельствуют о том, что для
бетонов на исследованном цементе, содержащем до 60—
80% шлака, не требуется увеличения длительности изо-
термической выдержки более 8 ч. При коротких режимах
пропаривания, особенно в бетонах невысоких марок, вы-
192
Являются преимущества цеМейтЭ, Содержащего 40% шла-
ка и чистого клинкерного цемента. К 28 сут последующе-
го твердения в нормальных условиях прочность бетонов,
пропаренных по различным режимам (рис. 5.16), в зна-
чительной степени выравнивается и практически не за-
висит от длительности изотермического периода.
Рис. 5.16. Изменение
прочности бетона,
приготовленного на
цементах с различ-
ным содержанием
шлака, в зависимости
от длительности изо-
термической выдерж-
ки при / = 95° С
а-В/Ц=0,4; 6 — ВЩ
=0,6;	1—содержание
шлака 40%; 2 — то же,
80%;	3— без шлака.
Сплошными линиями по-
казаны испытания через
10—12 ч после пропарива-
ния, пунктирными — ис-
пытания в возрасте
28 сут после пропарива-
ния
Таким образом, проведенные исследования подтвер-
дили преимущества применения шлакопортландцемента
с умеренным содержанием шлака. Полученные результа-
ты показывают, что при использовании высокой активнос-
ти портландцементного клинкера и до 70% основного
шлака при тепловой обработке можно получить бетоны
средних марок (200—300).
При выборе цемента для бетонирования в зимних ус-
ловиях необходимо учитывать замедленное твердение
13-23
193
цементов с высоким содержанием шлаков, особенно при
невысоких температурах тепловой обработки. В связи с
этим в зимнее время при бетонировании немассивных
конструкций следует применять лишь быстротвердеющие
шлакопортландцементы, которые должны содержать не
более 30—50% шлака и иметь марку не менее 400.
ТРЕБОВАНИЯ К ЦЕМЕНТАМ, ЗАПОЛНИТЕЛЯМ И ДОБАВКАМ
За последние годы в строительстве все более широ-
кое применение находит быстротвердеющий бетон высо-
кой прочности — марки 400—500 и более. Технологичес-
кие особенности приготовления такого бетона еще недос-
таточно полно освещены в литературе и инструктивных
материалах, что в значительной мере мешает успешному
внедрению его в массовое строительство при сборном и
монолитном железобетоне. Применение такого бетона
представляет интерес и при зимнем бетонировании. Ос-
новным требованием для внедрения бетона высокой проч-
ности является получение быстротвердеющих высоко-
прочных портландцементов, щебня из твердых горных
пород, изготовление жестких бетонных смесей с малым
водоцементным отношением и введением пластифициру-
ющих добавок совместно с ускорителями твердения.
Из портландцементов для приготовления высокопроч-
ного быстротвердеющего бетона наиболее целесообразно
применять высокоалитовые цементы с высоким содержа-
нем одного из минералов — плавней (С3А или C4AF). Для
бетонов, твердеющих в естественных условиях, следует
применять высокоалитовые алюминатные портландце-
менты. Для бетонов, подвергаемых тепловлажностной
обработке, значительно эффективнее оказываются алито-
во-алюмоферритовые портландцементы.
Точка зрения о преимуществе белитовых портландце-
ментов для бетонов, подвергаемых тепловой обработке,
справедлива только при длительных циклах прогрева,
обеспечивающих высокую относительную прочность бе-
тона, в особенности при автоклавной обработке его.
Опыты показали, что алитовые и высокоалитовые порт-
ландцементы, составляющие основную продукцию совре-
менных отечественных цементных заводов, обеспечивают
при любых режимах тепловлажностной обработки более
высокую абсолютную прочность бетона, а при кратковре-
менном прогреве (до 12 ч) и более высокую относитель-
ную прочность.
194
Для получения высоких прочностей бетона в раннем
возрасте нормального твердения и после тепловой обра-
ботки большое значение имеет тонкость измельчения це-
мента и количество вводимого гипса. Для выявления ро-
ли гипса были проведены опыты на портландцементах
резко отличающегося минералогического состава.
Помол клинкеров нами производился в шаровой мель-
нице до тех пор, пока через сито с 10 000 отв/см2 не про-
ходило 75% массы взятой навески, что примерно соответ-
ствует оптимальной удельной поверхности 4000 см2/г. В
процессе помола в клинкер вводилось 4% высокопрочно-
го полуводного гипса. В качестве заполнителей применя-
лись гранитный щебень с предельной крупностью зерен
до 30 мм и москворецкий песок. Состав бетона 1 1 :2,5
(по массе), Д/В = 2,78 (Д=500 кг/м3), жесткость бетон-
ной смеси 25—35 с (осадка стандартного конуса 0). Для
установления оптимальной дозировки гипса в цемент
перед затворением вводилось дополнительное количество
того же гипса. Часть бетонных образцов после фор-
мования подвергалась пропариванию при 80° С в те-
чение 17 ч, в том числе 3 ч на подъем температуры
(табл. 5.9).
Оптимальная величина общей добавки полуводного
гипса по показателям суточной и трехсуточной прочности
нормально твердеющего бетона близка к 8% как для низ-
коалюминатного цемента завода «Комсомолец» (С3А—
2,91 %), так и для высокоалюминатного цемента Таузско-
го завода (С3А— 17,07%). Как видно из той же табл. 5.9,
наличие оптимального содержания гипса особенно важно
для высокоалюминатного цемента Таузского завода,
прочность которого при недостатке или избытке гипса
снижается. В то же время изменение прочности алитово-
алюмоферритового цемента при таких же колебаниях
содержания гипса незначительно.
Эффективность тепловой обработки бетона на али-
тово-алюмоферритовом цементе завода «Комсомолец»
при добавке 4% гипса значительно выше, чем на вы-
сокоалюминатном цементе Таузского завода. Однако с
повышением содержания гипса в последнем эффектив-
ность пропаривания бетона значительно увеличивается.
Величина оптимальной добавки гипса для высокоалюми-
натного цемента при тепловой обработке несколько вы-
ше, чем при твердении в нормальных условиях. Вопрос
о применении химических добавок рассматривается более
13*
195
^Таблица 5.9
<g
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ГИПСА В ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ
И УСЛОВИЙ ТВЕРДЕНИЯ
Портландцемент		Допол- нительная добавка гипса, %										
			Общее содержа- ние гипса, %	Предел прочности при сжатии								
				МПа					% от /?28 на исходном цементе			
				при нормальном твердении в возрасте, сут				после пропа- ривания	при нормальном твердении а возрасте, сут			после пропа- ривания
				1 1 3 1			28		1 1 3 1		|	28	
Завода	<Комсо-	0	4	40,3	53,7		70	64,7	58	77	; юо	93
молец»												
		2	6	44,9	59,8		—	64	64	85	—	92
		4	8	46,9	59,6		—	65	67	85	—	93
		6	10	40,7	56,2		—	64,9	58	80	—	93
Гаузского	завода	0	4	27,5	37,1		58	45,1	47	64	100	78
		2	6	37,1	39,9		—	49	64	69	—	84
		4	8	42,3	49,2		—	51,5	73	85	—	89
		6	10	20,7	42,5			52,3	36	73	—-	ДО
подробно в главе 8, поэтому здесь мы на нем не останав-
ливаемся.
Опыты, проведенные более чем на 20 цементах, пока-
зали, что эффективность пропаривания бетона на совре-
менных цементах значительно выше нормировавшейся в
свое время старыми техническими условиями.
Для получения наи-
большего эффекта при
работе на смешанных це-
ментах весьма важным
фактором является их
состав, т. е. соотношение
между клинкером, гип-
сом и активной минераль-
ной добавкой.
Активностью цемен-
та, как известно, опреде-
ляется расход его в бе-
тоне данной прочности
и удобоукладываемости.
Для бетона с подвижно-
Рис. 5.17. Зависимость между
маркой цемента и его расхо-
дом в бетонах различных ма-
рок при подвижности бетонной
смеси, соответствующей осадке
стандартного конуса 2—4 см
стью смеси, соответству-
ющей осадке стандарт-
ного конуса 2—4 см, за-
висимость расхода це-
мента от его активности
приводится на рис. 5.17
Кривые на графике по-
называют, что во избежание больших расходов цемента
при данной удобоукладываемости смеси для высокопроч-
ного бетона (500 и более) целесообразно применять це-
менты марки 500—600.
Наряду с выбором цементов и назначением составов
бетонных смесей необходимо больше уделять внимания
выбору заполнителей. Последние работы показали целе-
сообразность применения в монолитном железобетоне
легких пористых заполнителей. Недопустимым является
применение песчано-гравийных смесей.
В специально проведенной работе сравнивались меж-
ду собой шесть различных видов крупного заполнителя:
обычный гравий; такой же гравий, но дробленый; из-
вестняковый щебень; гранитный щебень; цементный
клинкер (наиболее активный в техническом отношении
крупный заполнитель); щебень из плотного магнитного
197
железняка. При прочих равных условиях из распростра-
ненных видов крупного заполнителя наибольшую проч-
ность обеспечил бетону гранитный щебень. Что же каса-
ется гравия из цементного клинкера и щебня из магнит-
ного железняка, то они по сравнению с гранитным щеб-
нем никакого преимущества не показали.
В результате более слабого сцепления поверхности зе-
рен гравия с раствором прочность бетона снижается на
10—15%. Дробление гравия, т. е. превращение его в ще-
бень (при достаточной плотности породы и прочих рав-
ных условиях), повышает прочность бетона на 10%.
Малоподвижные смеси с повышенным и высоким рас-
ходом цемента, наиболее характерные для высокопроч-
ных бетонов, требуют меньшего содержания песка в сме-
си заполнителей. Однако для каждого вида крупного за-
полнителя (по форме и крупности зерен и зерновому
составу) существует предел уменьшения коэффициента г,
ниже которого смесь расслаивается или теряет удобооб-
рабатываемость независимо от подвижности и содержа-
ния цемента. Пределом снижения относительного содер-
жания песка в смеси заполнителей (по массе) является
гопт = 0,25—0,28.
Кроме прочности крупных заполнителей на прочность
бетона в ряде случаев влияет их морозостойкость. Мо-
розостойкость крупных заполнителей для бетона иссле-
довалась нами для строительства Куйбышевского гидро-
узла и для Камской гидроэлектростанции. В том и другом
случае испытанию подвергался щебень из изверженных
пород (гранита, диабаза) и из осадочных пород (различ-
ного рода известняков, доломитов), а также гравий.
Испытание на морозостойкость производилось для Куй-
бышевского гидроузла до 500 циклов замораживания и
оттаивания, а для Камской ГЭС до 150 циклов. Испы-
танию подвергался щебень крупностью 50 и 150 мм.
В процессе испытания устанавливалось изменение массы
щебня. До 25 циклов замораживания масса щебня уве-
личивалась на 0,2—1,2% за счет дополнительного насы-
щения водой, а затем к 75—150 циклам масса снизилась
до первоначальной, принятой за 100%. Во всех случаях,
за исключением пористого известняка, образцы щебня
СКГУ выдержали 500 Циклов замораживания и оттаи-
вания. При этом у известняка и доломита потерялось
около 3% массы, у гранита и диабаза — менее 1 %. Пори-
стый известняк выдержал 225 циклов замораживания и
198
оттаивания. Щебень бблёё крупных размеров имел не-
сколько большие потери массы, что надо объяснить глав-
ным образом механическими воздействиями в процессе
загружения образцов в холодильную камеру и ванны с
водой.
Опыты показали, что изверженные и плотные осадоч-
ные породы обладают весьма высокой степенью морозо-
стойкости. Поэтому, как правило, нет надобности испы-
тывать плотные породы, как это еще часто требуется, до
25—50 циклов замораживания и оттаивания. Эти выводы
хорошо подтверждаются также результатами испытаний
образцов щебня, доставленных со строительства Кам-
ской гидроэлектростанции. Образцы изверженных пород
(гранита и диабаза), а также плотного кристаллическо-
го известняка выдержали 150 циклов замораживания и
оттаивания. Образцы же серого невысокой прочности из-
вестняка выдержали до 50 циклов замораживания и от-
таивания. После 50 циклов замораживания такой извест-
няк показал значительные потери массы. К 100 циклам
испытания многие образцы разрушились, т. е. не выдер-
жали испытания на морозостойкость. Как правило, из-
вестняковые заполнители надо испытывать на морозо-
стойкость в бетоне или обращать внимание на объемную
массу и пористость. Пористые заполнители, применяемые
при изготовлении легких бетонов, особенно керамзито-
бетона, обладают достаточно высокой морозостойкостью.
Проведенные Г А. Аробслидзе и В. И. Сорокером
в лаборатории ЦНИПС опыты с подвижной, мало-
подвижной и жесткой смесями показали, что при увели-
чении расхода цемента с 200 до 800 кг/м3 и обеспечении
при этом оптимального зернового состава смеси запол-
нителей для каждого расхода цемента водопотребность
бетонной смеси данной удобоукладываемости сначала
несколько уменьшается или остается практически посто-
янной (примерно до Д=400 кг/м3), а затем резко воз-
растает. На том участке, где водопотребность снижается
или практически остается постоянной, увеличение расхо-
да цемента приводит к уменьшению водоцементного от-
ношения и соответствующему увеличению прочности бе-
тона. На том же участке, где при увеличении расхода
цемента, возрастает и водопотребность бетонной смеси,
уменьшение водоцементного отношения сначала сказы-
вается незначительно, а затем прирост прочности почти
прекращается. Таким образом, увеличение расхода це-
199
Мейта сверх некоторого предела не сопровождается повы-
шением прочности бетона. Значение этого предела зави-
сит в основном от удобоукладываемости бетонной смеси.
СРАВНЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЛЕГКИХ БЕТОНОВ,
ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ
Наиболее эффективным способом ускорения тверде-
ния как тяжелых, так и легких (на пористых заполни-
телях) бетонов является тепловая обработка. При совре-
менных масштабах и темпах производста бетонных и
железобетонных изделий все другие способы (повышение
активности цемента, уменьшение ВЩ, введение химиче-
ских добавок и увеличение жесткости, уплотнение сме-
сей) используются как дополнительные средства, ускоря-
ющие процессы твердения бетона.
Большим преимуществом тепловой обработки в за-
водских условиях является то, что производственный про-
цесс изготовления изделий не зависит от климатических
условий. В СССР, так же как и во всех других странах,
изделия и конструкции из тяжелых и легких бетонов, как
правило, подвергаются тепловой обработке паром при
температурах 70—95° С.
В последние годы как на стройплощадках, так и на за-
водах конструкции из различных видов бетона подверга-
ют электротермообработке, а бетонные смеси предвари-
тельно разогревают электротоком или паром.
Применение легких бетонов на природных и искусст-
венных пористых заполнителях непрерывно возрастает
по сравнению с тяжелыми бетонами.
В Советском Союзе около 50% легких бетонов идет
на изготовление изделий и конструкций из керамзитобе-
тона широкой номенклатуры, в которой применяется бе-
тон марок от 50 до 500.
В лаборатории методов ускорения твердения бетонов
НИИЖБ были проведены исследования по изучению
влияния наиболее распространенных видов тепловой об-
работки на физико-механические свойства керамзитобе-
тона. Керамзитобетон различных марок пропаривался,
подвергался электропрогреву, автоклавной обработке и
выдерживался в стандартных условиях. Режимы выдер-
живания были приняты оптимальные для каждого вида
обработки. При пропаривании и автоклавной обработке
200
Таблица 5.10
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
НА СВОЙСТВА КЕРАМЗИТОБЕТОНА (ПО ДАННЫМ М. В. РАБОТИНОЙ)
Бетон	Вид и режим тепло- вой обработки	Возраст образцов, CVT	^куб’ МПа	*пр’ МПа	чэ вГ	ЕЮ3, МПа
Состав № 1, у= 1150 кг/м3	Пропарка 1+2+ +6+2 ч при 95° С	3 28	13	13,3	1,02	9,2
	Автоклавная обработка 1+2+ +6+2 ч при 174° С	3 28	15,5	15,2	0,98	8,7
	Нормальное твердение	28	15,2	15,3	1	9,2
Состав № 2, у =1300 кг/м3	Пропарка 2+3+ +6+2 ч при 80° С	1 28	21 25,3	20,8 26,7	0,99 1,05	12,2 14,2
	Автоклавная обработка 1+0,5+ +6+2 ч	1 28	29 29,8	22,4 28,1	0,78 0,94	10,9 12,5
	Электропрогрев 4+5+2 ч при 80° С	1 28	14,6 24,5	11,8 24,5	0,82 1	10,9 12,3
	Нормальное твердение	28	25	24,3	0,98	13,6
Состав № 3, у=1550 кг/м3	Пропарка 1+2+ +6-J-2 ч при 95° С	3 28	22,2’ 26	21,4 21,3	0,97 0,82	14,4 16,8
	Автоклавная обработка 1+2+ +6+2 ч при 174° С	3 28	34,3 33,7	30,9 31	0,9 0,92	15,8 17,9
	Нормальное твердение	28	26,2	22,2	0,85	16,4
201
одновременно часть образцов выдерживалась в горячен
воде. При этом образцы погружались в воду в открытых
формах через 0,5—1 ч после изготовления. Тепловая об-
работка образцов во всех опытах осуществлялась в ме-
таллических формах, открытых сверху. Режимы обработ-
ки указаны в табл. 5.10. После тепловой обработки об-
разцы испытывались в возрасте 1—3 сут с момента их
изготовления и после хранения в течение 28, 90 и 360 сут
в воздушно-сухих условиях (U7=50—65%), в стандарт-
ной камере (UZ=95—98%), а также в воде. Прочность
при сжатии определялась в кубах размером 10Х10Х
ХЮ см, призменная прочность и модуль упругости, а
также прочность на растяжение при изгибе — в призмах
10X10X40 см. Основные результаты испытаний приве-
дены в табл. 5.10.
Наибольшая прочность керамзитобетона при сжатии
получается после автоклавной обработки в паровой сре-
де и в воде при температуре 174° С. После пропаривания
она составляла около 85%, а при таком же режиме вы-
держивания в воде — 75% от 28-суточного нормального
твердения. Меньше всего получается прочность керамзи-
тобетона после электропрогрева. Прочность образцов,
прогретых в воде, получилась ниже, чем у прогретых
паром при тех же режимах вследствие деструктивных
процессов (капиллярного всасывания влаги в период
развития явлений контракции), развивавшихся после по-
гружения их в воду.
Следует отметить, что кинетика набора прочности при
сжатии у керамзитобетона марок более 150 при тепловой
обработке существенно не отличается от тяжелого бето-
на. При последующем твердении в камере нормального
твердения в течение 28 сут бетон, подвергнутый пропари-
ванию и электропрогреву, практически набирает полную
марочную прочность. Темп роста прочности прогретых
образцов при последующем твердении в воздушно-сухих
условиях до 28 сут более интенсивен, чем в воде, а далее
замедляется. В годовом возрасте, независимо от началь-
ных и последующих условий твердения, прочность керам-
зитобетона существенно не отличалась. Исключение со-
ставляет керамзитобетон, подвергнутый электропрогреву
и хранившийся затем в воздушно-сухих условиях, проч-
ность его составила 78% R2s-
Призменная прочность керамзитобетона после тепло-
вой обработки находится в прямой связи с кубиковой
202
прочностью. Отношение /?пр//?куб керамзитобетона марок
150—250 в суточном возрасте (после прогрева) состав-
ляет 0,7—1,05. Это отношение у образцов, прогретых в
воде, выше, чем у прогретых паром при тех же темпера-
турах. Кроме того, установлено, что с уменьшением объе-
ма массы керамзитобетона, так же как и у мелкозерни-
стых бетонов, отношение /?Пр//?куб увеличивается и всегда
получается выше, чем у тяжелого бетона. По результа-
там исследований лаборатории легких бетонов НИИЖБ,
выполненных в соответствии с планом советско-француз-
ского научно-технического сотрудничества, призменная
прочность керамзитобетона марок 300, 400 и 500, опре-
деленная в образцах 15X15X60 см как пропаренных, так
и твердевших в нормальных условиях, в сравнении с Ку-
биковой составляла 0,81, а в призмах 10ХЮХ40 см—
0,88.
Обобщая исследования, проведенные в различное вре-
мя, можно прийти к выводу, что отношение призменной
прочности к кубиковой для конструктивного керамзито-
бетона независимо от вида тепловой обработки следует
принимать равным 0,85. С уменьшением марки бетона и
объемной массы эти значения увеличиваются.
Касаясь теории прочности, можно отметить, что, не-
смотря на высокие адгезионные свойства (за счет луч-
шего сцепления керамзита с цементным раствором), раз-
рушение керамзитобетона происходит вследствие отрыва
в поперечном направлении. Начинается оно после дости-
жения керамзитом предельной деформации.
Прочность керамзитобетона на растяжение при изги-
бе после пропаривания и автоклавной обработки к 28-су-
точному возрасту соответствовала показателям бетона
нормального твердения. У керамзитобетона, подвергну-
того электропрогреву, она была несколько ниже мароч-
ной. Следует отметить, что у образцов, прогретых в воде
при температурах 80 и 174° С, прочность получается
больше, чем у прогретых в паровой среде. Последующее
твердение в воде также повышает прочность образцов на
растяжение при изгибе. Это указывает на повышение
деформативности при растяжении керамзитобетона в во-
донасыщенном состоянии. При выдерживании образцов
в стальных формах в нижнем слое бетона, работающем
на изгиб, значительного расклинивающего действия при
всасывании воды за счет явлений контракции не про-
изошло.
203
Надо иметь в виду, что хранение керамзитобетона в
Воздушно-сухих условиях приводит к временному сниже-
нию прочности на растяжение при изгибе. К годовому
возрасту, повышаясь, она приближается к твердевшим
в нормальных условиях, но получается ниже твердевших
в воде. Испытание призм из керамзитобетона марок 300,
400 и 500 показало, что отношение прочности при изгибе
к кубиковой после пропаривания получается выше, чем
у твердевших все время в нормальных условиях. Это мо-
жно объяснить лучшим сцеплением растворного скелета
с гранулами керамзита при пропаривании. При этом про-
являются гидравлические свойства и шероховатость их
поверхности.
Особый интерес представляют исследования деформа-
тивных свойств керамзитобетона, твердевшего в различ-
ных температурно-влажностных условиях. В НИИЖБ
в лабораториях методов ускорения твердения бетона и
легких бетонов и конструкций из них исследовались мо-
дули упругости керамзитобетона различных марок: 75—
100; 150; 250; 300; 400 и 500. При этом керамзит исполь-
зовался различной объемной массы, а в качестве мелкого
заполнителя — кварцевый песок и песок, полученный от
дробления керамзитовых гранул. Модули определялись
при напряжении /? = 0,2 от призменной. В табл. 5.11
приведены результаты определения значения модуля уп-
ругости образцов, изготовленных из керамзитобетона ма-
рок 100—500.
В суточном возрасте модуль упругости керамзитобе-
тона, подвергнутого всем видам термообработки по наи-
более распространенным режимам, составляет 80—90%
от значений модуля упругости такого же бетона, твердев-
шего 28 сут в нормальных условиях. В дальнейшем значе-
ния модуля упругости увеличиваются. Более низкий мо-
дуль упругости у керамзитобетона, подвергнутого элек-
тропрогреву, что соответствует пониженным показателям
прочности его при сжатии. При этом следует заметить,
что к 360-суточному возрасту в ряде случаев значения
модуля вообще снизились по сравнению с 90-суточными.
Подобное явление наблюдается и у тяжелых бетонов как
при воздушно-сухом, так и при водном хранении.
После автоклавной обработки, вследствие взаимодей-
ствия клинкерных минералов с молотым кварцевым пес-
ком и керамзитом, образуются высокопрочные малоос-
новные гидросиликаты кальция типа тоберморита, при-
204
Таблица 5.11
ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ БЕТОНОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ
РАЗЛИЧНЫМ ВИДАМ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ (В ПРИЗМАХ 10X10X40 см)
Бетон	Марка бетона	Начальный модуль упругости по нормам, МПа	Бетоны нормального твердения		Бетоны, пропаренные по режиму 2+6+2 ч при 90° С		Бетоны, подтверг- нутые электро- прогреву по ре- жиму 2+6+2 ч при 90’ С		Бетоны, подверг- нутые автоклав- ной обработке по режиму 2+6+2 ч при 0,9 МПа	
			Е, МПа	% откло- нения	Е, МПа	% откло- нения	Е, МПа	% откло- нения	Е, МПа	% откло-. нения
На дубровском керам-	200	15 000				14 370	—4,2	14 800	— 1,3			
зите и керамзитовом	250	16 500	16370	—0,8	16 800	4-1,8*	—	—	—	—
песке	300	18 000	17 300	—3,9**	17 000	—5,5**	—		15 80 0	-12
На лианозовском ке-	100	8 000	—			9220	4-15,2	7830	—2,1	—-		
рамзите и керамзитовом песке	150	10 000	9200	—8	—	—	—	—	8670	—13,3
На волгоградском ке-	400	20 000	22 800	4-14	19 500	—2,5	—		—		
рамзите и кварцевом песке	500	23 000	—	—	22 600	—2	—	—	—	—
Тяжелый на плотных	150	23 000	—	—	14 500	—36,8	18 450	— 19,8	—		
заполнителях	200	26 500	31 300	+ 18	23 800	— 10*	—	—	20 100	—36
	300	31 500	—		—	—	—	—	22 650	-25
205
* Призмы испытаны в 28-суточном возрасте после прогрева.
** То же, в возрасте 90 сут.
водящие к увеличению прочности бетона при сжатии в
1,2 раза по сравнению с 28-суточной прочностью нормаль-
ного твердения. Однако изменение структуры продуктов
гидратации, приводящее к увеличению содержания кри-
сталлической фазы за счет уменьшения гелеобразной и
укрупнению самих кристаллов, а также пониженной
влажности бетона, приводит к снижению его модуля уп-
ругости до 80% марочного £28. Это, очевидно, связано
с кристаллизационными процессами в фазовом составе
новообразований и появлением микротрещин вследствие
возникающих собственных напряжений в бетонах. Мож-
но сделать вывод, что к 28-суточному возрасту при
хранении в нормальных условиях у пропаренных образ-
цов модуль упругости приближается к 100%, а у под-
вергнутых электропрогреву составляет 90% от £28-
Следует заметить, что в других исследованиях после
пропаривания керамзитобетона марок 300—500 отмеча-
лось явное снижение модуля упругости по сравнению
с образцами нормального твердения на 20%. При авто-
клавной обработке и в приводимых данных модули уп-
ругости керамзитобетона получались на 15% ниже, а у
тяжелого бетона еще больше — на 20—35%.
На величину модуля упругости во времени положи-
тельное влияние оказывает повышенная влажность сре-
ды. Нами установлено, что к возрасту 1—2 года в ряде
случаев при неизменном режиме хранения модули уп-
ругости не только легких бетонов, но и тяжелых могут
снижаться. После 1,5—2 лет модуль упругости керамзи-
тобетона стабилизируется. Как это видно из приводимых
данных, при проектировании и расчете конструкций из
легких бетонов необходимо учитывать не только сниже-
ние модуля упругости по сравнению с тяжелыми бетона-
ми тех же марок, но и при различных видах тепловой
обработки их.
Нормативные модули упругости, устанавливаемые до
последнего времени в зависимости от объемной массы
крупного пористого заполнителя, не учитывают пол-
ностью роль растворной составляющей. Модуль упру-
гости легких бетонов зависит от упругих характеристик
как растворной части, так и пористых заполнителей,
которые обладают пониженным модулем упругости. При
загружении таких бетонов происходит перераспределе-
ние напряжений и деформаций в растворе и заполнителе
при их совместной работе. Так как в зоне контакта
206
между раствором и крупным заполнителем образуется
меньше дефектов, трещиностойкость керамзитобетона
повышается.
Измерения полных и пластических деформаций при
0,4 и 0,8 /?пр показали, что наименьшие величины пол-
ных и упругих деформаций до 360 сут имеют образцы
нормального твердения, несколько большие у пропарен-
ных и прогретых электричеством и самые большие у об-
разцов автоклавного твердения. В суточном возрасте,
т. е. вскоре после прогрева, наименьшие пластические
деформации получаются у керамзитобетона автоклавно-
го твердения, а наибольшие — у прогретых электрото-
ком. Следовательно, при электропрогреве происходят
значительные структурные нарушения в бетоне за счет
направленности капилляров и влажностных градиентов.
В последующие сроки наблюдается уменьшение величи-
ны пластических деформаций. При водном хранении эти
величины получаются несколько большими, чем при воз-
душно-сухом хранении.
Интересно отметить, что при испытании на водоне-
проницаемость до 0,12 МПа образцы из высокопрочного
плотного керамзитобетона воду совершенно не пропус-
кали. Этому способствует набухание пористых заполни-
телей и плотность в контактной зоне. Структура у пропа-
ренных образцов оказалась более плотной, чем у твер-
девших все время в нормальных условиях. Исследования
показывают, что после пропаривания по мягким режи-
мам водонепроницаемость тяжелых бетонов также повы-
шается.
В лаборатории легких бетонов Г П. Курасова произ-
вела испытание керамзитобетона марок 200—400 на мо-
розостойкость по стандарту до 300 циклов заморажива-
ния и оттаивания. Результаты испытаний приведены в
табл. 5.12.
Все испытанные составы оказались вполне морозо-
стойкими. Везде получены коэффициенты морозостой-
кости больше 1, т. е. показатели прочности контрольных
образцов были меньше, чем у подвергавшихся замора-
живанию и оттаиванию 100, 200 и 300 циклов. Превыше-
ния прочности бетонных образцов, подвергавшихся за-
мораживанию, составляли от 1 до 16%. Только в одном
случае после 200 циклов замораживания у бетона марки
400 нормального твердения был получен коэффициент,
равный 0,96. В других случаях также получалась высо-
207
го Таблица 5.12
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ КЕРАМЗИТОБЕТОНА НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ
Предел прочности на сжатие водонасы- щенных образцов пе- ред началом замора- живания, МПа	Количество циклов замораживания и оттаивания								
	100			200			300		
	Предел прочности на сжатие, МПа		Коэффициент морозостой- кости	Предел прочности на сжатие, МПа		Коэффициент морозостой- кости	Предел прочности на сжатие, МПа		Коэффи- циент морозо- стойкости
	после замора- живания	контроль- ных образцов		после замора- живания	контроль- ных образцов		после замора- живания	контроль- ных образцов	
20,8 (пропар.)	27,4	24,1	1,13	29,8	25,7	1,16	28,9	27,9	1,03
33,3	»	42,2	38,7	1,09	40,2	36,5	1,10	44,9	38,8	1,16
38,3 (не пропар.)	38.5	38,2	1,01	39,3	41	0,96	48,3	44	1,1
40 (пропар.)	39,9	36,6	1,09	45	41,2	1,09	46,7	44,5	1,05
кая морозостойкость легких бетонов на пористых запол-
нителях. В отличие от тяжелых бетонов тепловая обра-
ботка не приводила к снижению морозостойкости ке-
рамзитобетона. Применение плотных заполнителей во
многих случаях ухудшает механические свойства бето-
на, перегружает работу растворного скелета, который
не имеет хорошего контакта с крупным заполнителем.
Таким образом, наши исследования показали, что, за
исключением модуля упругости (где большую роль игра-
ет общая плотность и масса), все показатели физико-ме-
ханических свойств у керамзитобетона являются доста-
точно высокими. Этот вид бетона может рекомендовать-
ся для широкого применения не только при заводском
изготовлении изделий с тепловой обработкой, по и в
монолитных конструкциях, в том числе при зимнем бето-
нировании. Керамзитобетон обладает высокой морозо-
стойкостью и благодаря пористости заполнителей мень-
ше подвержен вредным воздействиям при раннем замер-
зании, чем тяжелый бетон на плотных заполнителях.
В связи с повышенной водоудерживающей способностью
легкие бетоны следует шире применять и при бетониро-
вании в условиях сухого и жаркого климата. Все это
дает основание во многих случаях рекомендовать кс-
рамзитобетону и другим легким бетонам отдавать пред-
почтение перед тяжелым бетоном.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ ТЕПЛОВОЙ
ОБРАБОТКИ БЕТОНА
В зимних условиях, в большинстве случаев, с целью
ускорения твердения бетона применяются различные
методы тепловой обработки конструкций (электротермо-
обработка, пропаривание, воздушный обогрев). В усло-
виях стройплощадки еще более затруднительно, чем в
заводских, получить без перерасхода цемента требуе-
мую по проекту марку бетона. Проектной маркой назы-
вается прочность бетона, нормируемая в возрасте 28 сут
пли в иные сроки, при которой конструкция выдержива-
ет полную проектную нагрузку. Проектная марка бетона
указывается в проектах зданий и сооружений и в проек-
тах организации производства работ. Применяемые ме-
тоды производства работ должны гарантировать дости-
жение в указанные сроки проектной прочности бетона
14—23
209
независимо от условий твердения. Допускаемая распа-
лубочная прочность указывается в процентах от величи-
ны проектной марки бетона в конструкциях.
Режимы тепловой обработки конструкций должны
назначаться с учетом минимального расхода цемента п
затрат энергетических ресурсов, обеспечивая требуемое
качество бетона. При электропрогреве это осущест-
вляется с применением более высоких температур вы-
держивания (до 80° С) на изотермическом уровне. Прак-
тика показывает, что при пропаривании в паровых
рубашках затруднительно поддерживать температуру вы-
ше, чем на уровне 40—50° С. Еще ниже температура
поддерживается при калориферном или паровом обогре-
ве в тепляках.
Термообработка бетона в монолитных конструкциях
более эффективна до достижения им прочности 50—
70% от /?28- При этом для получения сразу после прогре-
ва 70% прочности рекомендуются следующие мероприя-
тия: применять бетонные смеси с В/Ц не более 0,5; при-
готавливать бетон на высокоактивных или быстротвер-
деющих цементах; вводить в бетонную смесь добавки —
ускорители твердения.
Для получения сразу после прогрева 100%-ной проч-
ности бетона необходимо увеличить расход цемента или
удлинить изотермический прогрев (например, для бето-
нов на шлакопортландцементе).
Режим термообработки выбирается с учетом обеспе-
чения требуемой прочности бетона в зависимости от
вида и активности цемента, состава бетона, типа про-
греваемой конструкции и других факторов. При одина-
ковой температуре изотермического прогрева длитель-
ность прогрева бетона на шлакопортландцементе должна
быть увеличена по сравнению с длительностью про-
грева бетона на портландцементе. Поэтому для сокра-
щения общего срока прогрева бетона на шлакопорт-
ландцементе рекомендуется повышать температуру его
изотермического прогрева до 90—95° С.
Для снижения расхода топлива и электроэнергии не-
обходимо стремиться к получению требуемой прочности
бетона в наиболее короткие сроки прогрева. С этой
целью рекомендуется применять максимально допусти-
мые температуры, сокращать длительность активного
прогрева за счет учета нарастания прочности бетона при
остывании, использовать быстротвердеющие цементы, а
210
также применять в комплексе другие способы ускорения
твердения бетона. В настоящее время на зимних строй-
ках прибегают к прогреву и обогреву бетона в конструк-
циях по преимуществу с помощью использования элект-
роэнергии.
В зависимости от ряда факторов и применяемых спо-
собов прогрев производится по различным режимам:
а)	подъем температуры и изотермическое выдержи-
вание. Требуемая прочность бетона при таком режиме
должна быть достигнута к моменту окончания изотер-
мического прогрева, а прирост прочности за время осты-
вания не учитывается. Этот режим рекомендуется при-
менять при электропрогреве конструкций с модулем по-
верхности Мп= 12 и выше;
б)	подъем температуры, изотермический прогрев и
остывание. При таком режиме необходимую прочность
бетон приобретает к концу остывания. Этот режим це-
лесообразно применять для прогрева конструкций с
7Ип=7—Ю. В процессе прогрева целесообразно на не-
которое время выключать электрический ток, чтобы
уменьшить высушивание и повысить электропроводность
бетона;
в)	подъем температуры и остывание. В данном слу-
чае заданная прочность обеспечивается к концу остыва-
ния. Этот режим рекомендуется применять для конст-
рукций с модулем поверхности 6 и менее;
г)	ступенчатый режим, когда нагрев осуществляется
сначала, например, до 50° С и поддерживается на этом
же уровне в течение 1—3 ч, затем более быстрый подъ-
ем температуры до максимально допустимой для дан-
ной конструкции и выдерживание при ией до приобре-
тения бетоном требуемой прочности.
При использовании предварительно разогретых элек-
трическим током или паром бетонных смесей бетон в
опалубке может выдерживаться по методу термоса или
в обогреваемых формах. Последнее особенно целесооб-
разно применять при производстве работ при низких
отрицательных температурах. При электродном методе
прогрева в некоторых случаях применяется саморегули-
рующийся режим, при котором напряжение в цепи оста-
ется постоянным на протяжении всего цикла термообра-
ботки, т. е. прогрев осуществляется на одной ступени
напряжения трансформатора.
По саморегулирующемуся режиму изменение темпе-
14
211
ратуры в теле конструкции или изделия соответствует nd
своему характеру изменению электропроводности бетона
в процессе его твердения. Характерным для этого режи-
ма является то, что каждой скорости подъема температу-
ры бетона конкретной конструкции соответствует опре-
деленная и свойственная только данной скорости нагре-
ва максимальная температура. На некоторых стройках
и заводах находит применение подача тепловой энергии
не постоянно, а отдельными импульсами, чередующими-
ся с паузами. В период пауз вследствие теплопровод-
ности бетона происходит перераспределение тепла и вла-
ги по сечению конструкции, что обеспечивает более рав-
номерное температурное и влажностное поле. Подача на-
пряжения импульсами продолжается и в период изотер-
мического выдерживания. В этом случае длительность
импульса сокращается, а период пауз увеличива-
ется по сравнению с ними на стадии разогрева. Продол-
жительность импульса и пауз зависит от заданной ско-
рости разогрева, температуры изотермического прогре-
ва, модуля поверхности конструкции, подводимого на-
пряжения и т. п. и должна устанавливаться опытным
путем. Саморегулирующийся и импульсный режимы про-
грева рекомендуется применять при отсутствии на заво-
де или стройке специальных трансформаторов необходи-
мой мощности с плавным или ступенчатым регулирова-
нием напряжения.
Положительное влияние на качество бетона, подвер-
гаемого термообработке, оказывает предварительное
выдерживание его до начала прогрева в течение 2—6 ч
при нормальной или низкой положительной темпера-
туре до 5° С. При скоростях нагрева до 10°С/ч пред-
варительное выдерживание бетона можно не осуществ-
лять.
С увеличением скорости подъема температуры вслед-
ствие различия коэффициента линейного и объемного
расширения отдельных компонентов бетона значительно
возрастают общие деформации (особенно расширения)
материала, свидетельствующие о возникновении в нем
структурных нарушений и ухудшении его свойств. Чтобы
избежать появления дефектов в структуре, рекомендует-
ся осуществлять нагрев бетона с медленным или ступен-
чатым подъемом температуры.
В монолитных конструкциях при нагреве бетона ско-
рость подъема температуры не должна превышать:
212
15°С/ч —для каркасных и тонкостенных конструкций ilpii
Мп =10 . 12 и более, а также конструкций, возводимых
в скользящей опалубке
10°С/ч—для конструкций при Мп = 6 .	9
5—8°С/ч — для конструкций при Мп = 3	5
Продолжительность изотермического выдерживания
бетона ориентировочно может назначаться по графикам,
приведенным на рис. 5.18—5.19. Графики составлены
на портландцементе при температуре изотермического прогрева 80° С
/ — бетон марки 200 (В/Д=0,67 ...0,77); 2—бетон марки 300 (В/Ц=0,5 ...0,59);
3 —то же, 400 (В/Д-0,4 ...0,45); 4 — то же, 500 (В/Ц = 0,33 ...0,36)
для бетонов из смесей с начальной подвижностью 2—
4 см осадки конуса.
На рис. 5.18 приведены .графики нарастания проч-
ности бетона марок 200, 300, 400 и 500 на портландце-
менте марки 400 с учетом двухчасовой предварительной
выдержки до начала прогрева, трех-четырехчасового
подъема температуры до 80° С и не менее четырехчасо-
вого остывания после изотермического выдерживания.
Необходимо учитывать набор прочности бетоном за этот
период.
На рис. 5.19, а представлены графики нарастания
прочности бетона марки 200 на портландцементе мар-
ки 300—400 с учетом характеристик режима, приведен-
ного на рис. 5.18.
213
На зимних стройках шлакопортландцементы жела-
тельно иметь марки 400—500. Но, к сожалению, их ча-
ще поставляют марки 300.
На рис. 5.19,6 представлены графики нарастания
прочности бетона марки 200 на шлакопортландцементе
Рис. 5.19. Интенсивность на-
растания прочности бетона
марки 200 при различных
температурах изотермического прогрева
а — на портландцементе; б — на шлакопортландцементе
марки 300 с учетом характеристик режима, приведенного
на рис. 5.18.
Для конструктивного керамзитобетона марки 150 и
выше следует принимать режимы прогрева, идентичные
режимам прогрева тяжелого бетона. Окончательный ре-
жим прогрева бетона в конструкциях устанавливается
Рис. 5.20. Интенсивность
нарастания прочности
керамзитобетона марок
50—100 на портландце-
менте при различных
температурах изотерми-
ческого прогрева
построечной или заводской лабораторией по результа-
там опытного прогрева бетона заданного состава на
применяемых материалах. Более эффективной является
тепловая обработка керамзитобетона марок 100 и ниже,
т. е. менее плотного.
На рис. 5.20 представлены графики нарастания проч-
ности керамзитобетона марок 50—100 на портландце-
214
менте марки 300 с учетом характеристик режима, приве-
денных на рис. 5.18. Жесткость бетонной смеси принята
30—40 с.
Эффективность термообработки легких бетонов тем
выше, чем меньше их объемная масса. Максимальная
температура тепловой обработки изделий и конструкций
из легкого бетона может приниматься 90—95° С.
Изотермическое выдерживание крупноразмерных из-
делий и конструкций толщиной 25—40 см из легкого
бетона целесообразно прекращать при достижении бето-
ном примерно 50% марочной прочности, так как в про-
цессе медленного остывания после прогрева их при тем-
пературе воздуха 15—20° С твердение бетона продолжа-
ется, и через 8—12 ч прочность его может достигать
70—80% /?2в. При термообработке изделий и конструк-
ций из легких бетонов, к которым соответствующими
техническими условиями не предъявляются требования
по ограничению конечной влажности, пароизоляции от-
крытой поверхности бетона в процессе прогрева не тре-
буется.
Легкие бетоны марок до 150, приготовленные на лег-
ких песках (дробленые керамзит, аглопорит и др.), пос-
ле прекращения прогрева при прочности 50—70% ма-
рочной в дальнейшем, после 28-суточного твердения при
благоприятных температурно-влажностных условиях,
набирают прочность, равную 100—110% марочной.
Термообработка предварительно напряженных желе-
зобетонных конструкций должна осуществляться только
по ступенчатым режимам во избежание нарушения сцеп-
ления бетонов с арматурой и возможных значительных
потерь предварительного напряжения арматуры. Изотер-
мический прогрев должен производиться по возмож-
ности при максимально допустимой температуре.
Максимальная температура изотермического про-
грева бетона в конструкциях с 7ИП<3 (блоки гидротех-
нических сооружений, фундаменты под оборудование и
др.) назначается с учетом формирования такого темпе-
ратурного поля, которое обеспечивало бы благоприятное
термонапряженное состояние конструкции в процессе
его твердения. Это достигается любыми средствами,
обеспечивающими поддержание по сечению массива оди-
наковой температуры.
Максимальная температура электротермообработки
железобетонных конструкций с предварительно напря-
215
женной арматурой должна назначаться с учетом воз-
можных потерь предварительного напряжения армату-
ры. Потери напряжения о прямо пропорциональны раз-
ности температур прогреваемого бетона и арматуры Zi
и упоров t2, воспринимающих усилия натяжения арма-
туры, и могут быть определены по формуле o=20(/i—t2).
Потери напряжения арматуры при прогреве следует учи-
тывать при расчете конструкции.
Термообработка монолитных каркасных и рамных
конструкций с жесткой заделкой узловых сопряжений во
избежание возникновения больших температурных на-
пряжений и появления трещин должна производиться,
как правило, при температуре изотермического прогре-
ва бетона нс выше 40° С.
Для обеспечения равной прочности бетона во всех
частях прогреваемой конструкции и снижения темпера-
турных напряжений необходимо стремиться к снижению
температурных перепадов в различных сечениях конст-
рукции в процессе всей тепловой обработки. Для этой
цели необходимо предусматривать теплоизоляцию про-
греваемых изделий и конструкций, особенно отдельных
их частей, подвергаемых быстрому охлаждению (углов,
выступающих частей).
Для предотвращения появления трещин в конструк-
циях перепад температур между открытой поверхностью
бетона и наружным воздухом не должен превышать:
20° С — при Мп от 2 до 5; 30° С — при Мп 5 и выше.
Во избежание пересушивания бетона (прежде всего
поверхностных слоев) и связанного с этим ухудшения
его свойств неопалубленные поверхности конструкций и
изделий в процессе термообработки необходимо защи-
щать от испарения воды. Это можно осуществить путем
тщательного укрытия их пароизоляционными материа-
лами (полимерная пленка, прорезиненная ткань, рубе-
роид и др.) с устройством поверх него в случае необхо-
димости теплоизоляции.
Интенсивность остывания монолитных конструкций
по окончании электротермообработки должна соответ-
ствовать требованиям СНиП Ш-В.1-70 и приниматься
по табл. 5.13.
Для обеспечения одинаковых условий остывания раз-
личных по толщине частей конструкции тонкие элемен-
ты, углы и выступающие части, остывающие быстрее
основной конструкции, должны дополнительно утеплять-
216
Таблица 5.13
ДОПУСТИМАЯ СКОРОСТЬ ОСТЫВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Бетонируемая конструкция	Модуль поверхности конструкции, м	Допустимая скорое остывания, °С/ч
Бетонные слабоарми- рованные	15—10	12
То же	9—6	5
	5—3	2—3
Железобетонные сред- не- и сильноармировап- ные	8—15	Не более 15
ся или обогреваться. Размеры участка с усиленным
утеплением должны предусматриваться проектом произ-
водства работ. Нагревательные устройства должны быть
так установлены, а греющие опалубки так изготовлены,
чтобы обеспечивалось однородное температурное поле
в бетонируемых конструкциях.
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ БЕТОНА
Практика показала и исследования подтвердили, что
бетонные и железобетонные конструкции и сооружения
испытывают наибольшее разрушающее действие от мно-
гократного замораживания их в водонасыщенном со-
стоянии.
Интенсивность разрушения (физической коррозии)
зависит от плотности и характера пористости, усло-
вий твердения, набора прочности, а также возраста
бетона до начала попеременного замораживания и от-
таивания.
Особенно сильное разрушающее действие испытыва-
ет бетон в гидротехнических, дорожных, аэродромных,
ирригационных и других сооружениях, подверженных
многократному замораживанию и оттаиванию. Это вред-
ное действие на бетон усиливается в суровых климати-
ческих условиях за счет низких отрицательных темпера-
тур, в районах с частым переходом температуры через
0° С, при насыщении его водными растворами солей. Ме-
ханизм разрушающего действия связан с фазовым пере-
ходом воды в лед и выкристаллизовыванием солей при
высыхании в порах бетона.
217
Многие авторы объясняют разрушения гидравличе-
ским давлением отжимаемой льдом воды, кристаллиза-
ционным давлением льда и солей, спецификой сегрега-
ции льда в микропорах и капиллярах, образованием
ледяных линз по мере послойного замерзания бетона
и другими причинами.
Внешним признаком разрушения бетона является
увеличение объема вследствие расширения его при за-
мерзании и насыщении, а также сжатия при оттаивании
и высыхании. При этом образуется система микро- и
макротрещин, возникают собственные структурные рас-
тягивающие напряжения.
В отличие от однородных каменных материалов бе-
тон, как конгломератный материал, содержит заполните-
ли и цементный камень, обладающие различными моду-
лями упругости. Наряду с поровой структурой это так-
же является основным фактором влияния на морозо-
стойкость. Коэффициенты температурного расширения
составляющих у бетона разные.
Быстрое разрушение бетонных и каменных сооруже-
ний, испытывающих воздействие низких отрицательных
температур северных климатических условий, можно на-
блюдать в районах Магадана и Якутска, а влияние частых
переходов температуры через 0° С в районе Мурманска.
В качестве примеров хорошей сохранности сооружений,
построенных сотни и тысячи лет тому назад в сухих кли-
матических условиях юга, можно привести пирамиды
Хеопса, Хефрена и Менкуара, которые были воздвигну-
ты более 4 тыс. лет назад в Египте. Известняковые бло-
ки, массой по 2,5 т каждый, хорошо сохранились до сих
пор. То же самое можно сказать о сохранности самых
крупных блоков в г. Баолбеке (Ливан), колоннах
г. Пальмиры и др. Благодаря сухому и умеренно холод-
ному климату Средней Азии (Самарканд, Бухара), Кав-
каза (города Армении, Грузии) и Крыма (Херсонес,
Феодосия) можно наблюдать многие, построенные де-
сятки и сотни лет назад, здания и портовые сооружения
в хорошо сохранившемся состоянии. В Италии, Фран-
ции, Испании до настоящего времени сохранились в хо-
рошем состоянии водопроводы и виадуки, построенные
в начале нашей эры и в средние века с применением бе-
тона на основе известково-пуццолановых вяжущих ве-
ществ. В помещениях захоронения Тутанхамона (Еги-
пет), построенных более 3,5 тысяч лет назад, сохрани-
218
лись без видимых разрушений 1350 предметов, в том
числе такие предметы, как гипсовая ваза с рисунками
тонкого художественного исполнения. Без изменения
температуры и влажности, т. е. при постоянном режиме,
все материалы хорошо сохраняются, являются долговеч-
ными. Бетон в таких условиях является стойким и дол-
говечным материалом.
Морозостойкость бетонов, как и их прочность, в значи-
тельной мере зависит от качества применяемых материа-
лов и формирования соответствующей структуры. Для
придания бетонам структурной прочности и стойкости
важную роль играют добавки. Чем лучше качество ма-
териала, тем меньше может его расходоваться на изго-
товление конструкций и изделий с той же несущей спо-
собностью и долговечностью. Так, например, для повы-
шения физико-механических свойств стали в ее состав
вводят такие легирующие добавки, как никель, молиб-
ден, кремний, хром, марганец и ванадий. Добавки повы-
шают на 20—40% прочность углеродистой стали, прида-
ют ей свойство повышенной хладостойкости, что очень
важно при использовании ее при низких отрицательных
температурах. Легирующие добавки улучшают литей-
ные свойства, свариваемость и т. д. Теперь это вошло в
повседневную практику сталелитейного производства.
Точно так же должно войти в практику приготовление
бетона с различными химическими и некоторыми мине-
ральными добавками. Введением различного класса до-
бавок можно улучшать свойства бетонных смесей, регу-
лировать сроки схватывания и твердения бетона, а так-
же повышать физико-механические свойства и долго-
вечность его в конструкциях и сооружениях.
Несмотря на большую актуальность вопроса, методы
определения морозостойкости как за рубежом, так и в
СССР недостаточно разработаны и нуждаются в усо-
вершенствовании. Необходимо разработать такие мето-
ды, которые могут обеспечить сокращение сроков и тру-
доемкости испытаний бетона на морозостойкость.
В настоящее время в ГОСТ, разрабатываемом для
оперативной проверки морозостойкости бетона, допу-
щены ускоренные методы испытаний по деформациям
расширения (ЦНИИС Минтрансстроя) и путем замора-
живания его при t = —50° С вместо t= —15... —20° С
(НИС Гидропроекта). При испытании по деформациям
не всегда обнаруживается прямая зависимость между
219
деформациями и степенью морозостойкости, так как
некоторые бетоны имеют спонтанную усадку, связанную
со структурой бетона и заполнителей. При испытании
путем замораживания при температуре среды —50° С и
количестве циклов до 200 соотношение по результатам
получается 1 : 10, а к 500 циклам это соотношение меня-
ется до 1 5. При этом выявляется общая картина отно-
сительной морозостойкости бетона и заполнителей. Пер-
выми разрушаются бетоны на пуццолановом портланд-
цементе, затем па шлакопортландцементе и, наконец,
на портландцементах в зависимости от минералогиче-
ского состава и активности.
Из плотных заполнителей первыми разрушаются из-
вестняковый и песчаниковый щебень в зависимости от их
качества, а затем щебень из изверженных пород (гранит,
диабаз).
При разработке этого ускоренного метода сопостав-
ление результатов производилось на бетонах, изготов-
ленных из материалов различного качества, в том числе
с введением в состав смеси пластифицирующих и возду-
хововлекающих добавок. Поэтому многие составы обес-
печили возможность замораживаний по стандарту до
600 циклов.
Как зарубежными, так и нашими исследователями
были проведены испытания морозостойкости по измене-
нию динамического модуля упругости бетонных призм.
В зарубежной практике этим методом достаточно широ-
ко пользуются при испытании бетона на морозостой-
кость.
Критериями оценки морозостойкости обычно прини-
мают: снижение прочности кубиков или цилиндров на
25%, потерю веса до 5%, деформацию расширения до
1 мм/м, изменение внешнего вида образцов по десяти-
балльной системе. Все эти методы дают сопоставимые
результаты по достижении в лабораторных условиях той
или пион степени относительно высоких результатов
стойкости материалов. Однако по полученным результа-
там невозможно сделать какой-либо пересчет на стой-
кость бетона в натурных условиях. Слишком сложны
зависимости между лабораторными испытаниями моро-
зостойкости бетона, вяжущих и заполнителей, с одной
стороны, и эксплуатационными условиями сооружений в
натурных условиях. Это связано с многообразием клима-
тических условий, отличием поведения бетона в лабора-
220
торных образцах и в конструкциях различной массив-
ности, степени агрессивности среды и другими факто-
рами.
На первом симпозиуме по зимнему бетонированию в
1956 г. докладчики из Швеции отмечали, что у них в
южной части страны, где ведется большое строительст-
во, температура переходит за 0° С 60 раз в течение года.
Максимальный общий перепад температуры при этом
не превышает 15° С. Поэтому они нашли необходимым
при испытании на морозостойкость замораживать бетон-
ные образцы при температуре —10° С. В случае испыта-
ний на единичное замораживание рекомендуется при-
менять температуру —40° С, которая бывает в самых се-
верных точках Швеции.
Говоря о мерах по достижению высококачественного
бетона в зимних условиях, А. Веллмп (Швейцария) отме-
чал, что в случае повторных замораживаний бетон к
этому времени должен иметь прочность не менее
15 МПа, а коэффициент насыщения должен быть не
более 0,9. Рекомендуя использовать все средства для
получения быстротвердеющсго бетона, А. Веллми во из-
бежание коррозии арматуры предложил применять не
хлористые кальций и натрий, а углекислый натрий.
В нашей стране очень велико разнообразие измене-
ния отрицательных температур наружного воздуха и
количества переходов через 0° С. В табл. 5.14 приведе-
ны основные требования строительных норм по морозо-
стойкости в зависимости от условий эксплуатации кон-
струкций.
Требования к цементам, заполнителям и добавкам,
а также к составам бетона и технологии приготовления
и укладки смесей изложены в специальном руководстве.
Автором неоднократно проводились испытания н:
морозостойкость бетонов на различных цементах и за-
полнителях в лаборатории бетонов и вяжущих ЦНИПС
и во ВНИИСтройисфть. В 1939—1941 гг. по заданию
Центральной лаборатории бетонов строительства Куй-
бышевского гидроузла были испытаны па морозостой-
кость образцы размером 20X20X20 см на трех порт-
ландцементах, двух пуццолановых портландцементах,
двух песчано-пуццолановых портландцементах, на гли-
ноземистом и гипсошлаковом цементах (табл. 5.15).
При этом замораживание осуществлялось в течение 12 ч
в холодильной камере при температуре от —8 до —22° С.
221
Таблица 5.14
ПРОЕКТНЫЕ МАРКИ БЕТОНА ПО МОРОЗОСТОЙКОСТИ ДЛЯ БЕТОННЫХ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ПЕРВОГО КЛАССА (КРОМЕ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ)
Режим работы конструкций
Требуемая марка бетона
по морозостойкости
(не ниже)
Попеременное замораживание и оттаива-
ние в водонасыщенном состоянии (надзем-
ные части градирен, резервуаров и т. п.
а также конструкции, расположенные в се-
зонно-оттаивающем слое вечномерзлого
грунта)
Попеременное замораживание и оттаи-
вание в условиях эпизодического водона-
сыщения (конструкции, постоянно подвер-
гающиеся атмосферным воздействиям)
Возможное эпизодическое воздействие
температур ниже 0° С на конструкции в во-
донасыщенном состоянии (конструкции, на-
ходящиеся в грунте или под водой)
Возможное эпизодическое воздействие
температур ниже 0° С в условиях воздуш-
но-влажностного состояния (внутренние
конструкции отапливаемых зданий и соору-
жений в период строительства и монтажа)
МрзЗОО
Мрз200
Мрз 150
МрзЮО
Примечание. Для второго, третьего и четвертого классов
зданий и сооружений по СНиП П-А.3-62 требуемая марка по мо-
розостойкости снижается соответственно на одну, две и три ступе-
ни, но не ниже Мрз50.
Образцы оттаивали в больших ваннах с водой в течение
12 ч при температуре 10—20° С.
Крупные заполнители применялись главным образом
из известняков и доломитов Куйбышевских карьеров.
В ряде серий бетонных образцов крупным заполнителем
служил гранитный щебень.
Бетонные образцы испытывались на морозостойкость
до полного разрушения их в возрастае 7, 28, 90 и 300 сут
нормального твердения. В процессе испытания образцы
взвешивались перед началом и после насыщения их во-
дой, а также в процессе замораживания после 25, 50,
100, 200, 300, 400, 500 и 600 циклов, часть образцов при
этом испытывалась на прочность.
На рис. 5.21 изображены данные изменения массы
бетонных образцов, изготовленных на двух портлайд-
222
ХАРАКТЕРЙСТИКА ЦЕМЕНТОВ, ПРИМЕНЯВШИХСЯ
ПРИ ИСПЫТАНИИ БЕТОНОВ НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ
Цемент	Минералогический состав				
	C.S	c2s I	С,А |	C.AF |	CaSOj
Портландцемент завода «Красный Октябрь» марки 500	61,5	15	5	15	1,5
По ртл а н д це м с нт Краматорского завода марки 400	48	28	8	П,4	2,2
Портландцемент марки 300	47	31	6	11	2
Глиноземистый цемент Пашийско- го завода марки 500 Гипсошлаковый цемент Харьков- ской помольной установки марки 300	—			—	—
Примечание. Пуццолаповый портландцемент получался пу-
тем введения 30% добавки трепела к портландцементу завода
«Красный Октябрь», а пссчано-пуццолановый портландцемент — пу-
тем добавления к тому же портландцементу молотых песка и тре-
пела, вместе взятых, в количестве не более 50%.
цементах (марки 400 и 500) с расходом их от 250 до
400 кг/м3 и на щебне из доломитизированного известня-
ка Ширяевского карьера, имевшем водопоглощение до
4—5%. Как видно из рис. 5.21, вначале до 10—15 цик-
лов замораживания и оттаивания происходило увеличе-
ние массы образцов на 0,5—1% за счет водопоглощения.
Далее, до 25 циклов масса оставалась неизменной, после
чего началось ее уменьшение. К 150 циклам заморажи-
вания и оттаивания образцы получили первоначаль-
ную массу. Все образцы этой серии выдержали до
500 циклов замораживания и оттаивания с потерей мас-
сы всего лишь 2—3%. При этом несколько лучшие по-
казатели у бетона на портландцементе марки 500 и с
уменьшением В/Ц. При испытании бетонов на различ-
223
Рис. 5,21. Изменение массы бетонных образцов в процессе испыта-
ния на морозостойкость
Позиция	Марка бетона	Расход	
		цемента	воды
/	500	300	195
2	400	250	300
3	500	300	180
4	400	277	180
5	500	400	214,5
6	500	400	195
ных цементах морозостойкость бетона па песчано-пуц-
цолановом портландцементе при марке 400 и при марке
бетона 250 в возрасте 30 сут оказалась ниже 200 циклов.
Еще ниже оказалась морозостойкость бетона на пуццо-
лановом портландцементе. Как видно из рис. 5.22, бетон
на пуццолановом портландцементе при том же месячном
сроке начала испытания на морозостойкость к 400 циклам
полностью разрушился. По 10-балльной системе оценки,
принятой С. В. Шестоперовым, бетонные образцы на
пуццолановом портландцементе к 200 циклам по внеш-
нему виду в оценке снизились с 10 баллов до 8, после
чего наступило резкое разрушение образцов. Совершен-
224
но иная картина получается у бетона на портландцемен-
те. При испытании в том же месячном возрасте оценка
бетонных образцов снизилась с 10 до 8 баллов по внеш-
нему виду только после 375 циклов замораживания и от-
таивания. Как видно из рис. 5.22 и из других данных,
значительно раньше наступало разрушение у образцов,
баллы	Баллы
Число циклов замораживания и оттаивания
Рис. 5.22. Кривые оценки морозостойкости бетонных образцов, при-
готовленных на:
а — портландцементе и б — пуццолановом портландцементе по баллам внеш-
него вида. Возраст образцов: 1—7 сут; 2 — 28 сут; 3— 300 сут
подвергавшихся испытанию в 7-суточном возрасте. Осо-
бенно это следует подчеркнуть для случаев применения
малоактивных и пуццоланизированных цементов, а сле-
довательно, с повышением прочности бетона к началу
испытания морозостойкость бетона значительно повыша-
ется. Подтверждением этого положения может служить
хорошее состояние бетона в таких плотинах, как Вол-
ховская и Днепровская, имеющих возраст 40—50 лет.
Как видно из приведенных графиков, по изменению
кривых можно определить участок, характеризующий
как бы предел или степень морозостойкости бетонов.
После достижения известного предела сопротивления
15—23	225
бетона попеременному действию воды и мороза насту-
пает момент интенсивного его разрушения.
В табл. 5.16 приведены результаты испытаний на
морозостойкость образцов бетона размером 20Х20Х
Х20 см, изготовленных на трех различных цементах
с применением вибрирования.
Испытания показали, что из цементов наиболее мо-
розостойким является портландцемент. Несколько худ-
шие результаты показывает глиноземистый цемент, по-
лученный путем плавки в доменной печи. Значительно
меньшей морозостойкостью обладают пуццоланизиро-
ванные портландцементы.
Как видно из табл. 5.16, в описываемых опытах при-
менялись портландцементы с содержанием 47—61%
трехкальциевого силиката и 5—8% трехкальциевого
алюмината. Такого рода цементы, как видно из получен-
Таблица 5.16
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ
ПРИ ИСПЫТАНИИ НА МОРОЗОСТОЙКОСТЬ
Возраст образ- цов до замора* живания	Число циклов испытания	Фактический воз- раст образцов, сут	Прочность после испытания, МПа	Прочность эта- лонных образцов в эквивалентном возрасте	Изменения проч- ности, %
		На портландцементе			
28	25	41	20,7		
28	100	67	26	—	—
28	200	168	28,4	34,4	— 17,4
28	300	216	25,9	37	—30
	На	пуццолановом портландцементе			
28	25	43	21,2	22	—3,6
28	100	72	21,2	25	— 15,2
28	200	215	7,1	29	—75
		На глиноземистом цементе			
90	25	111	59,3	62	—4
110	100	286	52,3	64	— 18
ПО	200	287	50,7	64,5	—21
226
ных результатов, оказались вполне морозостойкими.
Портландцементы с более высоким содержанием С3А
в других испытаниях выявили пониженную морозостой-
кость и даже водостойкость.
В отличие от чистых глиноземистых сульфатирован-
ные глиноземистые цементы обладают также понижен-
ной морозостойкостью.
В технических условиях Министерства промышлен-
ности строительных материалов СССР на гипсоглино-
земистый расширяющийся цемент отмечается его пони-
женная морозостойкость. Это объясняется тем, что обра-
зующийся при твердении сульфоалюминат кальция
недостаточно морозостоек, а поэтому цементы такого ви-
да не могут быть рекомендованы для применения в бето-
нах повышенной морозостойкости.
Длительные испытания, проводившиеся нами в тече-
ние 2,5 лет, выявили также роль заполнителей бетона.
При этом оказалось, что бетон нс только на щебне из
изверженных пород, но и на щебне из известняков, а
также доломитизированных известняков обладает высо-
кой степенью морозостойкости.
Плотный бетон на высококачественном портландце-
менте выдерживает до 600 циклов замораживания и
оттаивания при употреблении в качестве крупного за-
полнителя известнякового щебня с водопоглощением до
4—5%. При употреблении цементов более высокой ак-
тивности и при увеличении тонкости их помола в преде-
лах до 95% прохода через сито 4900 отв/см2 (или до
4000 см2/г) стойкость бетонов и растворов на них воз-
растает.
Как показали исследования, проведенные в Гидропро-
екте В. М. Медведевым, А. А. Гордеевым, в ДорНИИ
С. В. Шестоперовым и другими, применение пластифи-
цирующих добавок, в особенности сульфитно-спиртовой
барды, значительно повышает морозостойкость бетона.
В то же время установлено, что морозостойкость бетона
в присутствии солей, в особенности сульфатов магния
и аммония, резко понижается.
Увеличение количества песка в бетоне и уменьшение
размеров его зерен, а следовательно, и увеличение моду-
ля поверхности песка, существенно снижают технические
свойства бетона. Вследствие увеличения расхода цемен-
та и воды в этих случаях морозостойкость бетона не-
сколько уменьшается. Как показывают испытания, в
15*
227
этих случаях положительную роль играет применение
воздухововлекающих добавок в бетон.
Особое внимание должно быть уделено назначению
тонкомолотых добавок, если применение таковых необ-
ходимо.
В ГОСТ 4800—59 на гидротехнический бетон для
получения морозостойкого бетона, особенно для частей
сооружений, расположенных в зоне переменного гори-
зонта воды в суровых климатических условиях, требу-
ется применение портландцемента высоких марок. При
наличии сульфатной агрессивности воды — среды — в
этих случаях требуется применение сульфатостойкого
портландцемента. В сооружениях Волгодонстроя, напри-
мер, применялся портландцемент марки 400—500 с содер-
жанием в нем до 10% гидравлической добавки. Цемент
был сульфатостойким с ограничением содержания в
клинкере до 6% трехкальциевого алюмината и до 50%
трехкальциевого силиката. По техническим условиям на
цементы для Куйбышевского и Волгоградского гидро-
строительств, уточненных на 1953—1955 гг., рекомендо-
валось в зоне А применять портландцемент с содержани-
ем С3А не более 5% и C3S не менее 45 и не более 55%.
Опыт применения портландцемента с ограниченными
гидравлической добавкой (опокой или трепелом) и ми-
нералогическим составом клинкера должен быть тща-
тельно изучен и учтен на других гидротехнических
стройках. Во всяком случае можно твердо сказать, что
для морозостойких бетонов не рекомендуется применять
обычные пуццолановые портландцементы. Допускаемое
количество активных доменных шлаков в портландце-
менте для морозостойких бетонов должно проверяться
специальными исследованиями. В этом случае вопрос
должен решаться с учетом качества применяемых шла-
ков и цементного клинкера.
Неоднократно проводившиеся испытания выявили
низкую морозостойкость бетона на шлакопортландце-
ментах, а поэтому их нельзя применять без проверки и
надлежащей защиты конструкций в зонах смачивания и
замораживания капитальных сооружений. Вопреки су-
ществовавшему ранее мнению о недопустимости приме-
нения для гидротехнического бетона заполнителей из
карбонатных пород исследования показали полную
возможность и целесообразность применения их в совре-
менных гидротехнических сооружениях.
228
При работе на высокосортном портландцементе, при-
меняя известняковый заполнитель с водопоглощением
до 4—5%, можно обеспечить морозостойкость, значи-
тельно превышающую требования действующих стан-
дартов. Однако при этом должны применяться хорошего
качества пески. Допустимость применения мелких или
загрязненных глинистыми примесями, не удовлетворяю-
щих требованиям ГОСТ 4800—59 песков для морозо-
стойких и водонепроницаемых бетонов должна быть
обоснована результатами специальных исследований.
По опыту строительства Цимлянского гидроузла и
Волго-Донского канала, следует более широко рекомен-
довать применение таких добавок, как сульфитно-спир-
товая барда, которые являются не только пластифика-
торами, но и значительно повышают морозостойкость
бетона.
Введение добавки сульфитно-спиртовой барды в виде
жидкого концентрата в количестве 0,1—0,2% (на сухое
вещество) массы цемента значительно повышает под-
вижность бетонной смеси и приводит к уменьшению
водоцементного отношения. Естественно, возникает во-
прос о применении на гидротехнических стройках спе-
циальных заводских цементов повышенной морозостой-
кости. Как известно, на Волгодонстрое было уложено
1,5 млн. м3 бетона с применением сульфитно-спиртовой
барды. Для повышения морозостойкости наиболее эф-
фективным является применение воздухововлекающих
добавок типа СНВ и СПД.
Воздухововлекающие добавки очень широко приме-
няются в США при строительстве цсмснтобстопных до-
рог.
Для придания большей морозостойкости и повыше-
ния сопротивления поверхности бетона истиранию в во-
досливных гранях плотин, .стенках, гасителях энергии
воды и т. п. следует шире применять вакуумирование
бетона и водопоглощающую опалубку.
Для повышения морозостойкости, так же как и во
всех случаях повышения коррозионной стойкости бето-
на, необходимо принимать меры к обеспечению полного
уплотнения бетонной смеси при ее укладке в сооруже-
ния. Повышенная плотность может быть обеспечена при-
менением целого комплекса мероприятий: правильным
выбором материалов, подбором и строгим соблюдением
состава бетона, использованием эффективных вибрато-
229
ров, введением специальных добавок, соблюдением опре-
деленных требований при транспортировании бетонной
смеси, вибровакуумированием и т. д. Для образования
более стойкой структуры цементного камня необходи-
мо применять портландцементы с пониженным содержа-
нием алюминатов кальция и с добавкой сульфитно-спир-
товой барды.
По опыту Волгостроя, Волгодонстроя и других гидро-
технических строек следует шире применять железобе-
тонные плиты-оболочки для облицовки таких сооруже-
ний, как плотины, здания гидроэлектростанций, лицевые
поверхности шлюзов и т. п. Для производства плоских
и лекальной формы плит площадью до 10 м2 й толщиной
10—30 см на крупных гидротехнических стройках долж-
ны быть своевременно построены высокомеханизирован-
ные заводы. Для приготовления бетона плит-оболочек
должны применяться портландцементы марки 400—500
с расходом 320—360 кг/м3 и заполнители в виде гра-
нитного щебня крупностью до 30 мм, а также пески с
хорошим зерновым составом. Бетон плит-оболочек дол-
жен отвечать требованиям по морозостойкости не менее
200—300, по водонепроницаемости В8 и по прочности
марки не менее 250. Бетонная смесь должна быть по воз
можности жесткой.
Во избежание фильтрации воды сквозь швы плит не-
обходимо обращать особое внимание на тщательность
вибрационною уплотнения бетона, прилегающего к пли-
там-оболочкам и на полное извлечение окаймляющих
плиты деревянных реек, а также на тщательность заче-
канки швов между плитами жестким цементным раство-
ром состава 1 1 (при В/Д=0,15—0,25). Кроме того, для
проверки качества укладки необходимо осуществлять
контрольное бурение бетона и нагнетание воды, а при
необходимости дополнительного уплотнения вести це-
ментацию бетона путем инъекции цементного молока
под давлением 0,2—0,4 МПа за плиты-оболочки, как
обязательную технологическую операцию при производ-
стве работ.
Для заводского производства бетонных и железобе-
тонных конструкций представляет интерес исследование
морозостойкости и проницаемости бетонов, подвергну-
тых тепловой обработке.
Большое влияние на морозостойкость оказывает де-
фектность структуры, образующейся при раннем замора-
230
живании или при тепловой обработке (пропаривании,
электропрогреве). В этом отношении между ранним за-
мораживанием и тепловой обработкой можно провести
определенную аналогию.
Морозостойкость бетонов, как было уже отмечено,
обеспечивается не только их высокой плотностью, но и
определенным строением пор. Например, ячеистые бето-
ны с пористостью, достигающей 75% и более, после ав-
токлавной обработки оказываются более морозостойки-
ми, чем плотные бетоны на тяжелых заполнителях с
большим водосодержанием. Как показали исследования
и практика применения тяжелых бетонов, твердеющих
в различных условиях, морозостойкость их значитель-
но повышается благодаря применению воздухововле-
кающих добавок, за счет которых образуется 4—5%
замкнутых пор в цементном камне. Уменьшение откры-
той поверхности и равномерное распределение пор в це-
ментном камне и бетоне значительно повышают морозо-
стойкость.
Большое значение в повышении морозостойкости тя-
желого и легкого бетонов имеют В/Ц и жесткость бетон-
ной смеси. При постоянных и малых значениях В/Ц бе-
тоны из жестких бетонных смесей имеют более высокую
прочность и морозостойкость.
В опытах обработанные в автоклаве образцы из под-
вижных смесей на тяжелых заполнителях при В/Д=0,6
разрушались после 25—50 циклов замораживания и
оттаивания, в то время как образцы из бетонов ана-
логичных составов, но с меньшим В/Ц и из более
жестких смесей после такой же автоклавной обра-
ботки выдержали более 200 циклов замораживания и от-
таивания.
Минералогический состав также влияет на морозо-
стойкость цементов. Отрицательно сказывается повы-
шенное содержание трехкальциевого алюмината и вве-
дение молотых минеральных добавок. Анализ показыва-
ет, что введение при изготовлении бетонной смеси воды
сверх определенного количества ухудшает структуру от-
формованных конструкций.
Вследствие различной направленности температур-
ных и влажностных градиентов при тепловой обработке
возникают нарушения в структуре бетона, и в первую
очередь в зоне контакта заполнителя с раствором. Эта
дефектность структуры сказывается на морозостойкости
231
материала в большей мере, чем состав новообразований
при твердении вяжущего.
Неоднократно отмечалось, что при пропаривании
морозостойкость бетона снижается. Это часто объясня-
ется применением жестких режимов тепловой обработки
и составом цементов. Однако при употреблении жестких
бетонных смесей, хорошем их уплотнении и малых зна-
чениях ВЩ, введении химических добавок достигается
высокая степень морозостойкости бетонов при умерен-
ной тепловой обработке.
При обычных отрицательных температурах замерза-
ния вызывать увеличение объема может -только вода,
содержащаяся в капиллярах радиусом более 0,1 мк,
поэтому на степень морозостойкости бетона большое
влияние оказывает содержание капиллярных пор, кото-
рые образуются при гидратации цемента и седимента-
ционном уплотнении бетонной смеси.
В своих исследованиях Г И. Горчаков установил,
что в морозостойких бетонах должно содержаться не
более 7% капиллярных пор [13]. При этом следует учи-
тывать, что со временем по мере гидратации цемента и
увеличения объема новообразований общее количество
капиллярных пор уменьшается. Чем меньше водоцемент-
ное отношение в плотно уложенных бетонах, тем мень-
ше в них останется капиллярных пор. В бетонах с ма-
лым водоцементным отношением (менее 0,5) при пол-
ной гидратации цемента капиллярная пористость
приближается к нулю. Контракционная и гелевая пори-
стость, наоборот, со временем увеличиваются. Для
оценки степени морозостойкости бетона прежде
всего необходимо знать не общую, а капиллярную по-
ристость.
Как это видно из приводимых ниже результатов опы-
тов по пропариванию бетонов, на морозостойкость,
так же как и на прочность, большое влияние оказывают
деформации бетона в процессе его тепловой обработки.
Изучение самопроизвольных деформаций бетонов в про-
цессе пропаривания показало, что пропаривание во всех
случаях нарушает структуру бетона иногда очень силь-
но, иногда же совсем незначительно. Поэтому свойства
пропаренного бетона с учетом его специфики близ-
ки к свойствам бетонов нормального твердения. Таким
образом, кроме степени пористости, вида и строения
пор в батоне необходимо принимать во внимание де-
232
структивные процессы, происходящие в результате его
температурного расширения при прогреве.
Обширные исследования морозостойкости бетона в
суровых климатических условиях в развитие работ
С. В. Шестоперова были проведены Г И. Горчаковым,
М. М. Капкиным и О. А. Птицыным [13]. Стойкость
бетонов изучалась ими в зависимости от минералоги-
ческого состава цементов, применения поверхностно-
активных добавок, значения водоцементного отношения
и условий начального твердения. Бетон состава 1 1,5
: 3,5 (по массе) при В/£(=0,45 с осадкой конуса смеси
0,5—1 см был исследован на морозостойкость в лабора-
торных условиях и в зоне переменного уровня морской
воды Кольского залива. Бетонные образцы имели раз-
мер 7X7X7 см и соответствовали сечению сборных же-
лезобетонных плит-оболочек. Часть образцов хранилась
в нормальных условиях, а часть подвергалась пропари-
ванию по трем режимам: первый — 4+12+6 ч, вто-
рой— 9+10+3 ч; третий — 8+1 + 15 ч при температуре
80° С. Все изготовленные образцы были разделены на
три партии: первая партия хранилась все время в нор-
мальных условиях; вторая испытывалась в морозильной
камере, причем оттаивали образцы в естественной мор-
ской воде, соленость которой составляла 35 г/л; третью
партию поместили на стенде в зоне прилива и отлива
морской воды. Эти образцы в период одного цикла при-
лива и отлива в течение 5,5—6 ч полностью затоплялись
водой, а 6—7 ч находились па воздухе.
Результаты испытаний бетонных образцов на сжа-
тие в намеченные программой сроки приведены в
табл. 5.17.
Опыты показали, что прочность пропаренных бето-
нов на сульфатостойком цементе при дальнейшем
твердении в нормальных условиях в 28-суточном и двух-
летнем возрасте была выше прочности бетонов нормаль-
ного твердения. Через 300 циклов попеременного замо-
раживания и оттаивания в лабораторных условиях
пропаренные бетоны очень хорошо сохранились, после
двухлетнего испытания в естественных условиях пропа-
ренные образцы на сульфатостойком портландцементе
также сохранились достаточно хорошо, прочность их
даже повысилась на 15—20% ио сравнению с прочно-
стью контрольных образцов, хранившихся в нормаль-
ных условиях. В то же время прочность бетонов нор-
233
£□ Таблица 5.17
ПРОЧНОСТЬ И МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА НОРМАЛЬНОГО ТВЕРДЕНИЯ И ПОДВЕРГНУТОГО ПРОПАРИВАНИЮ
Цемент	Режим предваритель- ного твердения, ч	Предел прочности при сжатии без переходного коэффициента, МПа								
		после пропа- ривания	при нормальном хранении в лабо- раторных усло- виях в течение		после испытания на морозо- стойкость в лабораторных условиях в течение циклов			после хранения в зоне пере- менного уровня морской во- ды в течение		
			28 сут |	5 лет	100 |	200	|	300	6 мес |	|	2 лет	5 лет
Сульфатостой- кий портландце- мент марки 400 Брянского завода	Нормальное твердение Пропаривание при 80° С:		27,6	35,5	35,6	45,5	38,2	36,2	1 38	42,7
	4+12+6	27,3	28	38,2	33,9	35,4	45,5	35	42,8	47.6
	9+10+3*	18,4	31,7	38,6	41,5	39,6	36,5	35,8	46,2	46,7
	8+1 + 15	15	30,8	37,9	45,5	41	43	30,2	41,5	
Г идрофобный портландцемент марки 300 Волко- высского завода	Нормальное твердение Пропаривание при 80° С:		27,5	39,1	28,6	31,9	33	24,4	32	41,4
	4+12+6	П,7	16,2	28,1	27,1	22	27,9	15,5	25,5	29,8
	9+10+3*	14,3	25,7	32,5	29,6	29,6	33,7	22,7	23,3	
	8+1 + 15	11,9	19,5	19,5	26,1	29,5	30,1	21,2	21,8	—
Пластифициро- ванный портланд- цемент марки 500	Нормальное твердение Пропаривание при 80° С: 44-124-6 9+10+3* 8+1 + 15	15,4 24,1 18,5
Шлакопортланд- цемент марки 300 Щуровского за-	Нормальнде твердение	
вода	Пропаривание при 80° С:	
	4+12+6	14,6
	9+10+3*	12,6
	8+1 + 15	15,3
При снижении температуры с 80 до 20е
I
43,4	47,4	36 7	40,2	45,6	27,5	37,7	40,7
22,8	34,3	32,1	32,4	35,7	23,7	50	39
31,7	45,5	44,7	43,9	44,1	25,5	38,3	38,4
29,9	32,5	44,4	39,7	41	27,6	31,1	38,6
25,3	35,8	32,5	39,4	41,3	24,9	38,2	45
16,6	28,3	25,9	28,8	30,4	20,6	31,7	35,4
20,5	30	27,1	30,3	26,7	17,5	27	31,8
21,2	29,7	26,9	33,2	34,4	22,1	32	36
С в течение 3 ч образцы постепенно охлаждались в воде.
мального твердения повысилась на 7%. После пятилет-
него хранения образцов в море прочность их по
сравнению с 28-суточной повысилась на 50—70%. Раз-
рушения образцов при осмотре не было обнаружено.
Прочность пропаренных образцов на гидрофобном
портландцементе не достигает прочности бетонов нор-
мального твердения в 28-суточном и двухлетнем воз-
расте. Относительно высокие показатели прочности про-
паренного бетона на гидрофобном портландцементе
Волковысского завода были получены при пропарива-
нии по режиму 9+10+3 ч при 80° С. После* 300 циклов
испытания прочность пропаренных бетонов из этого це-
мента повысилась на 30—70% по сравнению с проч-
ностью контрольных образцов 28-суточного возраста, а
прочность бетонов нормального твердения — лишь на
20%. Характерно, что прочность бетонов на гидрофоб-
ном портландцементе в течение пятилетнего срока хра-
нения в зоне переменного уровня значительно возросла
и к концу этого периода была на 50—80% больше 28-су-
точной прочности и несколько выше двухлетней проч-
ности бетона нормального твердения.
Пропаренные бетоны, изготовленные на пластифи-
цированном портландцементе, при последующем нор-
мальном двухлетнем хранении не достигали прочности
бетона того же возраста нормального твердения. Относи-
тельно высокие показатели прочности имел бетон,
пропаренный по режиму 9+10+3 ч при 80° С.
Результаты испытания на морозостойкость в лабора-
тории и в естественных условиях показывают (см.
табл. 5.17), что более благоприятными для данного
пластифицированного цемента являются второй и тре-
тий режимы пропаривания с постепенным 8—9-часовым
подъемом температуры. Абсолютные величины проч-
ности пропаренных бетонов из этого цемента, находив-
шихся на стенде, были весьма близки к показателям
прочности бетона нормального твердения. Прочность
пропаренных бетонов на шлакопортландцементе после
300 циклов попеременного замораживания и оттаива-
ния повысилась на 30—83% по сравнению с прочностью
контрольных образцов 28-суточного возраста. Проч-
ность бетонов нормального твердения повысилась со-
ответственно на 63%.
Испытания образцов на стенде в течение 5 лет пока-
зали, что прочность бетонов на шлакопортландцемен-
236
те нормального твердения и пропаренных повысилась,
причем более высокие показатели прочности были у бе-
тона, пропаренного по режиму 8+1 + 15 ч при 80° С.
Такие высокие показатели морозостойкости бетонов
на различных цементах как после твердения в нормаль-
ных условиях, так и после пропаривания объясняются
применением бетонов из малоподвижных смесей сВЩ=
= 0,45, достаточно плотных и прочных. Пропаривался
бетон в формах при медленном подъеме температуры,
чю обеспечивало формирование структуры еще в нача-
ле подъема температуры и не приводило к структурным
нарушениям.
Таким образом, анализ результатов многочисленных
испытаний показывает, что степень морозостойкости бе-
тона зависит от комплекса его характеристик. При этом
надо подчеркнуть, что между прочностью и морозостой-
костью бетона без учета его плотности и характеристи-
ки пор нет определенной зависимости. В подтверждение
можно привести результаты испытания морозостойкос-
ти бетона на трех цементах, подвергавшегося различ-
ным видам тепловой обработки, а затем находившегося
18 лет в грунте и 2 года в камере нормального хранения.
Как видно из табл. 5.18, несмотря на достаточно высо-
кие показатели прочности бетона в двадцатилетием
возрасте (от 16,5 до 46,3 МПа), морозостойкость его
оказалась низкой. У бетона, подвергавшегося тепловой
обработке, она была к тому же ниже, чем у бетона нор-
мального твердения. У бетонов после тепловой обра-
ботки (кроме бетона на портландцементе после обыч-
ной пропарки) водопоглощение больше, чем у бетонов
нормального твердения. Низкую морозостойкость этих
бетонов можно объяснить тем, что при изготовлении их
применялись подвижные смеси с водоцементным отно-
шением 0,67—0,7, а тепловая обработка осуществля-
лась до сформирования прочной структуры. О высокой
степени капиллярной пористости такого бетона свиде-
тельствует его значительное водонасыщение (от 2,9 до
6,1%). Объем нор, заполнявшихся при стандартном во-
донасыщении, составлял 7—14% всего объема бетона.
По расчетному методу оценки морозостойкости бетона,
предложенному Г И. Горчаковым, такие бетоны долж-
ны быть отнесены к неморозостойким.
Расчеты показывают, что, применяя качественные
цементы (с умеренным содержанием низкогидравличе-
237
ьэ Таблица 5.18
00
0° МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА, ПОДВЕРГАВШЕГОСЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ, ПОСЛЕ ХРАНЕНИЯ В ТЕЧЕНИЕ 18 ЛЕТ
В ЗЕМЛЕ И 2 ЛЕТ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Цемент	Режим хранения до испытания на моро- зостойкость	Водонасыще- ние, %	Количество цик- лов заморажива- ния — оттаивания	Потеря в массе после испытания на морозостой- кость, %	Предел прочности, МПа		Коэффициент мо- розостойкости к моменту снятия с испытания
					До	| после	
					испытания СТОЙ!	на морозо- кость	
Портландцемент Чернореченского завода	18 лет в земле, затем 2 года нор- мального хране- ния	3,4	188	4,5	31,2	12,2	0,39
Пуццолановый портландцемент	То же	4,1	99	9	28,7	6,3	0,22
Шлакопортланд- цемент Портландцемент Чернореченского завода	Пропаривание при 80° С (2+8+ + 1	ч), затем 18 лет в земле и 2 года в нормаль- ных условиях	4,5 2,9	37	6,7	18,9 46,3	2,3	0,12
Пуццолановый портландцемент	То же	5	51	7,1	24	6,2	0,26
Шлакопортланд- цемент		5,5	15	17,5	16,5	4	0,24
ского компонента С3А), морозостойкие бетоны можно по-
лучить только на составах сводоцементным отношением
не более 0,5. Такое водоцементное отношение принима-
ется из расчета заполнения продуктами новообразова-
ний всех капиллярных пор при полной гидратации порт-
ландцемента, когда 25% воды связывается химически
и 25% адсорбционно.
Ранее нами было показано, что даже через 18—20
лет пребывания бетона во влажной среде цементный
камень содержит 30—40% негидратированных частиц
клинкера. Следовательно, в гидратацию вступает не
свыше 60% цемента. Тогда расчетное водоцементное
отношение для бетона высокой степени морозостойкос-
ти будет составлять порядка 0,3. В этом случае в бето-
не практически не должно содержаться капиллярных
пор, которые влияют на его морозостойкость. Вода, содер-
жащаяся в контракционных порах и порах геля, замер-
зает только при температурах от —30 до —78° С. На-
личие в цементном камне такого вида пор, не запол-
ненных водой, может только благоприятно влиять на
морозостойкость бетона. В рассматриваемом нами опы-
те более половины воды затворения пошло на образова-
ние капиллярной пористости бетона, резко снизившей
его морозостойкость.
За последние годы в связи с применением в строи-
тельстве тонкостенных желозобетонных конструкций из
мелкозернистых бетонов, изготовляемых по вибропро-
катной технологии, автором совместное В. Ф. Хворостян-
ским были проведены опыты по определению морозо-
стойкости таких бетонов.
Образцы раствора состава 1:2 и бетона состава
1:1:2 были изготовлены на портландцементах Воскре-
сенского и Белгородского за’водов. Сразу после изго-
товления образцы подвергали трехчасовому пропарива-
нию при температурах 100 и 110°С и параллельно —
прогреву на плите при температуре 100° С. После про-
грева в суточном и 28-суточном возрасте образцы испы-
тывали на морозостойкость по стандартной методике.
Наряду с ними испытывались на морозостойкость и не-
прогретые образцы, выдержанные в нормальных усло-
виях в течение 28 сут. До испытания на морозостойкость
образцы хранили сутки в нормальных условиях.
Кроме лабораторных образцов на морозостойкость ис-
пытывали призмы, выпиленные из стеновых вибро-
239
прокатных панелей, изготовленных на Люберецком за-
воде.
Опыты показали, что при соответствующих режимах
тепловой обработки в большинстве случаев испытанные
до 200 циклов бетоны имели коэффициент морозостой-
кости, равный единице, т. е. образцы, подвергнутые
тепловой обработке, не снизили своей прочности и име-
ли такую же морозостойкость, как нормально твердев-
шие.
Призмы, выпиленные из вибропрокатных панелей,
изготовленных на Люберецком заводе, выдержали бо-
лее 100 циклов замораживания и оттаивания и при
коэффициенте морозостойкости, равном единице, не
имели видимых разрушений.
Следовательно, несмотря на то, что тепловая обра-
ботка в принципе понижает морозостойкость бетона, и
несмотря на возможность появления в вибропрокатном
бетоне вследствие жесткого режима прогрева дефектов
микроструктуры (направленные микротрещины и по-
ры), морозостойкость его все-таки достаточно высокая.
Это объясняется главным образом тем, что в силу жест-
кости смеси, малого водоцементного отношения (0,28—
0,3), хорошего виброуплотнения мелкозернистый бетон
имеет высокую плотность и малую капиллярную по-
ристость.
Существенный интерес представляет морозостой-
кость легких бетонов на пористых заполнителях после
тепловой обработки.
По данным различных исследователей, керамзито-
бетон повышенных марок выдерживает до 100—200 и
более циклов замораживания и оттаивания. Испытания,
проведенные нами, показали, что при выдержке керам-
зитобетона перед тепловлажностной обработкой и уме-
ренных режимах подъема и спуска температуры можно
получить вполне морозостойкие изделия. Наблюдения
за разрушением образцов керамзитобетона при испыта-
нии их на сжатие показывают, что при недостаточно
мягких режимах тепловой обработки образец разруша-
ется в месте контакта раствора с крупным заполните-
лем. Такое же явление наблюдалось и во время испыта-
ния керамзитобетона на морозостойкость.
Следовательно, одной из причин снижения моро-
зостойкости бетонов при тепловлажностной обработке
является нарушение сцепления цементного камня с
240
крупным заполнителем вследствие температурно-уса-
дочных деформаций, что особенно часто наблюдается
при резких режимах тепловой обработки. Поэтому теп-
ловая обработка без предварительной выдержки и с
быстрым подъемом температуры приводит к понижению
прочности и морозостойкости бетона.
У большинства легких бетонов вяжущее проникает
в глубь пористых заполнителей, что увеличивает их
сцепление. В керамзитобетоне из-за особенностей струк-
туры керамзита этому препятствует относительно плот-
ная наружная оболочка керамзитового гравия. Еще
больше нарушается сцепление тяжелых бетонов с плот-
ными заполнителями при тепловой обработке.
Легкие бетоны, подвергнутые обычному пропарива-
нию, имеют относительно меньшую морозостойкость,
чем после автоклавной обработки. Следовательно, здесь
иная зависимость, чем для бетонов на плотных заполни-
телях. При тепловой обработке легких бетонов наблю-
даются структурные нарушения в зоне контакта между
крупным заполнителем и раствором. Одновременно про-
исходит взаимодействие поверхности гидравлически ак-
тивных заполнителей с применяемыми вяжущими. Ус-
тановлено, что керамзитобетон п шлакопемзобетон ха-
рактеризуются более высокой морозостойкостью, чем
шлакобетон.
В легких бетонах влияние В/Ц на морозостойкость
выражено в меньшей степени, чем у тяжелых. Это объ-
ясняется гигроскопичностью легких заполнителей. Во
время приготовления, укладки и в первые дни тверде-
ния часть воды отсасывается пористым заполнителем
и не вызывает значительных дефектов в структуре бето-
на. В последующие сроки твердения вода, аккумулиро-
ванная пористым заполнителем, поглощается из него це-
ментным камнем и вступает во взаимодействие с цемен-
том. Этими же явлениями может быть объяснено зна-
чительное увеличение морозостойкости ячеистых
бетонов с пористыми заполнителями. Например, образ-
цы из пенокерамзитобетона выдерживают 250 циклов
замораживания, в то время как образцы из пенобетона
того же состава, но без заполнителя, выдержали толь-
ко 90 циклов.	___
Морозостойкость бетонов, подвергнутых тепловой
обработке, после выдерживания их во влажной среде,
в особенности в воде, значительно возрастает.
16—23
241
Ь? Таблица 5.19
со
МОРОЗОСТОЙКОСТЬ ПРОПАРЕННЫХ БЕТОНОВ С КОМПЛЕКСНЫМИ ДОБАВКАМИ НА ОСНОВЕ
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Добавки		дСж перед началом ис- пытаний, МПа	200 циклов		К .мрз	400 циклов		*мрз
Наименование	Дозировка, % dt массы цемента		Ясж , МПа			дсж , МПа		
			после испыта- ния	контроль- ных		после испыта- ния	конт- рольных	
Без добавки		40,5	32.3	42,5	0,76	После 225 циклов разру- шились		
3CHK+Ca(NO3)2	0,1 + 1,5	42,5	46,5	44,3	1,05	46,5	46,5	1
То же	0,15+1,5	40,9	45	44,1	1,02	43,6	44,5	0,98
эснк+ннк	0,1 + 1,5	41,8	43,8	43,5		40,2	43,2	0,93
AMCP+Ca(NO3)2	0,1 + 1,5	40	40,7	42	0,97	36,6	42,1	0,87
АМСП+Са(1ЧО3)2	0,1 + 1,5	42	44,5	44,2	1	44,7	45,6	0,98
ГКП-Ю+Са(МО3)2	0,1 + 1,5	41,2	42,6	42,5		41,8	43,5	0,96
ГКП-1 l+Ca(NO3)2	0,1 + 1,5	40,5	43	43		39,9	42,9	0,93
Исследования морозостойкости бетона с комплекс-
ными добавками проводились в лаборатории коррозии
НИИЖБ Л. М. Котовой. Испытания были проведены в
соответствии с ГОСТ 4800—59 и по ускоренной методи-
ке при замораживании до —60° С в автоматической ка-
мере Нема; оттаивание — в пресной воде и в синтезиро-
ванной морской воде соленостью 34 г/л. Морозостойкость
оценивалась по изменению прочности бетона. В
табл. 5.19 представлены данные о результатах испыта-
ний по стандартной методике, которые позволяют сде-
лать вывод о том, что добавки кремнийорганических
соединений совместно с ускорителями твердения значи-
тельно повышают морозостойкость пропаренного бето-
на по сравнению с пропаренным без добавок. При этом
наиболее эффективными оказались комплексные добав-
ки в сочетании ЭСНК+Са (NO3)2, наименее эффектив-
ными АМСР + Са(NO3)2. Пропаренные образцы без до-
бавок выдержали только 225 циклов замораживания и
оттаивания, в то время как со всеми сочетаниями хими-
ческих добавок они прошли 400 циклов с коэффициен-
том морозостойкости не менее 0,87. ЭСНК представляет
собой этилсиликонат натрия, а АМСР пли АМСП — во-
дорастворимый алюмометилсиликонат натрия в виде
раствора или порошка.
Исследования, проведенные в лаборатории ускоре-
ния твердения бетона НИИЖБ, выявили повышение мо-
розостойкости в 3—6 раз при введении воздухововле-
кающих добавок типа СНВ и СПД.
Накопленные опытные данные указывают на целесо-
образность введения пластифицирующих добавок сов-
местно с воздухововлекающими добавками в бетоны, к
которым предъявляются высокие требования по морозо-
стойкости. Наряду с исследованием морозостойкости
после нормального твердения или тепловой обработки
нами были проведены работы по исследованию морозо-
стойкости бетона, замороженного в раннем возрасте.
Морозостойкость бетона определялась на бетонных
образцах 10X10X10 см состава 1:2,1:3,7 при ВЩ=
0,58, приготовленных на белгородском и воскресенском
цементах и замороженных сразу, через 3, 6, 9, 12, 24 и
72 ч после изготовления при t=—20° С, а также сразу
после изготовления при t=—2° С. Морозостойкость оп-
ределялась через 28 сут последующего нормального
твердения.
16;
243
Определение морозостойкости производилось в со-
ответствии с ГОСТ 10060—62 «Бетон тяжелый. Метод
определения морозостойкости». Морозостойкость оцени-
валась по изменению предела прочности на сжатие,
по потере в массе и по коэффициенту морозостойкости.
Исследование морозостойкости бетонов, подвергав-
шихся замораживанию при температурах —2 и —20° С,
дало следующие результаты. Как правило, образцы,
подвергавшиеся замораживанию сразу после приготов-
ления при температуре—2° С, в дальнейшем показали
значительное снижение их морозостойкости. Эти иссле-
дования показали, что наиболее опасными при раннем
замораживании бетона являются близкие к 0°С отрица-
тельные температуры (табл. 5.20)
При таких температурах в процессе медленной гид-
ратации цемента образуется структура с большим коли-
чеством пор радиусом от 1 до 0,1 мк, в которых в основ-
ном и происходят изменения при фазовых переходах
воды во время стандартных испытаний бетона на моро-
зостойкость. Образцы, подвергавшиеся замораживанию
при температуре—20° С, испытанные до 300 циклов по-
переменного замораживания и оттаивания, только в опы-
тах при их замораживании вскоре после приготовления
показали снижение коэффициента морозостойкости по
сравнению с морозостойкостью образцов нормального
твердения. Замораживание образцов при такой темпе-
ратуре, после 9-часовой предварительной выдержки их
до замораживания, после дальнейшего нормального
хранения не дало снижения морозостойкости.
Можно прийти к выводу, что установленный крите-
рий оценки «зрелости» к моменту замораживания бето-
на по прочности может быть принят и для характери-
стики его по плотности и морозостойкости. Микро- и
макроструктурная прочность и плотность бетона нахо-
дятся в прямой зависимости и в равной мере могут
быть использованы для оценки стойкости бетона при
раннем замораживании.
Недостаточно разработан вопрос о влиянии различ-
ных температурных воздействий на водо- и газопрони-
цаемость. М. М. Капкин провел в НИИЦементе обшир-
ные исследования по изучению влияния пропаривания
на водонепроницаемость бетона на сульфатостойком
портландцементе с пластифицирующими и воздуховов-
лекающими добавками. Он сделал вывод, что при пе-
244
Таблица 5.20
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗААЮРАЖИВАНИЯ БЕТОНА НА ЕГО МОРОЗОСТОЙКОСТЬ
Время выдержи- вания до замора- живания, ч	Температура за- мораживания, °C	Прочность на сжатие, МПа	Морозостойкость							
			Предел прочности на сжа- тие, МПа		Предел прочности на сжатие, МПа, пос- ле циклов			Коэффициент морозостойкости после циклов		
			до замора- живания	в возрасте 28 сут	100	200	300	100	200	300
0	—20	22,2	0	22,6	20,1	24,6	25,2	0,68	0,84	0,82
3	—20	20,9	0,16	24,7	24,5	23,1	24,5	0,83	0,79	0,81
6	—20	24,1	0,4	23,2	24,7	27,2	24,2	0,84	0,93	0,79
9	—20	26,9	0,6	26,1	28,5	27,9	30,7	0,97	0,95	1
12	—20	26	0,9	25,7	26	25,5	34,9	0,88	0,87	1
24	—20	28,6	4,3	27,9	28,1	30,9	32,3	0,96	1	1
0	—2	17,8	0	18,3	10,9	11,2	0	0,37	0,38	
—	Нормальное твердение 28 сут	31,7		29,4	26,1	34,8	31,9	0,9	1	1
ьо Примечание. Все образцы выдержаны на морозе 3 сут и после оттаивания 28 сут в нормальных усло-
& виях.
реходе на жесткие бетоны, изготавливаемые с пропари-
ванием, можно получить водонепроницаемость, удов-
летворяющую требованиям к напорным гидротехни-
ческим сооружениям и туннельным обделкам. Пропа-
ривание с медленным подъемом температуры до 80° С
может применяться для повышения водонепроницае-
мости бетонов под высоким давлением воды. Введение
ССБ и мылонафта в жесткие бетонные смеси снижает
водонепроницаемость бетона, подвергаемого пропари-
ванию.
Учитывая малую изученность влияния раннего за-
мораживания на газо- и водонепроницаемость бетона,
нами в НИИЖБ были проведены специальные опыты.
Для проведения исследований на водо- и газонепрони-
цаемость были приготовлены образцы-цилиндры высо-
той 10 см и диаметром 10 см из бетона состава 1 2,1
3,7 с В/Д=0,58 на белгородском и воскресенском це-
ментах марки 400. Образцы замораживались при тем-
пературе—20° С сразу после изготовления и через 3, 6,
9, 12, 24 и 72 ч предварительной выдержки их в нор-
мальных условиях, а также сразу и через 24 ч после
изготовления при температуре —2° С. Испытывались об-
разцы через 60 сут после оттаивания и последующего
твердения в камере нормального хранения. Испытания
образцов на газопроницаемость проводились на установ-
ке, изготовленной на опытном заводе ВНИИЖелезобс-
тона. Перед испытанием образцы высушивались при
60° С.
Результаты испытаний на газопроницаемость бето-
на на белгородском цементе приведены в табл. 5.21, на
воскресенском портландцементе — на рис. 5.23.
Как видно из этих данных, замораживание бетона
значительно увеличивает его газопроницаемость. При-
чем замораживание сразу после приготовления увели-
чивает газопроницаемость бетона в 100—200 раз.
Предварительное выдерживание бетона до замора-
живания при положительной температуре ведет к
уменьшению его газопроницаемости. У бетонов, замо-
роженных через 24 ч после приготовления, газопроницае-
мость уже мало отличается, а у выдержанных до замо-
раживания 72 ч и подвергавшихся замораживанию с
прочностью 13—16 МПа совсем не отличается от газо-
проницаемости контрольных образцов.
Исследования водопроницаемости бетона, подвер-
246
Таблица 5.21
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БЕТОНА НА БЕЛГОРОДСКОМ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ НА ЕГО ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ
Условия твердения	Газопроницаемость, см3/мин, при давлении, МПа						
	0,1	|	0,2	|	0,3	0,4	|	0,5	1 >	1 2
Замораживание сразу после при- готовления при —20° С	1270	2100	4200	6600	9800	16 000	—
Заморожены через 3 ч после приготовления при —20° С	720	1720	3930	5600	8400	15 200	32 200
То же, через 6 ч	450	1370	2630	4050	6540	12 000	16 400
9 ч	205	530	1040	1780	2750	7600	14 200
12 ч	100	265	470	740	1100	3400	9800
24 ч	35	90	200	270	410	1280	3800
»	72 ч	30	70	120	210	300	1000	3300
28 сут нормально- го твердения	63	125	235	360	550	1080	3300
247
Примечание. Все образцы выдержаны 3 сут при —20° С и 60 сут после оттаивания в нормальных усло-
виях.
гавшегося замораживанию в разном возрасте проведе-
ны по методике ГОСТ 4800—59 с той лишь разницей,
что водопроницаемость бетона контролировали по наи-
большему давлению на образец, при котором наблюда-
лось появление мокрых пятен на противоположной сто-
роне образца. Влияние замораживания бетона на его
водонепроницаемость при прочности, близкой к «кри-
Цавление, МПа
Рис. 5.23. Газопроницае-
мость бетона состава 1 2,1
3,7 с B/Z/ = 0,58 на воскре-
сенском цементе и известня-
ковом щебне, испытанного в
возрасте 60 сут и заморо-
женного после приготовле-
ния при t = —20° С
/—заморожены сразу после при-
готовления; 2 — через 3 ч; 3—че-
рез 6 ч; 4 — через 9 ч; 5 — через
12 ч; 6 — через 24 ч; 7 — нор-
мальное хранение
тической», исследовалось на бетонах с разными В/Ц
(0,45 и 0,58), приготовленных на разных цементах.
Опыты показали, что замораживание бетона сразу
после приготовления ведет к значительному ухудшению
его водопроницаемости — образцы пропускают воду
уже при давлении в 0,1 МПа. Образцы, замороженные
через 24 ч после приготовления (с прочностью 3,5 МПа,
или 11% от /?2в), по водопроницаемости мало уже от-
личались от образцов нормального твердения. Образ-
цы эти оказались водопроницаемыми при 0,4 МПа. Бе-
тоны, подвергавшиеся замораживанию через 72 ч, во
всех случаях имеют в дальнейшем такую же водопро-
ницаемость, как и бетоны нормального твердения. На
основании проведенных опытов можно прийти к выво-
ду, что требования СНиП Ш-В.1-70 в отношении про-
248
ницаемости бетонов, применяемых в зимнее время, яв-
ляются чрезмерно высокими.
В лабораториях коррозии и ускорения твердения
бетонов НИИЖБ неоднократно также проводились
исследования на водопроницаемость бетонов при раз-
личных режимах твердения. Опыты показали, что как
тяжелые, так и легкие бетоны при малых и средних
значениях ВЩ и умеренных режимах тепловой обра-
ботки не снижают, а, наоборот, повышают водонепро-
ницаемость. Ранее в этом отношении были не совсем
обоснованные суждения, считали, что тепловая обработ-
ка обязательно приводит к снижению водонепроницаемо-
сти. То же самое относится и к морозостойкости.
На опыте того, что во многих случаях изделия из
бетона и железобетона, прогретые по форсированным
режимам, оказывались недостаточно морозостойкими,
сложилось впечатление об отрицательной роли тепловой
обработки.
Исследования последних лет показали, что при ма-
лом значении ВЩ (0,35—0,45) и мягких режимах теп-
ловой обработки тяжелые и легкие бетоны являются
вполне морозостойкими. Они выдерживают до 300—400
циклов замораживания и оттаивания.
Морозостойкими и водонепроницаемыми являются и
песчаные бетоны с малым водоцементным отношением.
После 200 циклов замораживания и оттаивания песча-
ные бетоны плотной структуры в наших опытах выдер-
живали испытание без снижения прочности.
Из анализа экспериментальных данных следует, что
для придания бетонам непроницаемости при тепловой
обработке и замораживании ранее достижения мароч-
ной прочности необходим правильный выбор цементов,
составов бетона (особенно ВЩ) и режимов прогрева, а
также достижение степени определенной «зрелости» до
начала замораживания бетона.
ГЛАВА 6
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ТВЕРДЕНИЕ
БЕТОНА
Формирование микроструктуры цементного камня в
процессе гидратационного твердения при положитель-
ных и отрицательных температурах было рассмотрено
во второй главе.
На основе экспериментальных исследований автор
проследил за кинетикой и степенью гидратации и тепло-
выделения цемента не только при положительных, но и
при отрицательных температурах его твердения. На ран-
ней стадии гидратации, на стадии коагуляционного
структурообразования отрицательная температура, опус-
каясь ниже 0°С, вначале замедляет, а далее, в зависи-
мости от времени воздействия ее, полностью прерывает
процесс взаимодействия цемента с водой. С понижением
отрицательной температуры количество образующейся
твердой фазы (льда) в твердеющем цементном камне
увеличивается, а жидкой — уменьшается. Этот процесс
сопровождается прежде всего структурными изменения-
ми вследствие увеличения объема воды, переходящей
в лед.
По мере формирования прочной кристаллизационной
структуры цементный камень приобретает способность
сопротивляться возникающему давлению при расшире-
нии льда. Значительная часть воды при этом вступает во
взаимодействие с минералами цементного клинкера, воз-
никают контракционные микропоры. В результате це-
метный камень с течением времени уже не претерпева-
ет существенных изменений в своей структуре.
Вследствие гидратации цемента увеличивается объем
твердой фазы новообразований и уменьшается объем
жидкой. Увеличение объема контракционных пор в ге-
лях вызывает деформации не расширения, а сжатия, что
благоприятствует сохранению сформировавшейся на-
чальной структуры.
Исследованиям макроструктуры, физическим изме-
нениям, происходящим в процессе температурных воз-
действий на твердеющий бетон, посвящено значительно
меньше работ, чем исследованиям микроструктуры це-
ментного камня. В известных работах, проведенных в
250
последние годы по изучению физических изменений
в структуре твердеющего бетона, больше уделялось вни-
мания тепловой обработке. Очень мало изучены и осве-
щены вопросы, связанные с нарушениями структуры це-
ментного раствора и бетона при замораживании их в
раннем возрасте. В понятие структуры бетона разными
авторами вкладывается различный смысл. Одни авторы
все сводят к фазовому составу, размерам и форме крис-
таллических новообразований, другие — рассматривают
распределение, размеры и количество пор и капилляров,
пронизывающих тело бетона, третьи — равномерность
распределения и плотность упаковки всех составляющих
бетона [27, 28, 61]. Структура бетона не является посто-
янной, она меняется в результате физико-химических
процессов в твердеющем бетоне, а также под воздейст-
вием внешней среды и нагрузок [13, 49]. Кроме того,
одни авторы говорят о структуре, имея в виду твердею-
щий бетон, другие рассматривают бетон как уже затвер-
девший каменный материал. Последние рассматривают
строение бе гона в связи с изучением главнейших его
свойств — прочности, проницаемости, деформативности,
стойкости.
Чтобы достигнуть высоких физико-механических
свойств бетона, необходимо научиться управлять фор-
мированием плотной структуры бетона еще на стадии
его твердения.
Исследования показывают, что физико-механические
свойства бетона и его долговечность при равномерном
распределении составляющих во многом определяются
формированием физической структуры на стадии твер-
дения. Ранее было принято рассматривать свойства бето-
на в связи с фазовым составом новообразований, полу-
чающихся в процессе гидратации цемента. Очень много
внимания уделялось минералогии цемента и мало обра-
щалось внимания на формирование структуры самого
бетона в целом как макро- и микрокомпозициоиного
материала.
Создание, например, пористости в бетоне путем вве-
дения воздухововлекающих добавок дает возможность
в несколько раз увеличить морозостойкость, водо- и га-
зонепроницаемость его в затвердевшем состоянии. До
последнего времени роль пористых заполнителей, при*
меняемых в бетонах при отрицательных температурах,
была мало изучена. Работы, проведенные в последние
251
годы, выявили эффективность применения легких порис-
тых заполнителей при зимнем бетонировании.
Формирование структуры бетона на ранней стадии
твердения связано с объемными изменениями составля-
ющих под воздействием температуры и влажности среды.
Если при нормальном твердении структура бетона скла-
дывается в относительно спокойных условиях, то при
тепловой обработке и замерзании происходят значитель-
ные объемные изменения. В основном эти изменения как
при прогреве, так и при замерзании происходят вследст-
вие расширения воды затворения. Что касается вовле-
ченного воздуха, то при тепловой обработке qh вместе
с водой расширяется, а при замерзании уменьшается в
объеме. Например, при замерзании бетонов на пористых
заполнителях наблюдается явление внутреннего ваку-
ума, происходит не расширение системы, а сжатие.
Расширение отдельных составляющих бетона при за-
мерзании, как и при прогреве, на ранней стадии тверде-
ния нарушает внутреннюю структуру материала и при-
водит к остаточным деформациям. Миграция влаги при
расширении паровоздушной смеси в порах создает внут-
реннее давление в бетоне, вызывает напряжение.
Исследования, описанные во второй главе, показали,
что после временного раннего замораживания при после-
дующем твердении в условиях положительных темпера-
тур и достаточной влажности среды степень гидратации
цемента практически не отличается от твердевшего все
время в нормальных условиях. Фазовый состав новооб-
разований такого затвердевшего цемента также не отли-
чается от нормально твердевшего. Следовательно, сни-
жение прочности бетона вследствие раннего заморажи
вания можно относить не за счет изменения протекающих
химических процессов, а за счет нарушения его физичес-
кой структуры. Указанное расширение воды в бетоне
приводит к раздвижению зерен цемента и заполнителей,
к разрыхлению его структуры, вызывая ослабление сцеп
ления растворной части бетона с крупным заполнителем.
Миграция влаги к охлажденной поверхности зерен
заполнителя приводит к образованию макровключений
льда. Это больше всего наблюдается под зернами круп-
ного плотного заполнителя. К образовавшимся ледяным
включениям влага из более теплых слоев растворной
части перемещается к холодным, где она переходит в
твердое состояние, увеличиваясь в объеме. Охлаждение
252
самих конструкций происходит с поверхности, постепен-
но проникая вглубь. На поверхности конструкций оста-
ются узоры, следы от образования льда под формой
(опалубкой).
Влага при замерзании бетона мигрирует из тонких
капилляров к образовавшимся ледяным включениям, ко-
торые увеличиваются в объеме. После оттаивания на
поверхности конструкций и в толще бетона остаются
пустоты и каверны, которые, нарушая сплошность мате-
риала, снижают его прочность и увеличивают проницае-
мость. В местах имевшегося скопления льда в дальней-
шем у затвердевшего бетона наблюдается шелушение и
отслаивание пластинок раствора и заполнителей. Сле-
довательно, при замерзании бетона изменения в структу-
ре связаны не только с температурными изменениями,
но и с происходящим при этом влагоперемещением —
массопереносом.
Массоперенос при замерзании бетона заслуживает
определенного внимания. По А. В. Лыкову, основной за-
кон переноса вещества в капиллярнопористом теле вы-
ражается следующей формулой:
Jm = ап Аи ~ ап 6t&T -Кр^Р,
где коэффициент ап характеризует инерционные свойст-
ва тела при распространении полей потенциала вещества
(ДС7) и тепла (ДГ). Первый член уравнения является
выражением влагопроводности и указывает, что перенос
вещества осуществляется за счет градиента влажности
материала. Второй член уравнения выражает термовла-
гопроводность и указывает, что перепое влаги происхо-
дит также за счет градиента температуры в теле. Третий
же член указывает на зависимость переноса пара в ка-
пиллярном теле за счет градиента общего давления
(ДР). Влагоперенос происходит в направлении меньших
температур, давлений и содержания влаги [43].
Применительно к условиям зимнего бетонирования
при окружающей среде с более низкой температурой в
конструкции вначале происходит интенсивное перемеще-
ние влаги из более теплых внутренних слоев к перифе-
рии. По мере замерзания бетона с поверхности влага
мигрирует внутрь. Влагоперенос в холодную зону приво-
дит к избытку жидкой фазы, пока не наступит момент
замерзания — переход в твердую фазу — лед.
253
Крупные заполнители, арматура и опалубка по отно-
шению к цементному камню характеризуются более вы-
соким коэффициентом теплопроводности. В связи с этим
на поверхности более холодных составляющих бетона
и опалубки образуются ледяные линзы, приводящие
к ослаблению контакта между ними и твердеющим це-
ментным камнем.
В нашем случае под массопереносом обычно имеется
в виду влагоперенос. Но вместе с перемещением молекул
воды происходит перенос и содержащихся в ней ионов
растворенных веществ. Таким образом, массоперенос
есть более общее понятие.
Чтобы разобраться в механизме замерзания и про-
цессах твердения бетона при отрицательных температу-
рах, одновременно с исследованием гидратации цементов
нами изготавливались образцы для изучения твердения
цемента, раствора и бетона при тех же отрицательных
температурах. Установлено, что при температуре, напри-
мер, —2°С бетонные образцы набирали от 26 до 63% от
прочности образцов, твердевших те же 28 сут в нормаль-
ных условиях, а при температуре —5°С — от 6 до 18%.
Бетоны, замороженные при температурах —10,
—20° С, практически никакой прочности не набирали.
Это положение хорошо подтверждается исследованиями
по тепловыделению цемента. При выдерживании свеже-
изготовленного бетона в течение 10 дней при температу-
ре —10° С эффекта тепловыделения не обнаруживается.
Небольшое увеличение прочности имеется у бетонов, за-
мороженных через 24 и 72 ч после их приготовления.
Следовательно, процесс гидратации в этом случае углуб-
ляется.
После достижения бетоном прочности в нормальных
условиях, так же как и после пропаривания, порядка
70% от марочной на морозе ниже —10° С, существенного
прироста прочности не наблюдается. Это по-видимому,
следует объяснить образованием плотной гелевой обо-
лочки вокруг цементных зерен после прохождения ин-
тенсивной гидратации до этой стадии.
Процесс гидратации за счет диффузии затруднен тем,
что в капиллярах свободная вода замерзает и доступ
жидкой фазы к непрореагировавшим частицам прекра-
щается. Некоторое углубление гидратации цемента мо-
жет происходить за счет присоединения адсорбирован-
ных молекул воды, При последующем твердении при
254
положительных температурах бетоны, подвергавшиеся
замораживанию в раннем возрасте, показывают некото-
рое ускорение в наборе прочности. Прервавшийся про-
цесс гидратации и твердения цемента продолжается
с некоторым ускорением набора прочности вследствие
выкристаллизовывания накопившихся гелевых новообра-
зований.
В ранее проведенных работах рядом исследователей
[19, 22, 35, 49] было установлено, что бетон при отрица-
тельных температурах способен набирать прочность. Од-
нако теория твердения бетона при отрицательных темпе-
ратурах, а также предложения для практического ис-
пользования в строительстве не были разработаны.
В 1935 г. И. А. Киреенко на основе технологических
исследований высказал гипотезу о том, что наблюдав-
шийся им прирост прочности бетона при температуре до
—8, —12° С объясняется протеканием реакции гидрата-
ции цемента в твердой фазе, т. е. со льдом. Не проводя
глубоких физико-химических исследований, особенно фа-
зовых превращений воды на морозе, он естественно не
мог правильно объяснить твердение бетона при отрица-
тельных температурах. Некоторые исследователи пыта-
лись развивать гипотезу И. А. Киреенко. Так, Г. В. То-
пильский отмечает, что набор прочности минералами це-
ментного клинкера происходит при температурах до
—15° С. Он указывает и на возможность протекания
твердофазовых реакций гидратации, т. е. взаимодействия
вяжущих со льдом. Он подчеркивает возможность тако-
го взаимодействия у алюминатных минералов.
Если бы в действительности реакция гидратации про-
текала в твердой фазе, тогда бетон твердел бы при лю-
бых отрицательных температурах. Однако этот прирост
прочности у цемента и бетона при температурах от 0 до
—15° С наблюдается с убывающей интенсивностью по
мере замерзания воды в соответствующих порах и ка-
пиллярах.
О твердении бетона на морозе писали многие иссле-
дователи. Так, С. Бергштром отмечал твердение бетона
до —10° С, А. Никенен считает, что бетон твердеет при
температуре до —15° С. Он предложил интенсивность
твердения бетона ниже 0°С учитывать с коэффициентом
0,2—0,4 [83].
Позднее, в 1962 г. И. А. Киреенко [23] в своей моно-
графии изложил новую гипотезу твердения цементных
255
растворов и бетонов при отрицательных температурах,
основанную на работах Ван-Беммелена. Процессы ги-
дратации цемента при отрицательных температурах
объясняются обезвоживанием гелей во время замерза-
ния раствора или бетона. Им приведены графики зоны
обратимого процесса геля кремниевой кислоты по Ван-
Беммелену, который сравнивал поведение свежего
и восьмимесячного возраста геля кремниевой кислоты.
При этом обращается внимание на то, что свежий гель
выделяет воду, которая будет отжиматься за оболочки
образующегося гидросиликата кальция. Исходя из этого
И. А. Киреенко отмечает, что чем раньше заморожен бе-
тон, тем выше его прочность. Наиболее оптимальный
ранний срок замораживания он считал через 0,5 ч после
начала схватывания цемента. В названной монографии
им приводятся данные об интенсивном наборе прочности
бетоном при температурах до —22, —25° С.
Эти высказывания являлись попыткой объяснить ре-
зультаты ранее проведенных им опытов, в которых полу-
чилось увеличение прочности цементных растворов пос-
ле того, как они подвергались в раннем возрасте замора-
живанию, а затем твердели в нормальных условиях.
Полученные им впервые интересные данные об увеличе-
нии прочности пластичных растворов (а позднее
и низкомарочных бетонов на пористых заполнителях)
после раннего замораживания вызвали дискуссию в на-
чале 30-х годов.
В 1934 г. мною были проведены проверочные опыты,
которые подтвердили правильность опубликованных дан-
ных И. А. Киреенко. В процессе проведения опытов было
установлено новое положение о том, что предваритель-
ное выдерживание бетона или раствора при низких по-
ложительных температурах перед тепловой обработкой
или нормальным твердением приводит к повышению их
прочности. Это положение, в свою очередь, вызвало дис-
куссию среди специалистов.
В 1936 г. на конгрессе американского общества по
испытанию материалов был рассмотрен мой доклад. По
поручению общества проф. П. Г Бейтс произвел экспе-
риментальную проверку при пропаривании и автоклав-
ной обработке бетонов на трех портландцементах с пред-
варительной выдержкой до 7 сут при температуре 2,5° С.
Результаты проверки подтвердили справедливость вы-
двинутой гипотезы о благоприятном влиянии низких по-
256
ложительных температур на твердение и прочность бе<
тона.
Как отмечалось нами ранее, понижение температуры
укладываемой бетонной смеси вызывает замедление гид-
ратации цемента, но в то же время приводит к повыше-
нию растворимости извести. Менее плотные оболочки но-
вообразований облегчают диффузионные процессы для
проникновения воды в глубь непрореагировавших це-
ментных зерен. Количество продуктов новообразований
увеличивается, происходит углубление степени гидрата-
ции, в том числе алюминатных составляющих портланд-
цементного клинкера. При повышенных температурах
твердения наблюдается недобор прочности бетона в бо-
лее поздние сроки.
Мы не будем останавливаться на механизме формиро-
вания плотной структуры бетона при температурах,
близких к 0°С. Этот вопрос очень актуален для заводов
сборного железобетона, где применяется тепловая обра-
ботка, а также при возведении массивных монолитных
конструкций. Он был освещен во многих предыдущих ра-
ботах. Следует отметить, что предложение о предвари-
тельной гидратации цемента и выдерживании свежеиз-
готовленного бетона при низких положительных темпе-
ратурах было сделано мною вопреки опубликованному
тогда предложению П. Г. Бейтса, в котором он рекомен-
довал осуществлять предварительную гидратацию це-
мента для массивных сооружений путем непродолжи-
тельной обработки его паром во вращающихся бараба-
нах, а затем высушивать и подвергать вторичному
помолу.
В сообщении о результатах проверки на основе полу-
ченных экспериментальных данных он дал положитель-
ную оценку предложению, изложенному автором. Это
предложение было подтверждено также в работах [43,
45], оно на протяжении сорока лет широко используется
как в отечественной, так и в зарубежной строительной
технике.
Исследования свойств бетонных смесей, приготовлен-
ных при различных температурах, показали, что с повы-
шением температуры их водопотребность увеличивается.
Следовательно, необходимо увеличивать и расход цемен-
та, чтобы обеспечить одинаковые В/Ц и консистенции
смесей. Следует отметить, что несмотря на соблюдение
требований в отношении равенства водоцементных отно-
17—23
257
шений прочность бетона в возрасте 28 сут получается тем
меньше, чем выше была температура твердения уложен-
ной смеси. Это объясняется не только несколько отлича-
ющимся типом структуры оболочек новообразований при
различных температурах, но и повышенным водосодержа-
нием на единицу объема. Плотность цементного камня
(бетона) при повышенной температуре получается мень-
ше, так как воды в этом случае вводится больше, чем при
пониженных температурах. Поэтому если в жаркое вре-
мя года требуется увеличение расхода цемента по срав-
нению с нормальной температурой, то в зимних и осен-
не-весенних условиях возможна некоторая его экономия.
Однако при твердении бетона во всех случаях необходи-
мо обеспечить благоприятные условия для набора им
прочности. Эти положения должны найти отражение
в нормативных документах на производство бетонных
работ.
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ФОРМИРОВАНИЕ
СТРУКТУРЫ БЕТОНА
Прежде чем перейти к рассмотрению опытных дан-
ных о твердении бетона при отрицательных температу-
рах, следует обратиться к результатам исследований по
воздействию мороза на структуру и деформативность
его в раннем возрасте.
В молекулярной физике вода рассматривается как
система молекул, находящихся в колебательном, транс-
ляционном и вращательном движениях. При понижении
температуры воды уменьшается внутренняя энергия, за-
медляется самодиффузия молекул, увеличивается веро-
ятность возникновения и роста центров кристаллизации,
которые располагаются в виде ажурной структуры льда.
Температура влияет на соединение и разделение не-
скольких простейших молекул воды. Так, например, мо-
лекулы состава Н2О существуют только у парообразной
воды при очень высоких температурах. При температу-
рах 100—200° С молекулы водяного пара имеют состав
(Н2О)2—дигидрол. У жидкой воды при температуре око-
ло 100° С молекулы имеют состав (Н2О)3 — тригидрол,
а при более низких температурах число их постепенно
убывает за счет удвоения тригидролов, т. е. образования
молекул (Н2О)б- В твердой фазе получаются молекулы
(Н2О) i2. В критических точках, т. е. при 0 и 100° С, ак-
258
тивность воды в химических реакциях сильно снижается
вследствие агрегирования ее молекул.
При замерзании вода увеличивается в объеме при-
мерно на 9% (плотность льда при замерзании чистой во-
ды равна 0,917, а минерализованной выше). Вызыва-
емые замораживанием бетонной смеси или уложенного
бетона малой прочности разбухание и сдвиг зерен в кон-
тактах его составляющих приводят к нарушению сцепле-
ния между отдельными зернами еще недостаточно сце-
ментированных между собой составляющих бетон мате-
риалов. Образующиеся тончайшие ледяные прослойки
нарушают контакт между цементным раствором и круп-
ным заполнителем, а также арматурой. Многократное
замораживание и оттаивание бетона, что имеет место
поздней осенью и ранней весной, когда появляются рас-
ширение и усадка его в объеме, еще больше нарушают
внутреннее сцепление между составляющими материала-
ми и приводят к увеличению потери прочности бетона.
Поверхностная и внутренняя структура бетона нару-
шается не одинаково при различных отрицательных тем-
пературах. При более низкой температуре образуется
больше мелких кристаллов льда, а после оттаивания
в структуре бетона наблюдается множество мелких пор.
При быстром замерзании вода не успевает мигрировать
к фронту охлаждения. Поэтому на поверхности бетона
не происходит скопления и замерзания ее в виде круп-
ных игл и линз. На рис. 6.1 представлена структура на-
ружной поверхности образцов после их замораживания
при t = —5 и —50° С и твердевших затем при положи-
тельной температуре. Примерно такая же структура, как
при —5° С, получается при температуре —2° С. Опыты
показывают, что замораживание при отрицательных тем-
пературах, близких к 0°С, обычно сильнее отражается
на снижении прочности и морозостойкости бетона, чем
при более низких отрицательных температурах. При тем-
пературе —20° С на поверхности опытных образцов еще
наблюдаются значительные структурные нарушения
(рис. 6.2).
Нарушения в структуре самого бетона обычно харак-
теризуются образованием множества волосных каналов
в растворной части и полостей под зернами крупного за-
полнителя (рис. 6.3). Такая картина особенно отчетливо
выявляется при использовании гравия твердых пород.
При использовании пористого известняка и особенно лег-
17:
259
Рис. 6.1. Структурные нарушения на поверхности образцов в контак-
те с металлической формой. Образцы были заморожены вскоре после
изготовления
а — при f=—5° С; б — при /=—50° С
Рис. 6.2. Микрофотография поверхности цементного камня, заморо-
женного сразу при /=—20° С и выдержанного после оттаивания
28 сут в нормальных условиях (ХЮ)
260
Рис. 6.3. Структура бетона (состав 1 2 4 при В/Ц = 0,7) в изломе
а — бетон подвергался замораживанию вскоре после изготовления; б — бетон
твердел все время в нормальных условиях
Рис. 6.4. Зона контакта кварцевого заполнителя с цементным камнем
после воздействия температуры —5° С и последующего твердения
а — в течение 3 сут; б — то же, после твердения в нормальных условиях в те-
чение 180 сут (полированные шлифы X 125)
261
ких пористых заполнителей под кусками щебня не на-
блюдаются полости и узоры мороза. Поэтому при зим-
нем бетонировании следует отдавать предпочтение по-
ристым заполнителям.
У бетона, например, на кварцевом плотном заполни-
теле после замораживания в свежеизготовленном состо-
янии и последующего нормального твердения образуют-
ся полости в зоне скопления воды на холодной поверх-
ности заполнителя (рис. 6.4). В трехсуточном возрасте
нормального последующего твердения была зафиксиро-
вана полость в виде каймы по всей поверхности запол-
нителя (рис. 6.4,а).
После твердения в течение 180 сут в нормальных ус-
ловиях в результате гидратации цемента кристаллы
Са(ОН)2 заполнили полость между раствором и запол-
нителем (рис. 6.4, б). Произошло так называемое «само-
залечивание», омоноличивание внутренней структуры
бетона. Эти интересные микроскопические исследования
были выполнены в НИИЖБ С. X. Ярлушкиной, которая
изучает сцепление заполнителей с раствором при раз-
личных температурах воздействия на бетон. Иная карти-
на наблюдается после замораживания бетона на извест-
няковом заполнителе. В зоне контакта между заполни-
телем и раствором такие полости не образуются
(рис. 6.5), хотя незначительная каемка в микроскопе
просматривается.
В растворе, так же как и в бетоне, могут происхо-
дить значительные структурные нарушения. Степень
этих нарушений зависит от водосодержания, плотности
укладки, скорости и температуры замерзания. Как вид-
но из рис. 6.6, цементный раствор на легких пористых
заполнителях при замерзании может подвергаться яв-
ным структурным нарушениям. Образец этого раствора
был взят нами при строительстве дома Минлегпрома
в Москве на ул. Кирова. При возведении кладки стен из
крупных блоков артикского туфа песок в растворе упо-
треблялся из того же туфа.
В бетоне около 75% объема занимают заполнители.
Поэтому качество, размер и состояние поверхности за-
полнителей играют очень важную роль при получении
бетонов заданных строительно-технических свойств.
С увеличением размера крупных заполнителей увеличи-
вается концентрация напряжений в теле бетона, одно-
родность строения его уменьшается.
262
Рис. 6.5. Микрошлиф бетона на известняковом щебне (6/аХ 100), за-
мороженного через 3 ч после приготовления при t — —20° С и выдер-
жанного в нормальных условиях после оттаивания 28 сут
Рис. 6.6. Нарушение структуры цементного раствора на легком за-
полнителе вследствие раннего замораживания
263
При использовании мелких заполнителей проявляют-
ся свойства тиксотропии бетонных смесей, строение ха-
рактеризуется большей однородностью. Деформатив-
ность же больше у бетонов мелкозернистых. Чем круп-
нее заполнители, тем больше бетон склонен к трещино-
образованию. Однако при этом создается более жесткий
каркас, что очень важно для снижения деформативности
бетона под нагрузкой. При зимнем бетонировании роль
заполнителей приобретает еще более важное значение.
Поэтому мы считаем необходимым обратить внимание
строителей на выбор заполнителей и учет их специфи-
ческих свойств при замерзании бетона в различном воз-
расте.
Объемные изменения в бетоне при замерзании умень-
шают плотность, отражаются на сцеплении заполнителя
с цементным камнем, что приводит к снижению прочно-
сти при изгибе больше, чем при сжатии. При использо-
вании пористых заполнителей, обладающих большей де-
формативностью, уменьшается опасность разрушения
бетона по сравнению с плотными заполнителями. Проч-
ность бетона, кроме тех параметров, которые записыва-
ются в расчетной формуле, зависит от качества заполни-
телей и сцепления их с цементным раствором. Проведен-
ные исследования микро- и макроструктуры бетона
заставляют обратить на это внимание.
ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
НА ДЕФОРМАТИВНОСТЬ И ПОРИСТОСТЬ БЕТОНА
Структурные изменения цементного теста, раствора
и бетона нами изучались путем измерения расширения
и усадки при замерзании и оттаивании вскоре после из-
готовления из них образцов в виде призм. Модуль упру-
гости изучался у затвердевшего бетона, после заморажи-
вания его в раннем возрасте. За последние 15 лет в ла-
боратории накоплен большой экспериментальный
материал, часть которого приводится ниже. Вначале на-
ми была разработана методика и создана установка для
определения деформаций бетона в процессе замерзания
призм в холодильных камерах, а также при оттаивании
и последующем твердении. В холодильных камерах под-
держивались температуры —5, —10 и —20° С, а в от-
дельных случаях —50° С.
264
Измерение деформаций производилось индикаторами
часового типа с ценой деления 0,01 мм, закрепленными на
стальной станине (рис. 6.7). Затем исследовались це-
ментный камень и бетон на пористость, водопоглощение
и проницаемость. При этом изучались прочностные ха-
рактеристики и модули упругости тяжелых и легких бе-
Рис. 6.7. Установка для измерения линейных деформаций бетонных
и растворных призм размером 7X7X28 см
тонов, замороженных сразу после изготовления и в воз-
расте 1 и 3 сут. В проведении экспериментальных иссле-
дований принимали участие Е. Г Глазырина
и Л. А. Белова.
При работе в холодильных камерах измерительные
приборы, все трущиеся и вращающиеся их части смазы-
вались противоморозным маслом. Для исследования де-
формаций в торцы бетонных балочек размером 7Х7Х
Х28 см закладывались медные пластинки толщиной
2 мм с припаянными к ним усиками, которые увеличива-
ли сцепление пластинки с бетоном, в которой она закла-
дывалась. При принятой схеме замера линейных дефор-
маций показания индикаторов зависят как от деформа-
ций испытываемого образца, так и от изменения дли-
ны стальной станины.
При определении истинных линейных деформаций бе-
тонного образца использовалась формула
А^обр — АДшд Аретан»
265
где Д Е0бр— изменение длины образца;
Д£Инд—суммарное изменение показаний индикаторов;
Д £стан— изменение длины стальной станины.
В свою очередь:
Листан ==	,
где а — коэффициент температурного расширения стали;
Д/ — разность между температурой во время эксперимента
(/эксп) и начальной температурой опыта (/нач) Д^ =
= ^эксп—^нач’>
I — длина штатива, равная длине образца;
Д^стан—при работе станины определялось экспериментальным
путем, для чего между индикаторами была вставлена
кварцевая трубка, длина которой соответствовала длине
бетонного образца.
В дальнейшем по суммарным изменениям показаний
индикаторов, а также в зависимости от времени измене-
ния длины стальной станины строятся кривые и вторая
кривая вычитается из первой графически.
Для определения правильности показаний идикато-
ров при отрицательной температуре было произведено
тарирование. Для этого экспериментальное определение
деформаций станины производилось при различных от-
рицательных температурах. Экспериментальные точки
легли на прямую, угол наклона которой характеризует
коэффициент линейного расширения стали. Практически
измерение деформаций производилось следующим об-
разом.
Образцы с заложенными в торцах металлическими
пластинками изготовлялись в металлических формах
размером 7X7X28 см. После изготовления образец вы-
держивался в форме 20—40 мин в зависимости от конси-
стенции, после чего борта форм снимались и образец ос-
тавался на поддоне. Затем вместе с поддоном балочка
ставилась в прибор, на винтах подводились индикаторы,
головка касалась пластинки и индикаторы закреплялись
стопорным винтом. Первоначальное показание индика-
торов (начальный отсчет) принималось за 0. Прибор
с образцом помещался в холодильную камеру.
Далее отсчеты снимались через 5—10 мин в течение
первых 3 ч, в последующем через 30 мин. После 4—5-ча-
совых замеров образец оставался в холодильной камере
до следующего утра, затем выносился в нормальные или
воздушно-сухие условия. Замеры при оттаивании произ-
водились через каждые 15—20 мин, затем через 1 ч
266
(в течение первых суток), в дальнейшем один раз
в день.
Прежде всего изучались деформации усадки цемент-
ного теста, раствора и бетона в нормальных условиях
при одном и том же В/Ц в раннем возрасте. Установле-
но, что самую большую усадку дает цементное тесто, за-
тем раствор и бетон. Далее определялось влияние на ве-
личину деформации в раннем возрасте вида и количест-
ва заполнителей.
Опыты показывают, что чем больше прочность (плот-
ность) крупного заполнителя в бетоне, тем больше его
усадка в раннем возрасте, хотя количество цементного
клея и В/Ц во всех случаях было одинаково. В то же
время чем больше по объему заполнителя, тем меньше
усадка.
Деформации при воздействии отрицательной темпе-
ратуры изучались вначале иа тесте нормальной густоты,
а также с В/Ц, равным В/Ц бетона при различном вре-
мени выдерживания до замораживания. Было установ-
лено, что наибольшие деформации и появление трещин
при замораживании сразу после изготовления имеет це-
ментное тесто с В/Ц, равным В/Ц бетона, которое было
принято в опытах равным 0,4 (рис. 6.8). Эксперимент на-
глядно показал, что основной причиной усадки и объем-
ных деформаций в бетоне является цементный камень.
Только выдерживание бетона в течение 20 ч устраняет
появление в нем трещин при уменьшении величины де-
формации.
Деформации растворных образцов изучались при тех
же В/Ц и расходах цемента, что и в бетоне. При этом
получены меньшие, чем у цементного теста, величины
деформаций.
Введение крупного заполнителя в раствор еще боль-
ше уменьшает деформации при замерзании образцов,
причем наибольшие деформации имеет бетон с легкими
водонасыщеппыми заполнителями и наименьшие — с тя-
желыми. Это было установлено при измерении деформа-
ций в процессе замораживания бетонов с одинаковым
количеством воды и количеством цементного рас-
твора, содержащих равное количество крупного запол-
нителя.
Учитывая, что вредное воздействие мороза на бетон
заключается в основном в изменении его структуры
в начальный период формирования, рассмотрим резуль-
267
таты исследований деформации бетона в процессе за-
мерзания, оттаивания и последующего твердения.
В опытах применялись материалы: белгородский це-
мент марки 400 и новороссийский марки 500 (ГОСТ
10178—62), щебень известняковый объемной массой
1400 кг/м3 фракций от 5 до 15 мм (ГОСТ 8267—56)
и песок речной объемной массой 1500 кг/м3 (ГОСТ
8736—62).
Рис. 6.8. Структурные нарушения при замораживании в раннем воз-
расте цементного теста при В/Ц = 0,4. Температура холодильной ка-
меры —20° С
Деформации при замерзании вначале измерялись на
тяжелых бетонах различных составов при температурах
среды —10 и —20° С. Полученная кривая деформаций
показана на рис. 6.9.
Из графика видно, что в первое время пребывания
в холодильной камере (^1 ч) образец укорачивается,
затем удлиняется, наконец, размеры его стабилизиру-
ются.
Укорочение при замораживании зависит от скорости
остывания, с увеличением отрицательной температуры
оно уменьшается и протекает быстрее. Так, например,
268
при t = —10° С укорочение продолжается 4,5 ч и состав-
ляет 1,575 мм/м, а при — 20°С— 1 ч и составляет
0,875 мм/м (рис. 6.10).
Рис. 6.9. Зависимость между деформациями и температурой в центре
образца
/ — кривая температуры; 2 — то же, деформации
Рис. 6.10. Деформации при замораживании и оттаивании бетонных
образцов
а — замораживание; б — оттаивание при /=15° С, №=95%; 1 — замораживание
при /=—10° С; 2 —то же, —20° С. (Состав бетона 1:2,25 : 3,75 при В/Ц=0,5)
Начальное уменьшение размеров призм вызывается
повышением плотности воды, сжатием твердых состав-
ляющих при понижении температур, а также потерей
влаги. Из-за уменьшения скорости гидратации цемента
при отрицательных температурах вода до превращения
269
в лед находится в несвязанном состоянии, поэтому ин-
тенсивность ее испарения увеличивается. Это сопровож-
дается резким сокращением размеров образца, в особен-
ности при медленном остывании (4,5 ч при t=—10°С).
Расширение (удлинение) свежеприготовленного бето-
на при замерзании является следствием перехода воды
в лед, так как его малопрочная коагуляционная структу-
Рис. 6.11. Зависимость расширения при замораживании от предвари-
тельного выдерживания (состав бетона 1 2,1 3,7 при B/Z{ = 0,65)
22Т~ч до замо-
• р ожидания
ра не способна противостоять давлению расширяющейся
воды (рис. 6.11). Это расширение происходит в основ-
ном при переходе температуры за 0°С, так как резкое
уменьшение скорости гидратации при отрицательных
температурах обусловливает наличие свободной, хими-
чески не связанной воды. Об этом свидетельствует кри-
вая температуры в центре образца, зафиксированная
одновременно с замерами деформаций (см. рис. 6.9). При
оттаивании бетона в течение 30—40 мин наблюдается не-
которое увеличение его размеров (порядка 0,175 мм/м),
при этом температура в образце повышается. В момент
плавления льда происходит усадка, связанная с само-
уплотнением бетона, благодаря уменьшению объема от-
таявшей воды. В дальнейшем бетон вновь незначительно
расширяется. Процесс этот может длиться еще 2—3 сут,
сменяясь затем обычной влажностной усадкой.
В работе была проверена зависимость деформаций
при замораживании от В/Z/ при постоянном количестве
воды. Было установлено, что по мере увеличения ВЩ
270
расширение при замерзании возрастает, причем более
интенсивно в интервале значений ВЩ от 0,33 до 0,5.
Предшествующее расширению укорочение бетона, на-
против, уменьшается с увеличением ВЩ, достигая мак-
симума при ВЩ=Ъ,Ъ?) и расходе цемента 600 кг. Таким
образом, укорочение в большей степени зависит от рас-
хода цемента, а удлинение — от расхода воды.
Самое существенное влияние на деформации образ-
цов при замораживании оказывает предварительное вы-
держивание при положительных температурах. По мере
увеличения выдержки до замораживания укорочение
и расширение уменьшаются, и, наконец, у бетона 10-ча-
сового возраста расширения почти не наблюдается сов-
сем. Оно сменяется уменьшением размеров. При увели-
чении выдержки до замораживания расширение при от-
таивании увеличивается и достигает максимума —
0,7 мм/м при 22-часовой выдержке. При этом изменяется
и характер расширения: начиная с 10-часового выдержи-
вания оно имеет плавный характер и сменяется усадкой
только через сутки.
Отсутствие расширения при 10-часовом выдержива-
нии связано с тем, что за этот период происходит хими-
ческое и адсорбционное связывание воды возникающими
новообразованиями, идет также дальнейшее уплотнение
твердеющей системы за счет кристаллов алюминатов
и алюмоферритов кальция.
Параллельно с замерами деформаций призм, выдер-
жанных до замерзания, были сделаны кубики 10ХЮХ
ХЮ см, которые хранились в тех же условиях, что и ис-
пытываемые призмы. Состав бетона 1:2,1 3,73 при
В/Д=0,65 /?28 = ЗЗМПа, осадка конуса равна 2 см.
В возрасте 28 сут нормального хранения после замора-
живания была определена' их кубиковая прочность. Ре-
зультаты испытаний представлены в табл. 6.1.
Как видно из таблицы, по мере выдерживания до за-
мерзания прочность бетона увеличивается. При двух-
суточной выдержке, когда прочность в момент замерза-
ния равнялась 10,2 МПа, т. е. 31% марочной, потерь
прочности при последующем 28-суточном твердении
практически не было. Расширения при замерзании не
наблюдалось уже после 10-часового выдерживания.
Исследование различных составов показало, что рас-
ширение бетона при замерзании хотя и свидетельствует
о способности его структуры изменяться при воздейст-
271
Таблица 6.1
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ВЫДЕРЖКИ НА ПРОЧНОСТЬ
И ДЕФОРМАЦИИ БЕТОНА, ЗАМОРОЖЕННОГО В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ
Время предвари- тельного выдер- живания до за- мораживания, ч	Начальная проч- ность бетона до замораживания	Деформации рас- ширения при за- мораживании, мм/м	Прочность образцов через 28 сут нормаль- ного хранения после суточного заморажи- вания
0	—	2,275	23,1 70
3	—	1,4	23,6 71
5	0,1	1,225	23,8
	0,33		72
7	0,3	0,35	24,6
	0,99		75
10	0,5	-0,26	23,8
	1.5		72
12	0,66 2	—0,262	24,1 73
14	0,825 2,5	—0,35	27,2 82
17	1,32 4	—0,265	27,1 82
22	3,3	—0,305	29,4
	10		89
48	10,2 31	-0,087	31,2 95
Примечание. Над чертой указан предел прочности при сжа-
тии в МПа бетонных образцов размером 10ХЮХЮ см; под чер-
той — предел прочности в % от R29 незамороженного бетона.
виях температуры, однако оно еще не может служить
прямой характеристикой потери прочности бетоном
вследствие замораживания. Об этом свидетельствует
также тот факт, что при большой величине расширения
при замерзании в ряде случаев потерь прочности бетона
нет, в то время как при незначительном расширении они
бывают существенными.
Аналогичные данные получены также Арво Никене-
272
ном [83]. В его опытах при одном и том же расходе во-
ды наибольшее расширение при замерзании сразу после
изготовления было у бетона с В/Ц=0,8, однако при
дальнейшем 28-суточном хранении он набрал 101% ма-
рочной прочности. Это еще раз подтверждает отсутствие
прямой зависимости между расширением при заморажи-
вании и потерей прочности. В наших работах бетоны
и растворы тощих составов пластичной консистенции
неоднократно после замораживания приобретали проч-
ность выше марочной.
На основе обобщения многочисленных опытов выяв-
лена кривая протекания деформаций, изображенная на
рис. 6.12.
Из графика видно, что в первое время пребывания
в холодильной камере образец укорачивается, затем на-
чинает увеличиваться и, наконец, размер стабилизирует-
ся. После достижения максимального размера и факти-
ческой стабилизации происходит совершенно незначи-
тельное его уменьшение (порядка 0,035 мм/м). Длитель-
ность пребывания в холодильной камере не оказывает
существенного влияния на деформации образца, хотя
наблюдается еле заметное уменьшение размера (порядка
0,0175 мм/м). Можно придти к заключению, что расши-
рение при замерзании характеризует как интенсивность
воздействия отрицательной температуры на бетон, так
и неспособность слабой структуры противостоять давле-
нию замерзающей воды.
Остаточное расширение после оттаивания свидетель-
ствует о разуплотнении и нарушении монолитности бето-
на, что создает условия необратимого изменения струк-
туры в последующем при положительной температуре.
Однако прямой пропорциональной зависимости между
расширением бетона при 'замораживании и потерей им
прочности при дальнейшем твердении при положитель-
ных температурах не установлено. Это объясняется тем,
что небольшая предварительная выдержка (10—12 ч)
приводит к гидратации цемента и созданию некоторой
прочности, обусловленной преимущественно твердением
алюминатных минералов, образующихся в кристалли-
ческой форме.
Таким образом, сформированная за время выдержки
структура уже способна воспринять давление замерзаю-
щей оставшейся воды без расширения. Однако, несмотря
на это, в последующем при положительных температу-
18-23
273
Рис. 6.12. Деформации бетонного образца 7X7X28 см состава 2.25 3,75 при В/Ц = 0,5 в раз-
личных температурных условиях
а — замораживание при /=—18° С; б — оттаивание; в — дальнейшее хранение; 1 — оттаивание в нормальных условиях;
2 — то же, в воздушно-сухих; 3 — хранение в нормальных условиях; 4 — то же, в воздушно-сухих
Таблица 6.2
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ДЕФОРМАЦИИ АГЛОПОРИТОБЕТОНА
В ПРОЦЕССЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ЕГО ПРОЧНОСТЬ
ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ ХРАНЕНИИ В ТЕЧЕНИЕ 28 СУТ
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Температура за- мораживания, °C	Максимальная деформация в процессе замораживания бетона марки		Прочность бетона* марки	
	150	|	400	150	|	400
—3	461	20	98	71
— 10	260	219	93	—
— 15	174	149	91	83
—20	142	90	90	85
—30	65	62	86	86
* Прочность бетона в 28-суточном возрасте после трехсуточного
замораживания при —20° С в % от R2s-
pax все же происходит недобор прочности при тверде-
нии. По-видимому, это вызывается нарушением форми-
рующейся структуры новообразований силикатных мине-
ралов (геля), которая в дальнейшем полностью не
восстанавливается. При более длительной выдержке
происходит значительный рост прочности до 30—40% от
/?2в, обусловленный уже твердением как алюминатных,
так и силикатных минералов. В это время как макро-,
так и микроструктура в основном уже сформирована
и воздействие мороза не вызывает в бетоне нарушений,
способных отразиться на его прочности.
Деформации легкого бетона в процессе заморажива-
ния изучались на таких же образцах-балочках, закры-
тых с четырех сторон (по бокам) полиэтиленовой плен-
кой. Отформованные образцы распалубливались так
рано, как можно было снять форму, после чего стави-
лись на поддон с прикрепленными к нему индикаторами
в холодильной камере. Деформации измерялись в про-
цессе замерзания при t=—3, —10, —15, —20, —30° С
и оттаивания на образцах, изготовленных из аглопорито-
бетона марок 150 и 400, и сравнивались с деформациями
бетона на гранитном щебне. Результаты измерения пред-
ставлены в табл. 6.2 и 6.3.
Из полученных данных видно, что по мере понижения
температуры деформации легкого бетона марки 150
уменьшаются. Максимальное значение — 461 они имеют
при температуре — 3°С. минимальное — 71 при—30°С.
18;
275
Таблица 6.3
ЗАВИСИМОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ
ОТ ВИДА ЗАПОЛНИТЕЛЯ (В ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЕДИНИЦАХ)
Температура за- мораживания, ®С	Максимальная деформация в процессе замораживания бетона марки			
	150		400	
	аглопорит j	|	гранит	аглопорит	|	гранит
—3	461	255	20	—84
— 10	260	275	219	260
— 15	174	230	149	182
—20	142	185	90	165
			При одинаковой под-	
			вижпости	
—30	65	73	62	92
При более медленном замерзании процесс льдообразо-
вания также замедлен. При низкой отрицательной тем-
пературе процесс льдообразования начинается раньше,
усадка (уменьшение размера до замораживания) боль-
ше, а расширение при замораживании меньше. Таким
образом, при медленном замерзании аглопоритобетона
марки 150 происходит сильное разуплотнение бетона в
результате кристаллизационного давления льда.
Бетон марки 400 при замораживании при всех тем-
пературах, кроме —30° С, показывает несколько мень-
шие деформации. Причем при температуре —3°С
(—5° С) наблюдается принципиальное различие в пове-
дении бетонов. Если бетон марки 150 расширяется мак-
симально в результате замораживания при —3°С, то
бетон марки 400 расширяется минимально. Усадка бето-
на марки 400 происходит в течение примерно 3 ч и дости-
гает максимального значения — 135, а затем начинается
медленное льдообразование, которое длится ^6,5 ч.
В целом бетон марки 400 замерзает медленней, чем бетон
марки 150. Так как усадка была значительной, то расши-
рение, которое происходит очень медленно, едва увеличи-
вает первоначальный размер образца, а в некоторых слу-
чаях совсем не увеличивает. В период медленного охлаж-
дения образец некоторое время находится в условиях
низких положительных температур. При этом протекают
процессы растворения и насыщения жидкой фазы продук-
тами гидратации цемента, а также связывание свободной
276
воды силами электромолекулярного притяжения поверх-
ностью твердых частиц.
При температуре —7° С (рис. 6.13) усадка, обуслов-
ленная связыванием воды, уменьшается, процесс льдооб-
разования начинается раньше и проходит интенсивней
как по времени, так и по величине, в связи с чем наблю-
дается сильное расширение системы. Но если бетон
марки 150, расширяясь максимально, не нарушает ника-
кой складывающейся структуры, так как ее нет, то при
расширении бетона марки 400, хотя и незначительное,
но все же происходит нарушение возникающих связей,
появляются внутренние напряжения. При температуре
—30° С деформации бетонов обеих марок примерно рав-
ны, скорость замерзания высокая, процесс льдообразо-
вания происходит быстро, лед не успевает скапливаться
и сильного расширения не наблюдается.
При тех же температурах производилось сравнение
деформаций бетонов на аглопоритовом и гранитном щеб-
не (см. табл. 6.3). Было установлено, что при отрица-
тельной температуре деформации бетона на гранитном
щебне при одинаковом начальном водосодержании и оди-
наковой марке бетона несколько больше, чем у аглопо-
ритобетона. Объясняется это тем, что легкий заполни-
тель отсасывает часть воды, уменьшая общее количест-
во воды в растворной части и фактическое ВЩ.
Результат замера деформации бетонов с BIU = G^ и
155 л воды, содержащих 700 л сухого и замоченного аг-
лопорита, представлен на рис. 6. 14.
Из рисунка видно, что бетон на замоченном аглопо-
рите имеет усадку и расширение больше, чем на сухом
аглопорите. Об уменьшении фактического водоцемент-
пого отношения в бетоне на сухом аглопорите свидетель-
ствует большая прочность в нормальных условиях —
36 МПа на сухом и 26 МПа на замоченном.
Результаты изменения прочности таких бетонов, под-
вергавшихся замораживанию при t= —20°С и твердев-
ших затем 28 сут в камере нормального хранения, пока-
зывают, что потери прочности в результате заморажива-
ния в обоих случаях не было. Прочность бетона на сухом
аглопорите составляет 38 МПа, т. е. 106% от контроль-
ного образца, а замоченного — 26,5 МПа, т. е. 102%.
Это еще раз говорит о том, что потери прочности и оста-
точные деформации после замораживания не находятся
в прямой зависимости и наличие последних не всегда
277
Рис. 6.13. Зависимость деформации аглопоритобетона марки 400 от
температуры замораживания
2—деформации образцов при t = — 7° С; 3, 4 — то же, при t=—3° С
Рис. 6.14. Влияние состояния заполнителя на деформации в процессе
замораживания
/ — деформации бетонного образца с замоченным аглопоритом; 2 —деформации
бетонного образца с сухим аглопоритом
278
сопровождается потерями прочности после оттаи-
вания.
Исключение в поведении при замораживании тяже-
лого и легкого бетона наблюдается при t= —3°С. При
этой температуре деформации бетона на аглопорите
оказались больше, чем на граните.
Бетон на гранитном щебне в период охлаждения до
0°С при этой же температуре дает большую усадку, а
происходящее затем расширение меньше, чем у легкого
бетона. Объясняется это тем, что аглопорит обладает
крупнопористой структурой, вследствие чего почти вся
отсосанная им из цементного раствора вода, переходя
в лед, формируется в крупные кристаллы, которые при
отрицательных температурах, близких к 0°С, еще боль-
ше увеличиваются за счет извлечения воды из прилега-
ющей к зернам растворной части. Таким образом, у аг-
лопоритобетона создаются наилучшис условия для мак-
роскопической сегрегации льда, которая приводит к
увеличению деформации по сравнению с бетоном на
граните.
Одиако чем ниже отрицательная температура, тем
выше скорость замерзания и тем меньше становится
разница в деформациях между марками бетона. Так, па-
пример, при t=—30° С деформации аглопоритобетона
марки 150 составляли 65 единиц, а марки 400—62. Де-
формации бетона на гранитном щебне марки 150 состав-
ляли 73 единицы, а марки 400—92.
Очевидно, при этой скорости замерзания (t = —30°С)
сегрегации льда, вызывающей сильное разуплотнение
бетона, не происходит, основным же разрушающим фак-
тором является гидростатическое давление воды.
Наряду с тем, что деформации у бетонов различных
марок при t=—30° С равны, равны и потери прочности
ими (15%), так как при отсутствии сегрегации льда вы-
сокие марки бетона показывают лучшие результаты. В
дальнейшем изучались деформации образцов бетона ма-
рок 150 и 400, выдержанных до замораживания при раз-
личных температурах 1 и 3 сут в нормальных условиях.
При суточной выдержке бетона до замораживания у бе-
тона марки 150 расширения уже не наблюдается
(рис. 6. 15).
При этом при температуре —3°С происходит более
медленное остывание, дальнейшее связывание воды, ми-
грация ее к охлаждаемой поверхности, испарение и мик-
279
роскопическая сегрегация льда. При —10° С увеличива-
ются температурный градиент, испарение влаги и проис-
ходит температурное сжатие. При температуре —20 и
—30° С происходит быстрое замерзание воды, поэтому
она не успевает мигрировать и испаряться, и, несмотря
на большее температурное сжатие, усадка меньше, чем
при —10° С, но больше, чем при —3°С.
поритобетона марки 150, выдержанного до замораживания в нор-
мальных условиях 1 сут
/ — температура замораживания —30° С; 2 — то же, —5° С; 3— то же, —10° С;
4 — то же, —20° С
При замораживании бетона марки 400 в суточном
возрасте наблюдается несколько иная картина. При
температуре —20° С происходит расширение бетона по-
рядка 11 единиц, которое следует за кратковременной
усадкой. При температуре —10° С расширение также
отмечается, но усадка более длительная, связывается
большее количество свободной воды и расширение хотя
и происходит, но не вызывает увеличения первоначаль-
ного размера (рис. 6.16). При температуре —5°С рас-
ширения вообще не наблюдается, а происходит усадка,
равная 15 единицам.
3-суточное выдерживание до замораживания уже
полностью предотвращает появление расширения. При
всех температурах отмечается усадка, самая большая
при —20° С. В целом усадка бетона в 3-суточном возрас-
те марки 400 меньше, чем марки 150.
Разница в поведении этих двух составов бетона за-
ключается в том, что бетон марки 400, имея меньшее
В/Ц и большее количество цементного теста, в период
охлаждения до 0°С связывает большее количество воды
химически и адсорбционно, поэтому усадка происходит,
в основном, за счет контракции.
280
Чтобы закончить рассмотрение данных о деформа-
циях бетонов в процессе замерзания, приведем резуль-
таты опыта, в котором были сопоставлены бетоны на
различных заполнителях. Бетонные призмы были изго-
товлены с использованием вулканического шлака, ке-
рамзита, известнякового и гранитного щебня, а также
металлических шаров, как заполнителей. При рассмот-
лопоритобетона марки 400, выдержанного до замораживания в нор-
мальных условиях 1 сут
замораживание при /=—20° С; —то же,
3 — то же, —5° С
рении полученных данных мы видим, что наибольшие
деформации во всех сериях образцов были у бетона на
вулканическом шлаке, а наименьшие — у бетонов с ис-
пользованием металлических шаров (рис. 6.17). Таким
образом установлено, что тяжелый заполнитель, отли-
чаясь по деформативности и коэффициенту температур-
ного расширения от растворной части, в большей степе-
ни оказывает сопротивление ее расширению при замора-
живании. Это создает концентрацию напряжений на
контакте с заполнителем, нарушая структуру бетона.
Преимущество легкого заполнителя в этом случае под-
тверждается результатами испытаний бетона на сжатие,
растяжение и морозостойкость.
В своих работах О. П. Мчедлов-Петросян и В. Л. Чер-
нявский [43] также исследовали влияние заморажива-
ния на деформации бетона. Измерение деформаций ими
проводилось в процессе замораживания при температу-
ре —20° С бетонных призм размером 10ХЮХ30 см, вы-
держанных в металлических формах при температуре
20±ГС и относительной влажности около 90% в тече-
ние 0; 12; 24; 48; 60 и 72 ч. При этом фиксировалось не-
281
которое искусственное напряжение мембраны тензодат-
чика и выбирался относительный нуль; что было продик-
товано необходимостью фиксировать не только
расширение, но и усадку испытуемых образцов. После
стабилизации объемных превращений бетона холодиль-
ная камера отключалась и ее температура медленно
поднималась до 20+1° С, что дало возможность просле-
дить поведение образцов при оттаивании и зафиксиро-
вать остаточные деформации.
Влияние отрицательной температуры на изменение
размеров бетонных призм, выдержанных различное вре-
мя в нормальных температурно-влажностных условиях,
показано на рис. 6. 18. Бетон, охлажденный без предва-
рительного выдерживания, имеет после некоторой усад-
ки максимальное расширение; увеличение срока выдер-
живания уменьшает величину деформаций. Время
твердения бетона в обычных условиях влияет на интен-
сивность развивающихся деформаций, так что макси-
мальная скорость расширения (около 0,6 мм/м в 1 ч)
наблюдается у свежезамороженного бетона. Это объ-
ясняется тем, что малопрочная коагуляционная струк-
тура бетона обладает минимальной способностью проти-
востоять внутренним напряжениям. В первые минуты
твердения лишь небольшое количество воды вступает в
химическое взаимодействие с цементом, а остальная ее
часть, в малой степени адсорбированная сравнительно
крупными частицами вяжущего и заполнителем, замер-
зает около 0°С.
Предварительное выдерживание уменьшает величи-
ну относительных деформаций бетона при его дальней-
шем замораживании, ибо в процессе гидратации проис-
ходит упрочнение коагуляционно-кристаллизационной
структуры материала и бетон начинает приобретать
упругие свойства. К этому времени жидкая фаза пред-
ставлена значительно меньшим количеством минерали-
зованной воды, а капиллярно-пористая структура це-
ментного камня из-за большой удельной поверхности
новообразований (около 200 м2/г) интенсивно адсорби-
рует жидкую фазу. Уменьшение величины и скорости
(до 0,05 мм/м в 1 ч) объемных изменений бетона, твер-
деющего до охлаждения 60 и 72 ч при 4-20±1°С, дает
основание утверждать, что степень упрочнения структу-
ры определяет возможность противодействия ее разру-
шающим напряжением при —20° С.
282
Действие мороза на деформации свежеуложенного бе-
тона изучалось также А. И. Невиллем. В отличие от при-
веденных данных по измерению линейных деформаций
он измерял объемные изменения бетонных образцов. Им
было изучено увеличение объемных деформаций [44] при
2S0x10~S
а)
Рис. 6.17. Зависимость дефор-
маций бетона в раннем возрасте
от вида заполнителя
а — при /=—20° С; б — в воздушно-
сухих условиях при / = 19° С и W=
=70%; / — бетон на вулканическом
шлаке; 2 — то же, на керамзите;
3 — на известняковом щебне; 4 — на
гранитном щебне; 5 — с металличе-
скими шарами вместо щебня
i
100
I—» Образец, открытый
YZ3 Образец закрытый с че
тыре* сторон плрнкрй
Рис. 6.18. Изменение деформа-
ций бетонных призм при за-
мораживании в зависимости от
времени предварительного вы-
держивания
Для кривых /, 2, 3, 4, 5, 6 время
предварительного выдерживания со-
ответственно 0; 12; 24; 48; 60; 72 ч
замерзании бетона в возрасте до 36 ч от начала приго-
товления его (рис. 6.19). Значительное снижение вели-
чины расширения бетона наблюдается после твердения
его при нормальной температуре в течение 16 ч и пол-
283
Рис. 6.19. Влияние времени
предварительного выдержива-
ния на увеличение объема бе-
тона при замораживании. Вре-
мя предварительного выдержи-
вания для кривых /, 2, 5, 4 со-
ответственно 4; 8; 16; 36 ч
Рис. 6.20. Влияние замораживания на пористость растворной части
бетона (интегральные кривые)
f — 28 сут нормального хранения; 2—заморожены после приготовления через
24 ч; 3 — то же, после 12 ч; 4—через 9 ч; 5 — через 3 ч; 6 — заморожены
Сразу после приготовлений
284
ное отсутствие после 36 ч твердения. Его данные и выво-
ды хорошо согласуются с описанными выше.
Наряду с деформациями было проведено исследо-
вание интегральной и дефференциальной пористости це-
ментного камня и бетона методами ртутной порометрии
и водопоглощения. Исследования проводились на образ-
цах 7X7X7 см из бетона состава 1 : 2, 1 3,7 при BfU=
= 0,58. Цемент использовался Белгородского завода, в
качестве крупного заполнителя применялся известняко-
вый щебень. Образцы замораживали в течение 3 сут при
температурах —2 и —20° С в раннем возрасте (табл. 6.4)
После 28 сут нормального твердения и обработки спиртом
образцов раствора, взятого из бетона, образцы испыты-
вались методом вдавливания ртути. На основе получен-
ных данных построены интегральные кривые (рис. 6.20)
распределения пор по размерам. Из рисунка видно, что
пористость бетона уменьшается с увеличением срока
предварительного выдерживания его до замораживания.
Наибольшую пористость имели образцы, замороженные
через 3 ч, т. е. в период схватывания цемента. На осно-
ве интегральных кривых произведены расчеты объемов
пор по различным радиусам.
Как показали исследования, замораживание цемент-
ного камня и бетона в раннем возрасте вредно отража-
ется на его структуре, значительно увеличивая порис-
тость этих материалов. Наибольшее ухудшение структу-
ры и увеличение пористости (см. табл. 6.4) наблюдается
у образцов, замороженных сразу после приготовления и
особенно у образцов, замороженных до конца схватыва-
ния цемента.
С увеличением срока предварительного выдержива-
ния бетона до замораживания улучшается его структу-
ра и заметно уменьшается пористость, а при заморажи-
вании бетона в возрасте 24 ч нарушения почти отсутст-
вуют, а объем пор приближается к объему пор в бетоне
нормального твердения. При этом нужно отметить, что
наибольшие нарушения структуры и ослабление контакт-
ной зоны заполнителя с растворной частью происходят
при более высоких отрицательных температурах (—2,
—5° С) за счет более благоприятных условий для мигра-|
ции влаги при медленном промерзании бетона.
Как показали петрографические исследования, основ-
ные изменения при раннем замерзании бетона происхо-
285
ю Таблица 6.4
oo
Ci
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БЕТОНА НА ЕГО СТРУКТУРУ
Условия твердения	Суммар- ная по- ристость, см 7 г	Распределение пор по радиусам и их объем							
		г >	о 10‘А	10’ > г > 10’/		10’ > г	> io* X	10= > г > 40А°	
		см3/г	1%	см3/г	1 %	см3/г	%	см3/г	%
Заморожены	сразу после	приготовления при —2° С и твердели после оттаивания 28 сут в нормальных условиях	0,07695	0,0159	20,7	0,0306	39,7	0,0209	27,2	0,00955	12,4
Заморожены	сразу после	приготовления при —20° С и тверде- ли после оттаивания 28 сут в нормальных условиях	0,0979	0,04929	50,3	0,0099	10,1	0,0181	18,5	0,02065	21,1
Заморожены через 3 ч после	приготовления при —20° С и тверде- ли после оттаивания 28 сут в нормальных условиях	0,1115	0,0494	44,4	0,0107	9,6	0,0226	20,2	0,0288	25,8
Заморожены через 9 ч после приготовления при —20°С и твердели после оттаивания 28 сут в нор- мальных условиях	'0,0797	0,0298	37,
Заморожены через 12 ч после	приготовления при —20° С и тверде- ли после оттаивания	0,0704	0,0168	23,
28 сут в нормальных условиях			
Заморожены через 24 ч после приготовления при —20° С и твердели после оттаивания:			
28 сут в нормальных условиях	0,05166	0,01046	20,;
28 сут нормального твердения	0,055	0,0205	37,:
5	0,0157	19,7	0,0167	21	0,01745	21,8
8	0,0200	28,4	0,0134	19	0,02015	28,8
3	0,00328	6,3	0,0285	55,2	0,00943	18,2
2	0,0135	24,6	0,0148	26,9	0,0062	11,3
дят в его макроструктуре, в порах более 1 мк. Аналогич-
ные данные получены и при определении пористости об-
разцов методами водопоглощения и ртутной порометрии.
При замораживании бетона сразу и через 3 ч после при-
готовления при —20° С наблюдается значительное уве-
личение в растворной части бетона объема пор более
1 мк. При замораживании свежеприготовленного бетона
при —2° С увеличивается содержание пор 1 >г>0,1 мк,
что должно привести к ухудшению прочностных свойств
бетонов, замороженных в раннем возрасте, а также зна-
чительному увеличению их проницаемости и морозостой-
кости по сравнению с бетонами, замороженными в ран-
нем возрасте при —20° С.
Эти выводы подтверждаются испытанием соответст-
вующих образцов на прочность, морозостойкость, газо- и
водопроницаемость.
Кинетика структурообразования и конечная структу-
ра цементного камня, а также и его прочностные харак-
теристики в значительной степени зависят от минерало-
гического состава цемента. Особенно большое значение
минералогический состав цемента приобретает при бе-
тонировании в условиях отрицательных температур.
При изучении пористости бетона образцы в форме ку-
бов подвергались водонасыщению по методу гидростати-
ческого взвешивания [58]. Определялись объемы воды,
поглощенной образцами, замороженными в различном
возрасте. При анализе результатов устанавливались гра-
диенты пористости образцов. По данному методу хотя и
приближенно, но получены выводы, совпадающие с ра-
нее изложенными.
Чтобы полнее раскрыть и нагляднее показать непо-
средственно на прочностных показателях бетона роль фи-
зических явлений при раннем его замораживании, в
1972 г. был расширенно воспроизведен наш опыт 1945 г.
с повторным вибрированием при оттаивании свежезамо-
роженного бетона с бетонными смесями подвижной кон-
систенции на двух портландцементах.
Бетонные образцы 10Х10ХЮ см (состав 1 2, 1 3,7,
В/Д=0,72, осадка конуса 2—3 см) после приготовления
и укладки смеси выносились в холодильник сразу и че-
рез 4 и 6 ч. При —15° С они выдерживались 3 сут, а за-
тем часть их после оттаивания испытывалась, а часть хра-
нилась в нормальных условиях до 28 сут. Этот опыт еще
раз показал, что повторное вибрирование в процессе от-
288
Таблица 6.5
ВЛИЯНИЕ ПОВТОРНОГО ВИБРИРОВАНИЯ БЕТОНА
ПОСЛЕ ОТТАИВАНИЯ НА ЕГО ПРОЧНОСТЬ
Условия твердения бетона и время вибрирования образцов	Прочность бетона на сжатие в возрасте 28 сут	
	на белгородском цементе	на воскресенском цементе
Сразу после укладки в фор- мы смесь вибрировалась, за- тем 28 сут. нормальное хране- ние образцов Сразу после укладки смесь вибрировалась, образцы под- вергались замораживанию и испытаны через 28 сут нор- мального хранения То же, но после оттаивания до 4° С образцы подвергались вибрированию, затем 28 сут нормального хранения То же, образцы подверга- лись вибрированию не сразу, а через 4 ч после оттаивания до 4° С То же, но образцы вибриро- вались через 24 ч после оттаи- вания Сразу после укладки в фор- мы смесь вибрировалась, за- тем через 24 ч было произве-  дено повторное вибрирование и хранение 28 сут в нормаль- ных условиях (без заморажи- вания) То же, но образцы вибриро- вались через 6 ч после уклад- ки смеси в формы	25,8 100 18,8 61,3 27,8 108 24,5 95 25,7 100 28,4 110,1	27,5 100 24,4 89,9 30,3 НО 31,4 114 24,9 90,5 30,2 109,9 32,4 117,9
Примечание. Над чертой указана прочность в МПа, под
ЧерТОЙ — В % ОТ #28-
19—23
289
таивания бетона до приобретения им тиксотропных
свойств обеспечивает к 28 сут последующего нормаль-
-носо твердения повышение прочности на 8—14% от /?28-
Того же состава бетон, не подвергавшийся повторному
вибрированию при оттаивании через 28 сут, имел сни-
жение прочности на 10—39% от (табл. 6.5). В опыте
1945 г. применялся бетон на портландцементе марки 300
при расходе цемента 250 кг/м3.
Опыт показал, что при использовании подвижных бе-
тонных смесей вибрирование можно производить до 6 ч,
т. е. до конца схватывания цемента, после чего структура
бетона уже становится необратимой.
Подвижная бетонная смесь при укладке в формы под-
вергалась вибрированию. Из трех серий образцов бетона
одна хранилась в нормальных, условиях, а две были вы-
несены на мороз (при —15... —25° С) вскоре после уклад-
ки бетона. Образцы 3 сут находились на морозе, а затем
были внесены в помещение лаборатории. Часть образцов
после оттаивания подвергалась повторному вибриро-
ванию.
После нормального хранения были получены резуль-
таты, указанные в табл. 6.6.
Было установлено, что повторное вибрирование бето-
на в момент его оттаивания обеспечивает ему повышение
прочности, а не снижение, как при замораживании, без
повторного вибрирования перед последующим хранением
в нормальных условиях. Эти опыты убедили автора в
необходимости предложения способа восстановления
структуры и прочности бетона, замороженного сразу же
после укладки в формы.
Предложенный нами способ восстановления прочнос-
ти замороженного бетона может быть использован в ря-
де случаев строительной практики (бетонирование полов,
дорог, фундаментов под легкое оборудование и пр.). Этот
способ может быть применен также и для восстановле-
ния прочности некоторых не массивных бутовых и буто-
бетонных кладок враспор с землей. Сцепление раствора
с бутом после легкой вибрации при оттаивании в после-
дующем будет повышаться.
Вибрирование бетона в период его оттаивания, когда
он приобретает способность снова уплотняться как све-
жеуложенный, устраняет структурные нарушения. По-
этому прочность получается выше, чем у нормально твер-
девшего бетона, не подвергавшегося замораживанию.
290
Таблица 6.6
ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПОСЛЕ РАЗЛИЧНОГО ХРАНЕНИЯ
Условия хранения образцов	Прочность бетона в возрасте			
	15 сут		100 сут	
	МПа	|	%	МПа	|	%
Нормальные ус- ловия хранения	9,6	100	11,6	100
3 сут на морозе, затем нормальные условия хранения	7,6	79,2	11,2	97
3 сут па морозе, затем нормальные условия хранения с применением по- вторного вибриро- вания после отта- ивания	10,6	110,4	12	104
Проведенные в ДорНИИ в 1948 г. опыты подтвердили
теоретические предпосылки автора и возможность внед-
рения такого способа в некоторых условиях дорожного
строительства.
Из приведенных в настоящей главе опытных данных
видно, что преждевременное замораживание не одинако-
во действует на свойства растворов и бетонов. Бетоны,
как видно из опытов, больше страдают от раннего замо-
раживания. Эта разница еще более выявляется при
оценке роли замораживания каменных и бетонных кла-
док. Если роль раствора в кладке из камней правильной
формы сравнительно невелика (он является по преиму-
ществу постелью для распределения давления от кирпи-
ча), то в бетоне цементный раствор составляет основу—.
скелет, определяющий его прочность. Это достаточно на-
глядно может быть выявлено на примере поведения за-
мороженной кирпичной кладки и бетона в момент оттаи-
вания.
Прочность кирпичной кладки в основном зависит от
прочности кирпича и в значительно меньшей мере от
прочности раствора. Поэтому потеря 20% прочности пла-
стичным цементным раствором в дальнейшем мало от-
разится на несущей способности кладки. Необходимое же
сцепление раствора с кирпичом под тяжестью сжатой
19*
291
кладки будет полностью обеспечено. Поэтому в отношен
нии методов производства бетонных работ в зимнее вре-
мя существуют принципиально отличные установки от
тех, которые приняты в каменной кладке. При производ-
стве бетонных работ всякое преждевременное заморажи-
вание бетона категорически запрещается. Каменную же
кладку допускается замораживать и к тому же как мож-
но раньше после укладки раствора и кирпича или камней
правильной формы.
Старые принципы каменной кладки, складывавшиеся
веками, стали пересматриваться строителями начиная с
1930 г. До этого времени с наступлением заморозков ка-
менную кладку прекращали, а в крайнем случае произ-
водили в объемных тепляках.
В 1931 г. техническими условиями Союзстроя ВСНХ
впервые разрешалось вести кладку зимой без тепляков,
но с подогревом раствора и кирпича и с непременным
утеплением кладки, т. е. с применением способа термоса.
В дальнейшем исследования и практика показали, что
от подогрева кирпича и утепления кладки можно отка-
заться. В 1933 г. Техническими условиями на производ-
ство строительных работ в зимнее время разрешалось ве-
сти кладку по методу замораживания с рекомендацией
отогревания стен изнутри зданий (предложение было
разработано в ЦНИПС В. М. Медведевым). Затем, шаг
за шагом, постепенно выясняя поведение кладки, в по-
следующем перешли на применение метода замораживав
ния кладки.
Уже в 1934 г. в переизданных Технических услови-
ях на зимние работы по предложению автора была при-
нята кладка на пластичном растворе вместо применяв-
шейся вначале кладки «под лопатку», т. е. на жестком ра-
створе. Опыты, проведенные нами в 1935 г. в лаборато-
рии бетонов ЦНИПС, позволили более обоснованно и
смело поставить вопрос о полном переходе на кладку
методом замораживания с применением пластичных рас-
творов.
Пластичные растворы способствуют повышению про-
изводительности труда каменщиков, уменьшают осадку
стен, повышают прочность кладки вследствие лучшего
сцепления раствора с кирпичом и более благоприятных
условий твердения в последующем. Расчеты по форму-
лам зависимости прочности кладки от прочности кирпи-
ча и раствора показывают, что при самых неблагоприят-
292
ных условиях замораживания кладки прочность ее после
28 сут снижается не более чем на 15%. Еще меньше сни-
жается прочность зимней кладки из крупных и средних
блоков.
Опыты А. А. Шишкина и И. Т. Котова показывают,
что при оттаивании кладки, сложенной из кирпича по
методу замораживания (так же как и свежесложенной
кладки), прочность ее составляет около 50% от прочное^
ти летней кладки месячного возраста. Затем прочность
кладки со временем возрастает за счет твердения рас-
твора.
Таким образом, небольшой процент раствора в объ-
еме кладки и его сравнительно ограниченная роль в соз-
дании прочности делают допустимым применение клад-
ки методом замораживания.
Совершенно иная картина наблюдается при испы-
тании прочности преждевременно замороженных бетон-
ных конструкций. Наличие крупного заполнителя в бе-
тоне и арматуры в железобетоне при раннем заморажи-
вании конструкций еще больше вызывает нарушение их
структуры. Прочность при сцеплении раствора с круп-
ным заполнителем, а также бетона со сталью при ран-
нем замораживании сильно снижается. Бетонная смесь
в отличие от кладки камней правильной формы обяза-
тельно укладывается в опалубке.
Независимо от придаваемой формы и сроков распа-
лубки конструкций замораживание бетона приводит к
значительно большим потерям прочности, чем это бы-
вает у растворов, а тем более у кладок. Попытки приме-
нить метод замораживания бетона в конструкциях не
оправдали себя. Поэтому метод замораживания бетона
запрещен строительными нормами и правилами.
Независимо от потери прочности бетона и железобе-
тона преждевременное замораживание недопустимо по
условиям использования опалубки и самих конструкций.
Замороженные конструкции нельзя распалубить и загру-
зить до установления теплой весенней погоды, что за-
держивает производство всех дальнейших строительных
работ.
Приведенные результаты исследований преждевре-
менно замороженного бетона могут быть использованы
при решении некоторых вопросов, возникающих в прак-
тике зимнего бетонирования. Они являются материалом,
при помощи которого можно обосновывать суждения о
293
временной несущей способности замороженной конст-
рукции и о возможностях исправления ее в теплое время.
Сравнительно благоприятные результаты лабораторных
испытаний не могут послужить основанием к допуще-
нию замораживания бетона в раннем возрасте. Под-
тверждением этого является сравнительно большое чис-
ло случаев исправления или полной замены конструк-
ций, замороженных при зимних работах.
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ
И ДЕФОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА
Для комплексного освещения проблемы воздействия
отрицательных температур на свойства и структуру бе-
тона, подвергавшегося замораживанию в раннем возра-
сте и твердевшего затем при положительных температу-
рах, а также для дополнительного обоснования пред-
ложенных ранее величин критической прочности,
необходимо было исследовать деформативные свойства
бетона. В связи с этим в НИИЖБ с участием Е. Г Гла-
зыриной изучалось влияние замораживания бетона в
раннем возрасте на такие его характеристики, как приз-
менная и кубиковая прочность, начальный модуль уп-
ругости, коэффициент поперечной деформации, объем-
ные деформации.
Для испытания были изготовлены призмы размером
10ХЮХ40 см и кубы ЮХЮХЮ см из бетона состава
1 1,4:2,4 при расходе цемента 500 кг/м3 и В/Д=0,4.
В качестве вяжущего использовался портландцемент
завода «Большевик» активностью 45 МПа. Применяе-
мые инертные материалы — щебень известняковый фрак-
ции от 5 до 30 мм, песок речной кварцевый с Л4кр=2,3.
Одна партия образцов сразу после изготовления под-
вергалась замораживанию при температуре —20° С, дру-
гая замораживалась при той же температуре с прочно-
стью 30% от проектной. После 3-суточного воздействия
отрицательной температуры образцы переносились в ка-
меру нормального хранения, где твердели 28 сут. Конт-
рольные образцы 28 сут твердели в нормальных услови-
ях. Деформации бетона измерялись тензодатчиками с
базой 100 мм, наклеенными в продольном и поперечном
направлении на испытываемые бетонные призмы, и ре-
гистрировались с помощью автоматического измерителя
АИ-1. Прочностные и деформативные характеристики
294
Таблица 6.7
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА
Условия твердения бетона	№ серий	Прочностные характеристики бетона					Деформативные характери- стики бетона	
		*куб’ МПа	^пр* МПа	^пр	^куб pH Ккуб	*ПР	£ст-10-3 МПа	£ст Ест
				*куб				
Твердел 28 сут в нор- мальных условиях	1 2 3 4	45 47 49 50,5	33 33 34 36	0,73 0,7 0,7 0,71		—	28,1 29,3 29,6 31,4	
Заморожен при —20° С	1	38,6	27	0,7	0,86	0,82	25,7	0,91
сразу после изготовле-	2	40	30	0,75	0,85	0,91	27,3	0,93
ния и затем твердел	3	39	30	0,77	0,8	0,88	28,5	0,96
28 сут в нормальных ус- ловиях	4	41,5	30	0,72	0,82	0,83	28,6	0,91
Заморожен с проч-	3	47,5	36	0,76	0,97	1	30	1
ностью 30% от 7?28, за- тем твердел 28 сут в нормальных условиях	4	52	36	0,7	1	1	29,8	0,95
Примечание.	^куб — кубиковая прочность бетона соответственно нормального хранения и подвер-
гавшегося замораживанию;
^пр — призменная прочность тех же бетонов;
со	£ст* Ест — статический модуль упругости на сжатие тех же бетонов,
сл
бетона исследуемых образцов, полученные в результате
испытаний, представлены в табл. 6.7
Из графика зависимости £Прод, £поп=/(о), построен-
ного по результатам испытаний (рис. 6.21), видно, что
величины продольных и поперечных (пластических и
полных) линейных деформаций бетона, подвергавшегося
Рис. 6.21. Зависимость линейных полных и пластических деформаций
от величины напряжений осевого сжатия в бетоне
1 — бетон нормального хранения; 2 — замороженный с критической прочностью;
3— бетон, замороженный сразу после приготовления; Г, 2', 3' — пластические
деформации тех же бетонов.
замораживанию в раннем возрасте, больше деформаций
контрольных образцов, вызванных одинаковыми вели-
чинами напряжений осевого сжатия.
Так, при замораживании бетона сразу после изготов-
ления продольные линейные деформации, вызванные на-
пряжениями сжатия сг = 0,5 /?”р, увеличиваются на
11,4%, а при о = 0,9 /?“р на 17,8%. Увеличение попереч-
296
ных деформаций при сжатии более значительно и со-
ставляет 33,3% при о=0,5 и 36,2% при о=
=0,9 R”p.
Пониженное сопротивление развитию под сжимаю-
щей нагрузкой линейных деформаций бетона, подвер-
гавшегося замораживанию сразу после изготовления,
легко объяснить с точки зрения сложившихся представ-
лений о воздействии на бетон в раннем возрасте отрица-
тельной температуры.
Методом замера деформаций установлено [39], что
при воздействии отрицательной температуры на бетон
сразу после его изготовления происходит разуплотнение
бетонной смеси под влиянием увеличения объема воды
при замерзании. В результате этого условия формиро-
вания структуры бетона дальнейший рост кристаллогид-
ратов новообразований, их сближение и формирование
в конгломераты и сростки затрудняется. В особенно тя-
желых условиях происходит формирование структуры на
контакте цементного камня с крупным заполнителем,
так как вокруг заполнителя возможно образование воз-
душной прослойки. Все это приводит к тому, что бетон
к 28 сут последующего твердения при положительной
температуре не набирает проектной прочности. Ослаб-
ленный по сравнению с бетоном нормального хранения
бетон, подвергавшийся замораживанию сразу после из-
готовления, имеет пониженный модуль упругости. Паде-
ние начального модуля упругости составляет 10—12%, а
кубиковой и призменной прочности соответственно 15—
20 и 10—17%.
При замораживании бетона с критической прочно-
стью (30% от проектной для данной марки бетона)
количество свободной воды в период замерзания значи-
тельно уменьшается, а структура сформирована на-
столько, что стенки пор и капилляров способны противо-
стоять давлению расширяющейся свободной воды [28,
39].
В результате деформаций расширения не наблюда-
ется, нарушения структуры не происходит, бетон не те-
ряет в последующем ни призменной, ни кубиковой проч-
ности и незначительно (0—5%) отличается по модулю
упругости от бетона нормального хранения. Это хорошо
согласуется с полученными ранее данными о том, что
динамический модуль упругости бетона, замороженного
с критической прочностью, также не снижается.
297
Сравнение зависимостей продольных линейных де-
формаций бетонов, подвергнутых воздействию отрица-
тельной температуры в раннем возрасте и нормального
хранения £’Прод=/(о//?Пр), показывает (рис. 6.22), что
полные продольные деформации бетона, подвергавшего-
ся замораживанию сразу после изготовления, меньше со-
Рис. 6.22. Зависимость линейных полных и пластических деформаций
от уровня напряжений осевого сжатия в бетоне
/ — бетон нормального хранения; 2 — замороженный с критической прочностью;
3 — замороженный сразу после приготовления; Г 2', 3'— пластические дефор-
мации тех же бетонов
ответствующих деформаций бетона нормального хране-
ния (при а//?пр=0,5 уменьшение составляет 10%, а при
а/7?пр=0,9 — 7%). Поперечные деформации бетона, под-
вергавшегося замораживанию сразу после изготовления,
практически равны деформациям бетона нормального
хранения.
Пластические деформации испытываемых бетонов
изменяются следующим образом. Бетон, подвергавший-
ся замораживанию сразу после изготовления, имеет
меньшую продольную пластическую деформацию, чем
бетон нормального хранения и замороженный с критиче-
ской прочностью. Его поперечная пластическая дефор-
мация практически равна деформации бетона нормаль-
ного хранения. Уменьшение пластических деформаций
298
означает некоторую потерю пластических свойств, про-
исшедшую в процессе замерзания бетона.
За период последующего твердения при положитель-
ной температуре эти связи восстанавливаются не полно-
стью, контакт с крупным заполнителем остается нару-
шенным, материал становится более хрупким. Об этом
свидетельствует, в част-
ности, характер измене-
ния, по мере нагружения,
объема образца бетона,
подвергавшегося замора-
живанию в раннем возра-
сте.
Как видно из рис. 6.23
объем такого бетона не-
прерывно уменьшается
вплоть до разрушения.
Увеличения объема на
границе как у бетона
нормального хранения,
не наблюдается. Такой же
характер изменения объ-
ема, принципиально от-
личный от бетона нор-
мального хранения, име-
ет цементный камень.
Эту аналогию в хара-
ктере изменения под на-
грузкой объема цемент-
ного камня и бетона, под-
вергавшегося заморажи-
ванию сразу после изго-
товления, можно объяс-
нить особенностью струк-
туры последнего. Можно
предположить, что благо-
даря ослабленным в ре-
зультате воздействия отрицательной температуры кон-
тактам с крупным заполнителем в бетоне, подвергав-
шемся замораживанию, нагрузка передается, в основ-
ном, на растворную часть. Растворная часть бетона, под-
вергавшегося замораживанию сразу после изготовления,
в свою очередь имеет структурные нарушения.
Известно, что в тощих растворах, имеющих большую
б/R
Рис. 6.23. Зависимость объем-
ных деформаций от уровня на-
пряжений осевого сжатия в
бетоне
1 — бетон нормального хранения;
2 — замороженный с критической
прочностью; 3— замороженный сра-
зу после приготовления
299
пористость, монолитность после замораживания не на-
рушается, и в них можно получить те же свойства, что
и при твердении в нормальных условиях.
В данном случае растворная часть бетона содержит
много цемента, поэтому наблюдается нарушение физи-
Рис. 6.25. Зависимость коэффи-
циента поперечной деформации
от уровня напряжений осевого
сжатия в бетоне
Рис. 6.24. Зависимость диффе-
ренциального коэффициента
поперечной деформации Av от
уровня напряжений осевого
сжатия в бетоне
/ — бетон нормального твердения;
2 — заморожен с критической проч-
ностью; 3 — заморожен сразу после
изготовления; 4 — цементный ка-
мень
1	— бетон нормального хранения;
2	— заморожен с критической проч-
ностью; 3 — заморожен сразу после
изготовления
ко-механических свойств и частичная потеря пластично-
сти, возможно, поэтому изменение ее объема напоминает
цементный камень. Изменение дифференциального ко-
эффициента поперечной деформации бетона, заморожен-
ного сразу после изготовления, также напоминает по
характеру цементный камень (рис. 6.24).
300
По абсолютной величине Av бетона, подвергавшегося
воздействию отрицательной температуры до уровня на-
пряжений 0,75, выше, чем у бетона нормального хране-
ния и замороженного с критической прочностью. С уве-
личением нагрузки у этих двух бетонов начинается су-
щественный рост дифференциального коэффициента
поперечной деформации, означающий начало микрораз-
рушений. У бетона, замороженного сразу после изготов-
ления, такой рост практически отсутствует, небольшое
увеличение Av наблюдается, так же как и у цементного
камня, вплоть до разрушения.
Другой величиной, характеризующей деформативные
свойства бетона и применяющейся для расчета железо-
бетонных конструкций, является коэффициент попереч-
ной деформации. Зависимость коэффициента поперечной
деформации всех исследуемых бетонов от уровня напря-
жений представлена на рис. 6.25.
Из графика видно, что при уровнях загружения до
0,75 /?Пр коэффициент поперечной деформации бетона,
подвергавшегося замораживанию сразу после изготовле-
ния, больше, чем у бетона нормального хранения. При
нагрузке, равной 0,2 от /?Пр. разница в коэффициенте по-
перечной деформации составляет в среднем 17%. Уве-
личение коэффициента поперечной деформации до
о7^?пр=0,75 бетона, замороженного сразу после изготов-
ления, по сравнению с бетоном нормального твердения
можно объяснить ослаблением его структурных связей
(в основном между заполнителем и цементным камнем)
в результате разуплотнения под действием мороза. При
этом структурные связи, ориентированные и в продоль-
ном и в поперечном направлении по отношению к сжи-
мающей силе, ослабляются в равной степени. Но по-
скольку разрушение бетона при осевом сжатии происхо-
дит главным образом за счет развития поперечных
деформаций, то ослабление связей в этом направлении
проявляется в большей степени, чем вдоль линии дейст-
вия сжимающей силы. В соответствии с этим сопротив-
ляемость такого бетона развитию линейных деформаций
растяжения при сжатии уменьшается в большей степени
и коэффициент поперечной деформации увеличивается.
Однако если до уровня напряжений 0,75 7?Пр бетон
деформируется как разуплотненная многокомпонентная
система (дифференциальный коэффициент поперечной
деформации и коэффициент поперечной деформации,
301
имеющие большие значения, чем у бетона нормального
хранения, увеличиваются, а внешний объем уменьшает-
ся), то при повышении нагрузки особенности деформи-
рования, присущие бетону, исчезают. Объем образца
продолжает непрерывно уменьшаться вплоть до разру-
шения, а резкого роста коэффициента поперечной дефор-
мации не наблюдается. Можно предположить, что ввиду
окончательного ослабления связей между заполнителем
и цементным камнем основная нагрузка передается уже
на одну растворную часть. Частично потерявшая пласти-
ческие свойства под воздействием мороза, растворная
часть по характеру деформирования под нагрузкой при-
ближается к цементному камню. Об этом свидетельству-
ет также внешний характер разрушения образцов, под-
вергавшихся замораживанию сразу после изготовле-
ния. Подобно однокомпонентной системе в таком бе-
тоне наблюдается хрупкое разрушение с образовани-
ем продольных трещин, проходящих по всей высоте об-
разца.
Учитывая особенности хрупких материалов, можно
ожидать, что бетон, замороженный сразу после изготов-
ления и твердевший затем в нормальных условиях, бу-
дет отличаться малым сопротивлением растяжению и
удару, большой чувствительностью к местным напряже-
ниям. Эти особенности деформирования следует учиты-
вать в тех случаях, когда вопреки правилам производства
работ бетон замораживается вскоре после изготов-
ления. Что касается бетона, замороженного с критичес-
кой прочностью, то его продольные и поперечные, пол-
ные и пластические деформации практически равны де-
формациям бетона нормального хранения.
Особенности деформирования (изменение коэффи-
циента поперечной деформации, внешнего объема об-
разца) у бетона, замороженного с критической
прочностью, такие же, как у бетона нормального твер-
дения.
Таким образом, выдержанный до критической проч-
ности до замораживания бетон по своим прочностным и
деформативным свойствам не отличается от бетона нор-
мального твердения. Поэтому замораживание бетона
может быть допущено только после достижения им кри-
тической прочности, дифференцированной в зависимости
от марки бетона, которая обеспечивает ему в последую-
щем нормальную работу в конструкции.
302
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Как было отмечено выше, вопрос о твердении бетона
при отрицательных температурах мало изучен. Имеются
лишь некоторые данные [19, 23, 32, 83] о твердении бе-
тона на морозе. Причем механизм твердения до сих пор
не был рассмотрен. Поэтому в главах 1, 2 ив начале
главы 6 были подробно рассмотрены вопросы теории
твердения бетона на морозе.
В связи с появлением в печати высказываний о том,
что после пропаривания бетон твердеет при температу-
рах до —30° С нами в НИИЖБ был дополнительно ис-
следован этот вопрос. Он имеет практическое значение
при установлении в зимнее время отпускной прочности
бетона в изделиях заводского изготовления. Большой
экономический эффект также может принести народно-
му хозяйству учет набора прочности бетона при строи-
тельстве в районах вечной мерзлоты. При возведении
фундаментов и подземных сооружений в больших объ-
емах применяется монолитный бетон в контакте с вечно-
мерзлыми грунтами. Особенностью условий для тверде-
ния бетона в этих районах является то, что сооружения
в процессе эксплуатации находятся постоянно при тем-
пературах мерзлоты, колеблющихся от —0,1 до —5° С.
Наряду с экспериментами в лабораторных условиях
при участии автора проводятся исследования твердения
бетона в мерзлотных условиях Воркуты и Норильска.
Для этих целей используются специальные камеры и
подземные лаборатории, в которых сохраняются неиз-
менно температуры естественной мерзлоты.
В Воркуте отделением ВНИИСТа были заложены в
контакте с вечной мерзлотой бетонные образцы, кото-
рые хранились там до 7-месячного возраста и испытыва-
лись в различные сроки после изготовления [6, 35]. Об-
разцы 10ХЮХЮ см с добавкой 2% хлористого каль-
ция, комплексной противоморозной добавки и без доба-
вок находились в вечномерзлом грунте, температура
которого колебалась от —0,9 до —2,7° С. Образцы на
портландцементах марок 300 и 500 были уложены в грунт
после предварительного твердения в нормальных усло-
виях в течение 3 ч, 1, 3 и 7 сут. Некоторые из результат
тов испытаний приведены в табл. 6.8.
Как видно из этих данных, в зависимости от актив-
ности цемента и ВЩ в месячном возрасте бетон без до-
303
Таблица 6.8
РОСТ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОТ -0,9 ДО -2,7° С
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ВЫДЕРЖКИ
И ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК
Предварительное выдерживание в нормальных условиях, сут	Прочность бетона после выдерживания в контакте с мерзлотой		
	без добавки	с добавкой СаС12	: комплексной добав- кой нкм
	1 мес | 7 мес	1 мес | 7 мес.	1 мес |	7 мес
Бетон состава 1 1,85		: 3,85 марки 200 на цементе марки 500, В/Ц=0,5					
		(расход цемента 34		Ю кг/м3)			
0,1	15,3	17,9	19,1	22,6	17,7		25,1
	69	80	86	101	79		112
	15,6	21,1	18,5	22,4	18,4		24,1
	70	95	83	100	82		108
о	18,6	23,6	17,7	23,2	18,2		23,8
о	83	106	79	104	85		107
7	20,4	25	20,6	26,1	19,5		25,6
	92	112	92	116	87		115
Бетон состава	1 1,85	: 3,95 марки 150 на цементе марки 300, (расход цемента 340 кг/м3)				в/ц-	
о,1	5,5	5,7	13,2	13,1	14,9		17,2
	38	39	90	90	102		118
1	6,8	10,5	13,7	16,2	12,4		19,3
1	47	72	94	111	85		132
о	10	11,3	13,5	14,3	12^9		13,1
О	69	77	92	98	88		90
7	12	12,6	14,8	16,6	13,2		14,5
1	82	86	101	114	90		99
Примечание. Над чертой
прочности при сжатии, МПа; под
/?28 бетона без добавок.
указаны абсолютные значения
чертой — процент прочности от
бавок, вынесенный на мороз вскоре после изготовления,
приобрел от 38 до 69% прочности от нормального
твердения. При введении в состав бетона хлористого
кальция и комплексной добавки она увеличилась до
86—90%. После 3-суточного твердения в нормальных
условиях к месячному возрасту бетон приобретает 69—
304
83% прочности от /?28- При введении химических доба-
вок в небольшом количестве бетон в вечномерзлом грун-
те приобретает с течением времени (до 7 месяцев) проч-
ность выше заданной марки. Введение таких добавок,
как хлористый кальций, благодаря их быстрому взаимо-
действию с минералами цемента не может существенно
нарушать структуру вечной мерзлоты.
Рис. 6.26. Нарастание
прочности бетона
марки 200 в контакте
с вечной мерзлотой
(Воркута) на различ-
ных цементах
1, 5 — бетой заморожен
сразу после приготовле-
ния; 2, 6 — заморожен
с выдержкой 1 сут в нор-
мальных условиях; 3,
7 — то же, 3 сут; 4, 8 —
то же, 7 сут
На рис. 6.26 приведены результаты испытаний образ-
цов бетона без химических добавок, изготовленных на
портландцементе марки 500 (кривые /, 2, 5, 4) и марки
300 (кривые 5, 6, 7, S). Как видно из рисунка, набор
прочности не прекращается в течение года и при самых
неблагоприятных условиях достигает 50% марочной. Со-
поставляя эти данные с приведенными в табл. 6.8, мож-
но сделать вывод, что введение добавок при укладке бе-
тона в вечномерзлый грунт является целесообразным.
После получения этих результатов исследования прово-
дились в мерзлотной (подземной) лаборатории в Но-
рильске Норильским отделением Красноярского пром-
стройниипроекта.
На основании полученных результатов теперь при
устройстве свайных фундаментов, по предложению ав-
тора, строители отказались от электропрогрева и пере-
ходят на более простой метод укладки бетона с добав-
кой нитрита натрия, поташа или хлористого кальция в
малых количествах. Это привело к большей экономии
денежных средств, а также электроэнергии.
20—23	305
Для характеристики твердения бетона в образцах, за-
ложенных в вечномерзлый грунт в подземных мерзлот-
ных камерах Норильска, представлен рис. 6.27. В ка-
мерах, расположенных под землей на глубине 8 и 15 м,
Т,сут
Рис. 6.27. Нарастание прочности бетона марки 300 в контакте с веч-
номерзлым грунтом при температуре —3... —4° С
а — предварительное выдерживание в нормальных условиях 0,1 сут; б —то же,
1 сут; в — то же, 3 сут; г — то же, 5 сут; 1 — бетон без химических добавок;
2 — бетон с добавками 3% NaNOa+0,2% ССБ; 3— то же, с добавками
1,5% NaNOa+1,5% СаС12+0,2% ССБ
выдерживаются в течение нескольких месяцев образцы
из бетонов различных составов, в том числе с неболь-
шим содержанием химических добавок.
306
В работе [3] рассматривается нарастание прочности
цементного камня, раствора и бетона при температурах
—2, —5, —10 и —20° С, для изготовления которых бы-
ли использованы портландцементы Белгородского и Вос-
I \-Заморожен сразу после приготовления.
ШШ- Заморожен через 2^ часа после приготовления
прочности на морозе аглопоритобето-
Рис. 6.28. Диаграмма набора
ном, замороженным в раннем возрасте (на белгородском цементе
при В/Д=0,5)
/ — з^амррожен при / =—20° С; 2 — при /=—10° С; 3 — при t = — 5° С; 4 — при
кресенского заводов. Бетонная смесь приготовлялась с
В/Ц — 0,5 на аглопоритовом щебне и песке. Образцы за-
мораживались сразу после изготовления и через 24 ч.
Результаты получены аналогичные, поэтому приводится
диаграмма по данным испытания бетона на одном бел-
городском цементе (рис. 6.28). Эти результаты по иссле-
дованию твердения аглопоритобетона при отрицатель-
ных температурах очень хорошо совпадают с приводи-
мыми опытными данными и выводами, сделанными по
бетону на плотных заполнителях.
20*
307
С целью проверки значения предварительного выдер-
живания до начала замерзания и тонкости помола це-
мента на твердение бетона при температуре —5° С (с ко-
лебаниями от —4 до —6° С) ранее были проведены опы-
ты с выдерживанием образцов в морозильной камере.
Бетонные образцы приготовлялись на двух портландце-
ментах с расходом по 250 кг/м3 из смесей жесткостью
120 с при В/Ц=0,5. Одна серия образцов выносилась в
камеру при —5° С сразу после изготовления, вторая пос-
ле выдерживания их при температуре 15° С в течение
40 ч. Образцы выдерживались в морозильной камере в
течение 180 сут. Данные о наборе прочности бетоном
при температуре —5° С приведены в табл. 6.9.
Как видно из таблицы, повышение тонкости помола
заводских цементов значительно увеличило темп набора
прочности бетона. Еще большее влияние оказала пред-
варительная выдержка в течение 40 ч при температуре
15° С. В этом случае, когда гидратация цемента с домо-
лом достигала значительного развития, в дальнейшем
при температуре —5°С за 5 месяцев прочность бетона
увеличилась на 20—24%, или на 9,4—9,8 МПа. Относи-
тельный прирост прочности примерно был одинаковым
как на цементах с домолом, так и без домола. Опыт по-
казывает, что в результате начальной гидратации цемен-
та содержание воды в бетоне уменьшилось. В дальней-
шем на морозе происходило углубление процессов гид-
ратации цемента и набора прочности бетоном.
С целью исследования твердения бетона при отрица-
тельной температуре после достижения им некоторой
прочности в нормальных условиях в лаборатории
НИИЖБ были проведены специальные опыты [18, 32,
34]. В результате установлено, что при отрицательных
температурах происходит углубление начавшейся гидра-
тации цемента и, как следствие этого, набор прочности
бетоном с большей интенсивностью, чем в свежеизготов-
ленном состоянии. При этом обращается внимание на
то, что твердение продолжается и при температурах ни-
же —10°С (табл. 6.10).
Для разработки рекомендаций по установлению от-
пускной прочности бетона изделий, передаваемых на
стройки в зимнее время, автором совместно с Л. А. Ма-
лининой, И. М. Френкелем и А. С. Дмитриевым были
проведены специальные исследования по изучению влия-
308
Таблица 6.9
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ -5° С В ТЕЧЕНИЕ 180 СУТ
Режим выдерживания	Подготовка цемента	Предел прочности бетона при —5* С в возрасте, сут							
		28		90		180		28 нормального твердения	
		В	Б	в '	1 Б	В	Б	В	1 Б
Сразу в холо- дильную камеру при —5° С	Без домола	2,3 6	5,2 15	_6_ 17	5,9 17	6,6 18	5,9 17	35,8 100	34,9 100
	С домолом	7_,7_ 16	7,7 19	9,9 20	13,2 32	12,9 26	17,5 43	48,9 100	40,6 100
Выдерживание в течение 40 ч при 15° С, затем при —5° С	Без домола	16,7 47	21,1 60	21,7 61	24Д 69	25,4 71	27,9 80	35,8 100	34,9 100
	С домолом	27,4 56	29,3 72	31,5 65	37,8 93	37,2 76	38,7 95	48,9 100	40,6 100
оо Примечания: 1. Над чертой указана прочность бетона в МПа; под чертой — в % от Rzb-
S 2. В — портландцемент Воскресенского завода, Б — то же, Белгородского завода.
Таблица 6.10
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ
ТЕМПЕРАТУРЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
И ПРОЧНОСТИ БЕТОНА К МОМЕНТУ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
Прочность бетона до замораживания, % ОТ /?28	Увеличение прочности бетона в % после 28 сут пребывания при температуре, °C				
	0	'	1 ~2	1 -5	-10	-20
0	50—60	20—30	5—10	1—3	1
5—10	40—60	30—40	15	3—5	2—4
15—20	50—70	45—50	20	15	10
30—50	—	—	15	10	8
ния различных температур на интенсивность последую-
щего твердения пропаренного бетона. Для этой цели
были проделаны опыты при постоянной отрицательной
температуре —20, —10 и —5° С и изменении температу-
ры от —5 до 5° С в течение суток, а также в нормальных
условиях. Образцы после окончания пропаривания поме-
щали в морозильную камеру с указанной выше темпера-
турой. Перед испытанием их отогревали 4—5 ч при 18—
20° С. Для опытов брали различные цементы и бетон за-
мораживали с различной прочностью после пропарива-
ния.
Из табл. 6.11, составленной по данным одного из
опытов, видно, что при хранении образцов при —20° С
прироста прочности к 28 сут или совсем нет или он ока-
зывается весьма незначительным. По мере приближения
отрицательной температуры к нулю интенсивность при-
роста прочности пропаренного бетона во времени уве-
личивается, а недобор прочности по отношению к мароч-
ной уменьшается. При температуре ±5° С пропаренный
бетон через 28 сут практически достигал марочной проч-
ности (97—100%), но абсолютное ее значение было все
же ниже, чем при хранении образцов все время в каме-
ре нормального хранения. После выдерживания при тем-
пературе —10° С прочность бетона не только за 28 сут,
но и за 3—7 сут повысилась на 10% по сравнению с той,
которой обладали образцы сразу после пропаривания.
При температуре —5°С прочность бетона на белгород-
ском цементе увеличилась на 16,5%. Для бетона на
здолбуновском цементе при температуре —5° С получен
несколько меньший прирост прочности, а при —10° С
почти никакого прироста прочности не отмечается.
310
Таблица 6.11
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
НА ТВЕРДЕНИЕ ПРОПАРЕННОГО БЕТОНА
Цемент
Температура в ка- мере при храпе- нии бетона после пропаривания, °C	Прочность бетона после пропа- ривания и последующего хране- ния в морозильной камере в возрасте, сут				
		3			28
твердения
Белгород- ского завода, 5/Д = 0,5	20 (в условиях нормального твердения) от +5 до —5
	—5
	— 10
	—20
Ново-Здол- буновского за- вода,	В/Ц = =0,5	20 (в	условиях нормального твердения) от +5 до —5
	
— 10
—20
28,6 73,5	34,3 88	35 90	36 92	46,9 120	38,9 100
28,4	28,8	40	35,5	37,8	
73	74	102	91,5	97	
30,4	30,3	36,1	35,6	35,1	
78	78	92,5	91,5	90	
28,6	31,4	34,9	33,3	32,6	
73,5	81,5	89,5	85,5	84	
25,2	29,3	31,9	27,6	31,8	
65	75	82	82	80,5	
32	33,4	40,7	42,6	39,2	36,8
					-
87	91	111	116	107	100
	26,3	32,1	27,2	36,9	
	71,5	87	74	100	
	26,2	31	26,9	31,2	
	71	84,5	73,5	85	
	24,6	25,3	26,1		
	67	68,5	71		
	24,4	23,2	25^2	28,7	
	67	63,5	68,5	78	
Примечание. Над чертой указана прочность в МПа; под
чертой — в % от /?28-
311
Чтобы дать более полный ответ на вопрос о тверде-
нии пропаренного бетона при отрицательных температу-
рах, были исследованы бетоны, приготовленные на дру-
гих цементах, при более широком диапазоне величин во-
доцементных отношений. Исследования были проведены
при температурах последующего твердения пропаренно-
го бетона в морозильных камерах при —20, —15 и —5° С
и низкой положительной температуре 6—8° С.
Пропаренный бетон, твердевший при температуре
—20° С, был получен на основе портландцементов заво-
дов Ново-Здолбуновского, Михайловского, «Спартак» и
шлакопортландцемента Косогорского завода.- Бетоны на
этих цементах готовили с В/Д=0,4 и 0,6. После формо-
вания образцы выдерживали в течение 1 —1,5 ч и затем
подвергали пропариванию по режиму: подъем темпера-
туры— 3 ч; изотермическое выдерживание — 6 ч при
80° С, затем естественное остывание в камере. Исключе-
ние составляли только образцы, приготовленные на це-
менте завода «Спартак», которые пропаривали по режи-
му 2+8 ч, затем естественное остывание. Максимальная
температура пропаривания была та же. После пропари-
вания и остывания (4—5 ч) образцы испытывали на
прочность, а контрольные образцы помещали в моро-
зильную камеру с температурой —20° С. Через опреде-
ленное время пребывания в морозильной камере образ-
цы испытывали на сжатие. Перед испытанием их отогре-
вали 4—5 ч при температуре 18—20° С.
В табл. 6.12 приведены результаты опытов, из кото-
рых видно, что после замораживания при —20° С в тече-
ние 28 сут прочность бетона изменяется неодинаково.
В одних опытах она остается прежней, в других повы-
шается или понижается на 2—11 %. Наблюдались обыч-
ные отклонения показателей прочности в ту и другую
сторону в среднем на 7—11%. Длительность пребывания
бетона на морозе (от 1 до 28 сут) существенно не влияла
на прочность образцов той же серии. Следовательно, ни-
какого прироста прочности за 28 сут при температуре
—20° С не было. В то же время прочность пропаренного
бетона, находящегося 28 сут в камере нормального твер-
дения, в среднем возрастала на 30—40%. Некоторое уве-
личение прочности бетона, подвергавшегося заморажи-
ванию 1, 3, 7, 14 и 28 сут, по сравнению с тем, который
был испытан сразу после пропаривания, происходит яв-
но не вследствие твердения его при температуре —20° С.
312
Таблица 6.12
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРОПАРЕННОГО БЕТОНА ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ ПРЕБЫВАНИИ ЕГО
В МОРОЗИЛЬНОЙ КАМЕРЕ С ТЕМПЕРАТУРОЙ —20° С
Цемент	в/ц	Прочность*			Прочность* после пребывания при —20°С в течение, сут				
		через 4—5 ч пос- ле пропаривания	через 28 сут пос- ле пропаривания	в во трасте 23 сут нормального твердения					28
На портландцементе Ново-Здолбуновского завода	0,4 0,6	32,7 77 17,4 52	44,2 103 31 92	42,7 100 33,8 100	37,3 87 20,2 60	35,7 83 19,1 57	35,6 83 22,2 66	29,9 70 20,5 61	35,9 84 21,5 64
На портландцементе завода «Спартак» СО	0,4 0,6	24,5 65 13,9 50	38 101 25,4 91	37,8 100 27,8 100	29 77 13,5 49		31,5 83 17,2 62	_29_ 77 16 58	30,1 80 16,2 59
w Продолжение табл. 6.12
Цемент	в/ц	
		через 4—5 ч после пропаривания
На шлакопортландце- менте Косогорского за- вода	0,4 0,6	31,4 76 18,7 69
На портландцементе Михайловского завода	0,4 0,6	21,9 83 11,8 75
Над чертой указана прочность
бетона
Прочность*		Прочность* после пребывания при —20 °C в течение, сут				
через 23 сут после пропаривания	в возрасте 28 сут нормального твердения					
53,2 129 34,1 126	41,1 100 27,1 100	31,3 76 18,2 67	36,4 88 18,2 67	31_,8 77 17,9 66	34,6 84 18,3 67	34,2 83 18,4 67
33,7 128 19,8 126	26,4 100 15,7 100	23,5 89 11,8 75	23,7 90 10,3 66		20,4 77 И 70	21,9 83 10,4 66
в МПа; под чертой — в % от R23.
а в периоды замораживания и оттаивания образцов пе-
ред испытанием. Приведенные в табл. 6.12 данные свиде-
тельствуют о том, что твердение пропаренного бетона
при отрицательной температуре —20° С практически
приостанавливается.
Одновременно с лабораторными по той же методике
были проведены опыты в Красноярске и в Москве по оп-
ределению набора прочности бетоном в естественных
зимних условиях. Отличие состояло только в том, что бе-
тонные образцы изготавливали на других портландце-
ментах (Новороссийского и Белгородского заводов) и
время оттаивания перед испытанием образцов после пре-
бывания их на морозе составляло 20 ч. Наибольший
срок пребывания образцов на морозе составлял 28 сут.
Температура в этот период колебалась от —15 до —20° С
в первые две недели, а затем повысилась до —10° С и
выше. Эти опыты, так же как и предыдущие, показыва-
ют, что прочность пропаренного бетона при выдержива-
нии его на морозе от 3 до 28 сут существенно не изменя-
ется. Однако прочность бетона после трехсуточного пре-
бывания на морозе получалась на 10—20% выше проч-
ности бетона, которую он имел сразу после пропарива-
ния. В данном случае прочность бетона увеличивалась
не на морозе, а в период оттаивания и последующего
пребывания до испытания (примерно 20 ч) при положи-
тельной температуре, которая была равна в среднем
20° С. Это очень хорошо подтверждает испытание образ-
цов в возрасте 28 сут, но при оттаивании 4 ч, а не 20 ч,
как в предыдущем опыте. Разница в прочности между
результатами испытания образцов при оттаивании в те-
чение 4 и 20 ч составляет от 8 до 21%, что примерно сов-
падает с величиной прироста прочности бетона после
трехсуточного пребывания -на морозе по сравнению с
прочностью бетона после пропаривания. Таким образом,
эти опыты также показывают, что при хранении пропа-
ренного бетона в естественных условиях на морозе при
температурах —15, —20° С в течение 28 сут какого-либо
существенного прироста прочности бетона не происхо-
дит.
В исследованиях М. Ю. Лещинского (Главкиевстрой)
в естественных зимних условиях прочность бетона повы-
шалась. Объясняется это тем, что среднемесячные тем-
пературы в декабре составляли —3... “7° С; в январе
—5... —9° С, а в фервале —5... —3°С,
315
Таблица 6.13
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ ДЕЙСТВИИ
НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Поректная марка бетона	Размеры образ- цов. см	Влажность при вынесении на мо- роз, %	Прочность на сжатие образцов, вынесенных на мороз, МПа	Прочность на сжатие отта- явших образцов, МПа, при длительности действия отри- цательных температур, сут			
				45	75	105	150
300	Юх 10X10 10x10x40	4,8	27,1 19,4	26,2 17,9	25,1 18	24,7 17,3	24,8 16,8
500	10X10X10 10X10X40	4,2	51,3 37,4	51,5 36,9	51,5 36,4	51 35,4	50,6 34,6
700	ЮхЮхЮ 10X10X40	3,9	57,4 44,7	58 44,8	58 43,1	57 42,8	57 42
Если же бетон после тепловлажностной обработки
будет находиться в естественных условиях при более
низких отрицательных температурах, то возможно даже
некоторое снижение его прочности. Это подтверждают
опыты, проведенные в Восточной Сибири [14]. Бетоны
марок 300, 500 и 700 после тепловлажностной обработки
на время от трех до пяти суток были помещены в есте-
ственные зимние условия в Иркутске (табл. 6.13).
С октября месяца образцы в виде кубов и призм вы-
держивали вне помещения 150 сут. В течение октября и
начала ноября образцы подвергали попеременному за-
мораживанию и оттаиванию, а затем воздействию пере-
менных отрицательных температур при суточной ампли-
туде колебаний 10—20° При этом абсолютный минимум
температуры был равен —42° С. Полученные данные по-
казывают, что с увеличением воздействия весьма низких
отрицательных температур прочность бетонов различ-
ных марок снижается тем больше, чем меньше прочность
бетона и больше его влажность перед замораживанием.
Так, после хранения на морозе в естественных условиях
в течение 150 сут снижение прочности бетона марки 300
составило около 10%; марок 500—700—около 5—6%.
Отрицательное влияние водонасыщения бетона на его
прочность за время пребывания на морозе подтвердили
также и специально проведенные в НИИЖБ опыты.
Часть образцов после пропаривания помещали в моро-
316
зильную камеру в воздушно-сухом, а часть — в насы-
щенном водой состоянии. Результаты показали, что в на-
сыщенных образцах вода, находящаяся в свободном со-
стоянии и заполняющая все открытые поры и капилляры,
при замерзании переходит в лед и вызывает большие
внутренние напряжения, понижающие прочность бетона.
В воздушно-сухих образцах воды содержится значи-
тельно меньше и она находится в основном в мелких по-
рах и капиллярах. В таких капиллярах вода замерзает
при более низкой температуре. Кроме того, имеются воз-
душные резервные поры для свободного расширения
льда. В результате этого в воздушно-сухих образцах не
происходит таких структурных нарушений, которые мог-
ли бы понизить прочность бетона.
Проведенные Научно-исследовательским институтом
физико-технических и радиометрических измерений ис-
следования пропаренных образцов в высокочувствитель-
ном дилатометре в насыщенном и воздушно-сухом со-
стоянии показали, что при замораживании водонасыщен-
ного образца на дилатометрической кривой наблюдается
скачок при —7, —8° С (рис. 6.29), фиксирующий пере-
ход воды в лед в порах и крупных капиллярах, и перелом
кривой при температуре ниже —30° С, свидетельствую-
щий о замерзании воды в группе более мелких капилля-
ров и микротрещин. При температуре —60° С и ниже
наблюдается еще одно изменение прямой линии дефор-
маций, связанное с замерзанием воды в гелях гидроси-
ликата кальция. При замораживании же воздушно-су-
хого образца никаких скачков не наблюдалось, и разме-
ры образцов равномерно уменьшались в соответствии с
коэффициентом температурного расширения (сжатия)
бетона. При замерзании бетона в раннем возрасте во
время испытания в дилатометре первый скачок фиксиру-
ется не при 7—8° С, а при —2... —3°С.
Необходимо отметить, что различное влажностное со-
стояние пропаренного бетона на морозе является причи-
ной получения разноречивых данных. При различной
погоде возможно как водонасыщение, так и обезвожива-
ние (в частности, сублимация льда) бетона, что, безус-
ловно, сказывается на стабильности результатов при
определении прочности. Следует учитывать также, что
в естественных условиях, в отличие от испытаний в мо-
розильной камере, в течение месяца температура значи-
тельно колеблется. Поэтому для оценки условий тверде-
317
ния бетона показательна не только минимальная темпе-
ратура какого-либо отрезка времени или дня, а средне-
месячная температура и повышение ее при оттепелях.
Таким образом, прочность пропаренного бетона на моро-
зе в естественных условиях, хотя и медленно, растет при
среднемесячных температурах около —5° С и выше.
Рис. 6.29. Дилатометрические кривые пропаренного бетонного образца
/ — при замораживании в насыщенном состоянии; 2 —то же, в сухом состоя-
нии
Ориентировочное нарастание прочности пропаренно-
го бетона в условиях последующего твердения при раз-
личных температурах показано в табл. 6.14. Эти обоб-
щенные данные, полученные в НИИЖБ, могут использо-
ваться при определении минимальных значений отпуск-
ной прочности бетона в различных климатических зонах.
На основе многочисленных опытов на рис. 6.30 при-
веден обобщающий график кинетики набора прочности
бетоном при температурах от 20 до —20° С. При этом
318
Таблица 6.14
ОРИЕНТИРОВОЧНОЕ НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА МАРОК 200-300
НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ ПОСЛЕ ПРОПАРИВАНИЯ
В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ
етона через шловой об- от мароч-	после <и, сут	Прочность бетона		в % от марочной при т		вердении
	S о X м <и S	£ ГС	о X	к S		вре- :о°с
ючность б ч после т< ботки в % Й	о. о <и ° о	жарком в м климате	сухом жа им а ге	теплое вре да	переходны риод	холодное [ года (—1 ниже)
К м р х		о X X	 5	«2	<и п с	Us « s х
	i	60	60	55	50	50
	3	80	70	65	55	50
50	7	95	80	70	60	50
	14	100	80	80	70	50
	28	105	80	100	80	50
	1	75	75	75	75	70
	3	85	85	85	80	70
70	7	105	90	90	80	70
	14	105	95	95	85	70
	28	ПО	100	105	90	70
	1	90	95	90	90	85
	3	100	100	95	95	85
85	7	ПО	105	100	95	85
	14	115	105	105	100	85
	28	120	105	115	100	85
имеется в виду твердение бетона на морозе сразу после
изготовления, т. е. без предварительного выдерживания
при положительных температурах. Как это показано на
рисунке, благодаря пористости заполнителей у легких
бетонов наблюдается некоторое нарастание прочности
при температурах до —15° С.
Интенсивность набора прочности бетоном на морозе
после предварительного выдерживания его при положи-
тельных температурах будет выше, чем показано на
графике.
Графическое изображение дает представление об ин-
тенсивности твердения бетона без добавок при интере-
сующих нас температурах, а главное ниже 0°С. Необхо-
319
димо отметить, что набор прочности бетоном после за-
мораживания вначале происходит интенсивнее, чем это
наблюдается у бетона того же возраста, не подвергав-
шегося замораживанию.
При зимнем бетонировании рекомендуется применять
алитовые высокоалюминатные портландцементы. Вслед-
ствие ускорения гидратации и тепловыделения эти це-
менты обеспечивают быстрое формирование структурной
прочности бетона и наименьшие потери ее при раннем
замораживании.
Рис. 6.30. Кинетика роста прочности свежеизготовленного бетона в
течение 28 сут твердения при температурах от +20 до —20° С (% от
^28 )
1 — тяжелый бетон; 2 — легкий бетон
Опираясь на комплексные экспериментальные иссле-
дования, проведенные с использованием современных
методов и измерительной техники, можно сформулиро-
вать основные положения о твердении цемента и бетона
при температурах ниже 0°С.
Гидратация цемента и твердение бетона на морозе
находятся в прямой зависимости от содержания в них
жидкой фазы, которая в свою очередь зависит от стадии
развития процессов гидратации цемента до замерзания,
размера пор, тонкости помола цемента, значения отрица-
тельной температуры и колебания ее в период выдержи-
вания. Замерзание не только замедляет, но и прерывает
процессы гидратации цемента (частично или полно-
320
стью) и нарушает физическую структуру цементного
камня, особенно сцепление его с заполнителями. Меха-
низм замерзания цементного камня и бетона, разуплот-
нение их происходят по фронту охлаждения снаружи
внутрь элемента.
Увеличение объема переходящей в лед воды, начиная
от свободной в макропорах, затем капиллярной, а при
низких температурах и гелевой, вызывает разрыхление
монолитного конгломерата. Чем раньше происходит за-
мерзание, тем больше потери прочности, увеличение га-
зо- и водопроницаемости и уменьшение морозостойкости.
Расчеты показывают, что в затвердевшем бетоне име-
ется достаточно пор для расширения льда, а поэтому
значительные деформации могут происходить только при
полном водонасыщенип бетона. В необходимых случаях
в плотные бетоны искусственно путем добавления по-
верхностно-активных веществ вовлекается воздух для
образования оптимального количества пор. Иная карти-
на получается при раннем замерзании бетона. Процессы,
протекающие в нем при замерзании и повышении темпе-
ратуры при оттаивании, весьма сложны. Например, н:
формирование структуры вредное влияние может ока-
зать близкая к 0°С температура (при которой происхо-
дит твердение), так как при этом идет медленное образо-
вание крупных кристаллов льда. Особенно сильно это
явление наблюдается на начальной стадии твердения,
когда слабый кристаллический каркас разрушается в
межзерновом пространстве, не уплотненном гелями ги-
дросиликата кальция. Для затвердевшего бетона более
опасными являются низкие температуры, вызывающие
замерзание воды в тонких капиллярах и гелях.
У бетона, подвергавшегося замораживанию, фазовый
состав новообразований не отличается от нормально
твердевшего, потенциальные возможности к последую-
щему развитию процессов гидратации у цемента сохра-
няются. Следовательно, замораживание оказывает влия-
ние на кинетику гидратационных процессов цемента.
Глубина и степень гидратации цемента при последующем
твердении при положительных температурах и достаточ-
ной влажности могут также не отличаться от нормально
твердеющего. В водной среде после замораживания соз-
даются особенно благоприятные условия для углубления
процессов гидратации цемента и набора прочности бе-
тоном, который имел микроструктурные нарушения.
21—23
321
При замораживании бетона или цементного камня в ран-
нем возрасте, когда в них еще содержится мало новооб-
разований (при всех отрицательных температурах), на-
блюдаются нарушения в макроструктуре, затем в порах
и капиллярах радиусом до 1000 и 10 000 А Что касается
структуры геля, то при температурах до —40° С наруше-
ний вообще не наблюдается.
Эти выводы сделаны на основе качественного и коли-
чественного рентгеноанализа, микроскопических, в том
числе электронно-микроскопических, исследований пре-
паратов, ртутной порометрии, а также испытания водо-
и газопроницаемости бетона.
Исследования механизма фазовых превращений воды
и гидратации цемента позволили научно объяснить твер-
дение бетона при отрицательных температурах. Продук-
ты гидратации, которая протекает при отрицательных
температурах, характеризуются повышенными дисперс-
ностью и содержанием адсорбированной воды. В после-
дующем из аморфной массы происходит выкристаллизо-
вывание и уплотнение новообразований. В зависимости
от глубины гидратации цементных зерен, температурных
и влажностных условий, возникающих собственных на-
пряжений бетона со временем наблюдаются спады проч-
ности, а при благоприятных условиях дальнейшее ее уве-
личение. При этом протекают обычные процессы гидра-
тационного твердения с прохождением стадии
растворения минералов и выкристаллизовывания из пе-
ресыщенных растворов гидратных новообразований, с
набором прочности бетоном. Только при низких положи-
тельных и отрицательных температурах они протекают
замедленно, с проявлением некоторой скачкообразности,
переходя критические температурные точки.
При замерзании цементного камня в период бурной
гидратации, что имеет место в пределах достижения 20—
50% от #28 особенно после прогрева, некоторое углубле-
ние процессов гидратации продолжается даже при тем-
пературах ниже —10... —20° С. После образования плот-
ных гелевых оболочек вокруг цементных зерен влага
может проникать внутрь, главным образом, диффузион-
ным путем, в связи с чем замедляется процесс гидрата-
ции. Низкие отрицательные температуры, вызывая
замерзание воды в порах и тонких капиллярах, исклю-
чают и этот источник для продолжения гидратации
цемента, а следовательно, и твердения бетона на морозе.
322
В подобных условиях бетон находится в состоянии ана-
биоза. В зависимости от наружной температуры, состава
и стадии замерзания бетона он имеет в замороженном
состоянии различную прочность.
Для сохранения способности к нормальному набору
прочности и достижению других физико-механических
свойств в последующем при наступлении благоприятных
температурно-влажностных условий бетон в период
пребывания его в замороженном состоянии должен быть
предохранен от потери влаги. Этот вопрос был рассмот-
рен ранее.
В заключение при рассмотрении вопроса о твердении
бетона при отрицательных температурах интересно обра-
титься к некоторым моментам развития бетонирования
в зимних условиях. В начале 30-х годов уже было уста-
новлено, что при температурах ниже 0° С, особенно ха-
рактерных для осенне-весенних условий, происходит до-
статочно интенсивный набор бетоном прочности.
В связи с этим в 1934 г. при подготовке второго изда-
ния «Технических условий на производство строительных
работ в зимнее время» в разделе бетонные и железобе-
тонные работы было сделано примечание, в котором ав-
тором отмечалось, что по данным последних исследова-
ний установлено, что в некоторых случаях бетоны, хотя
и замедленно, но могут твердеть и при отрицательных
температурах.
Однако в то время еще не было достаточных данных,
чтобы нормировать нарастание прочности бетона в замо-
роженном состоянии в технических условиях.
В настоящее время в нормативные документы вклю-
чены указания по учету набора прочности бетонами при
отрицательных температурах. Первые шаги в этом на-
правлении в СССР уже сделаны при установлении от-
пускной прочности бетона в изделиях заводского изго-
товления. В руководстве по бетонированию на морозе
методом «термоса», при расчетах по набору прочности и
длительности выдерживания учитывается твердение бе-
тона при отрицательных температурах. Особенно широко
используется у нас учет набора прочности на морозе при
введении в бетоны различных химических, особенно про-
тивоморозных, добавок, понижающих температуру за-
мерзания жидкой фазы.	‘
21
ГЛАВА 7
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА РОСТ
ПРОЧНОСТИ БЕТОНОВ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ
ТВЕРДЕНИИ
Исследованию влияния раннего замораживания на
свойства бетона посвящены многие работы советских
ученых: И. А. Киреенко, Б. Г. Скрамтаева, В. Н. Сизова,
В. М. Москвина, В. Ф. Утенкова, Б. А. Крылова,
М. М. Капкина, О. С. Ивановой, а также и зарубежных:
О. Графа, Д. Уайлея, А. Коллинза, Т. Пауэрса,- П. Нерен-
ста, Р Валоре, А. Никенена, X. Скофилд и др. В их ра-
ботах обычно устанавливалось влияние замораживания
бетона в раннем возрасте на набор прочности им в после-
дующем при твердении в условиях положительных тем-
ператур. Несмотря на большое количество проведенных
исследований многие вопросы в них не получили долж-
ного освещения. Недостаточно рассмотрены такие важ-
нейшие вопросы, как минералогический и вещественный
состав цементов, вид и пористость заполнителей, продол-
жительность замораживания, значение величины отрица-
тельной температуры, последующее выдерживание бето-
на в различных средах. Все названные и многие другие
исследователи изучали, как правило, потери прочности
бетоном после его раннего замораживания. Однако и в
этом вопросе не сложилось единого мнения о влиянии
возраста или определенной прочности, достигнутой до за-
мораживания, на последующее твердение бетона. Еще
недостаточно полно изучен вопрос о влиянии раннего за-
мораживания на деформативные свойства, морозостой-
кость, водо- и газопроницаемость бетона при последую-
щем твердении.
В СССР хорошо известны исследования о влиянии
раннего замораживания на свойства цементного теста,
раствора и бетона проф. И. А. Киреенко [22, 23]. Им был
проведен еще в 1910 г. первый опыт по выполнению бе-
тонных работ на морозе при строительстве железобетон-
ного балочного моста в г. Тараще. Внезапно наступив-
шие морозы заставили нарушить требования технических
условий, запрещающие производство бетонных работ при
температуре ниже 0°С. На подогретых воде и песке были
выполнены работы по укладке бетона в балки при темпе-
ратуре —6° С. Опалубка была снята лишь в весенний пе-
324
риод, после чего был произведен осмотр и испытание мо-
ста. В 1911 г. был построен второй мост пролетом 12 м и
несколько мелких железобетонных сооружений.
Получив в принципе положительные результаты при
бетонировании на морозе, И. А. Киреенко в дальнейшем
организовал первые исследования у себя на строительст-
ве и в лаборатории Киевского политехнического инсти-
тута.
На первой Всесоюзной конференции по бетону и же-
лезобетону в апреле 1930 г. в Государственном институте
сооружений И. А. Киреенко сделал доклад о влиянии
мороза на бетон. Доклад этот был очень своевременным
и вызвал большой интерес среди участников конферен-
ции. Начиная с 1931 г., им были организованы исследо-
вания по зимнему бетонированию в Киевском филиале
Украинского института сооружений.
К тому времени появились первые публикации о вли-
янии мороза на бетон Д. Уайлея (США), О. Графа (Гер-
мания). Д. Уайлей в 1928 г. осуществил интересный опыт
по замораживанию бетона в возрасте 0, 1, 3, 5, 7 и 10 сут
при температуре —15° С (состав бетона 1:2:3 при водо-
цементном отношении 0,8). Цилиндры замораживались
в распалубленном состоянии в течение 7 сут и испытыва-
лись на прочность после оттаивания в течение 1,5—2 ч в
водяной ванне при температуре 38° С.
На основе проведенных опытов Д. Уайлеем сделан
вывод о так называемом «критическом возрасте» и о тре-
бованиях к выдерживанию бетона до замораживания
(рис. 7.1). В этих опытах бетонная смесь изготовлялась
при высоком значении В/Ц (0,8), а образцы выдержива-
лись в холодильной камере в распалубленном состоянии.
Поэтому замораживание вызвало недобор прочности бе-
тоном до семисуточного возраста. Эти опыты были по-
вторены И. А. Киреенко, В. М. Москвиным и нами. На
протяжении длительного времени вопрос о критическом
возрасте или правильнее о критической прочности бетона
до замораживания является предметом обсуждения.
О. Граф также проводил опыты по замораживанию бе-
тона в раннем возрасте. При этом проверялось воздейст-
вие многократного замораживания на свойства бетона.
Он пришел к выводу, что бетон, подвергаемый неболь-
шому количеству циклов замораживания и оттаивания
без насыщения водой, должен иметь перед первым замо-
раживанием прочность не менее 8 МПа, а при многократ-
325
ном замораживании и оттаивании в воде — не менее
15 МПа. Такой же точки зрения придерживался и
О. Веллми (Швейцария).
В более поздних работах высказываются также раз-
личные точки зрения, которые недостаточно согласуются
с требованиями практики и, как правило, не отвечают
официальным требованиям технических условий.
Рис. 7.1. Влияние отрицательной температуры па прочность бетона
(по Д. Уайлею)
/ — замораживание через 1 сут; 2 — то же, через 3 сут; 3 — через
4 — через 7 сут; 5 — через 10 сут; 6 — без замораживания
X. Скофилд (США) считает, что время предваритель-
ного твердения до замораживания в зависимости от В/Ц
колеблется в пределах от 12 до 60 ч. М. Нис (ФРГ) при
В/Д = 0,6 считает достаточной выдержку бетона до замо-
раживания 12 ч. Величина критической прочности бе-
тона по данным разных исследователей сильно колеблет-
ся (от 2,5 до 15 МПа). В известной степени это можно
объяснить качеством применяемых цементов и заполни-
телей, климатическими условиями различных стран, а
также абстрагированием лабораторных данных от прак-
326
тики. Однако, как отметил П. Неренст в докладе на чет-
вертом Международном конгрессе по химии цемента,
«этот вопрос еще требует дальнейших исследований и по-
ка нельзя сделать окончательных выводов в отношении
времени, когда макроскопическая сегрегация льда будет
предотвращаться прогрессирующим процессом тверде-
ния» [45].
В связи с пересмотром некоторых положений СНиП
Ш-В.1-62 в 1964—1966 гг. нами в лаборатории НИИЖБ
проводились специальные опыты по определению «кри-
тической прочности». Результаты этих опытов приводят-
ся ниже.
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
И РАСТВОРА
ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ
Для определения влияния преждевременного замора-
живания на изменение структуры и нарастание прочно-
сти с течением времени вначале испытывались образцы
из цементного теста и цементного раствора различных
составов. Для этих же целей в цементное тесто и в рас-
творы вводились различные химические и тонкомолотые
добавки. Как показали структурные исследования, в
случаях добавок солей благодаря постепенному замора-
живанию и снижению точки замерзания соляного рас-
твора затворителя образуются более мелкие кристаллы
льда, а следовательно, и нарушение структуры образцов
происходит в меньшей степени. С повышением плотности
образцов, что приводит к уменьшению количества пор,
заполняемых водой, и уменьшением содержания свобод-
ной воды уменьшаются и структурные разрушения.
Чтобы проследить влияние замораживания на проч-
ность цементного камня и раствора, испытание прочности
производилось до и после замораживания образцов. Не-
которые результаты этих работу приведены ниже.
Результаты трех серий опытов по замораживанию об-
разцов из цементного теста приведены в табл. 7.1. При
рассмотрении цементного камня после замораживания в
раннем возрасте можно было видеть образовавшиеся
каналы, которые нарушили его монолитность и в конеч-
ном итоге снизили прочность по сравнению с образцами,
не подвергавшимися замораживанию.
Несомненный интерес представляют результаты про-
327
Таблица 7.1
ПОТЕРИ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦАМИ ИЗ ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА
НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ И ТВЕРДЕНИЯ 28 СУТ
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Условия твердения	1-я серия образцов		2-я серия образцов		3-я серия образцов	
	Прочность через 28 сут, МПа	Потери прочно- сти, %	Прочность через 28 сут, МПа	Потери прочно- сти, %	Прочность через 28 сут, МПа	Потери прочно- сти, %
Нормальное хранение Заморожены сразу после из- готовления	60 41,6	30,7	71,8 49,7	30	60 41,3	30
Заморожены через 4 ч пос- ле изготовле- ния	39,2	34,7			39,2	35
Заморожены через 9 ч после изготовления			55	23,4		
Заморожены через 12 ч пос- ле изготовле- ния	53	20	58	19	52	13
Заморожены через 24 ч пос- ле изготовле- ния	63,1	Нет потерь	64,3	9	60,1	Нет потерь
Заморожены через 72 ч пос- ле изготовле- ния				Нет потерь		
верки данных, опубликованных в 1934 г. И. А. Киреенко.
В этих работах И. А. Киреенко было показано и автором
подтверждено, что при благоприятных условиях раннее
замораживание цементных растворов пластичной консис-
тенции может оказаться не только не вредным, но иногда
и полезным. Прочность пластичного цементного раствора
при сжатии после оттаивания может не снизиться, а, на-
328
оборот, повыситься. Прочность же трамбованных раство-
ров после замораживания, как правило, снижается. По
мере отдаления сроков замораживания растворов потери
их прочности, как и у бетонов, в последующем уменьша-
ются.
В подтверждение сказанного приводятся результаты
опытов с применением замораживания пластичного рас-
твора на портландцементе марки 300. Состав раствора по
объему в зависимости от В/Ц колебался от 1 :2,74 до
I 4,55. Вначале серия образцов в возрасте 2 ч 30 мин
после изготовления подвергалась замораживанию в те-
чение 3 сут при температуре —15... —20° С. После пребы-
вания образцов в холодильнике их помещали на 7 и
28 сут вместе с контрольными образцами в нормальные
условия (при температуре 17° С и влажности воздуха
95%).
После 7 и 28 сут нормального хранения опытные и
контрольные образцы были испытаны на сжатие. Резуль-
таты испытаний прочности раствора приведены па
рис. 7.2.
Во всех случаях прочность раствора, подвергавшегося
замораживанию, получилась выше, чем прочность рас-
твора, хранившегося все время в нормальных условиях.
Наибольшее повышение прочности (до 200%) наблюда-
лось с увеличением водоцементного отношения раствора.
Вторая серия опытов проведена с раствором при
ВЩ = ЪУ%3 на том же портландцементе. Образцы замора-
живались сразу после изготовления, через 6 ч, через 1
и 5 сут. Как видно на рис. 7.3, и в этом случае после нор-
мального хранения образцы, подвергавшиеся заморажи-
ванию вскоре после изготовления, приобрели прочность,
большую, чем контрольные образцы. Образцы, заморо-
женные в возрасте 1 и 5 сут,- после 28-суточного нормаль-
ного твердения показали падение прочности по сравне-
нию с контрольными.
Как показали другие опыты, не все цементы и не все
условия укладки и оттаивания раствора приводят к по-
вышению прочности раствора, замораживаемого вскоре
после его приготовления. Увеличение прочности происхо-
дит реже, чем снижение. Во многом результаты зависят
от воздухововлечения, водосодержания, скорости замора-
живания образцов.
После того как были проведены проверочные опыты
и получены отдельные положительные результаты по за-
329
мораживанию цементных растворов, в 1935 г. мы стали
изучать влияние отрицательных температур на прочность
известково-цементных (смешанных) растворов. Это не-
обходимо было потому, что внедрявшаяся в то время
кладка по способу замораживания производилась чаще
всего на сложных растворах, а вопросы технологии рас-
творов при зимнем бетонировании еще не были теорети-
чески разработаны. Полученные результаты исследова-
Рис. 7.2. Прочность пластично-
го раствора, замороженного
через 2 ч 30 мин после изготов-
ления и твердевшего в нор-
мальных условиях в течение 7
и 28 сут
/ — 7 сут хранения в нормальных
условиях; 2 — 3 сут замораживания,
затем 7 сут хранения в нормаль-
ных условиях; 3 — 28 сут хранения
в нормальных условиях; 4 — 3 сут
замораживания, затем 28 сут хра-
нения в нормальных условиях
Рис. 7.3. Прочность пластично-
го цементного раствора после
3-суточного замораживания в
разном возрасте и последующе-
го хранения в нормальных ус-
ловиях в течение 7 и 28 сут
/ — 7 сут хранения в нормальных
условиях; 2 — 3 сут замораживания,
затем 7 сут хранения в нормальных
условиях; 3 — 3 сут замораживания,
затем 28 сут хранения в нормаль-
ных условиях; 4 — 28 сут хранения
в нормальных условиях
ний дали возможность оценить и подтвердить выдвину-
тый практикой способ замораживания каменной кладки.
Опыты проводились с применением портландцемента
марки 400 Новороссийского завода и шлакопортландце-
мента марки 200 Косогорского завода. Раствор приме-
нялся состава 1:2:10 по объему (цемент известковое
тесто песок или шлак) в трамбованных и в пластичных
образцах. Опытные образцы размером 7X7X7 см в де-
ревянных формах выносили в холодильную камеру при
температуре, изменявшейся в пределах от —14 до—20 °C.
Замораживание раствора начиналось сразу, через 3, 12
330
и 24 ч после изготовления образцов. Для выявления зна-
чения длительности замораживания часть образцов вы-
держивали в холодильнике 3 сут, а часть 28 сут. После
окончания замораживания опытные образцы хранились
7, 28 и 56 сут в нормальных условиях.
На рис. 7.4 показаны результаты испытаний прочно-
сти трамбованного раствора после того, как он подвер-
гался 28-суточному замораживанию.
Рис. 7.4. Нарастание прочности раствора состава 1 2 10 в трамбо-
ванных образцах после 28-суточного пребывания на морозе
/ — нормальные условия хранения; 2 — заморожены сразу после изготовления;
3—заморожены через 3 ч; 4 — то же, через 12 ч; 5 — то же, через 24 ч
Во всех случаях при хранении образцов в нормальных
условиях, после того как они подвергались заморажива-
нию, прочность раствора нарастает достаточно интенсив-
но. При этом лучшие результаты получены при 28-суточ-
ном выдерживании образцов на морозе. После 7- и 28-су-
точного нормального хранения вслед за 28-суточным
замораживанием прочность раствора достигает 100%
прочности его контрольных образцов. Несколько худшие
результаты получились у раствора, вынесенного на мо-
роз через 3 ч после укладки.
331
У легкого раствора нарастание прочности после 3-су-
точного пребывания на морозе интенсивнее, чем после
28-суточного. У трамбованного легкого раствора, подвер-
гавшегося 28-суточному замораживанию, после 28-суточ-
ного последующего нормального хранения потери проч-
ности достигают 19—35% от /?28-
Почти такая же картина наблюдалась и у трамбован-
ного раствора на шлакопортландцементе. Наиболее низ-
кую прочность после замораживания и нормального хра-
нения имел раствор, вынесенный в холодильник сразу
после изготовления. С течением времени прочность трам-
бованного раствора, подвергавшегося раннему-заморажи-
ванию, отстает на 10—20% от прочности раствора, твер-
девшего все время в нормальных условиях. При этом
фактическая марка раствора при замораживании во всех
случаях достигается со временем.
Иная картина получается при замораживании пла-
стичного раствора. Имевшее место трамбование рас-
твора превосходит обжим раствора в шве кладки, поэто-
му условия уплотнения раствора в шве кладки будут
иметь промежуточное значение. На рис. 7.5 приводятся
результаты испытаний прочности пластичного раствора
после замораживания его в течение 3 сут.
Одна серия образцов была приготовлена из раствора
с песком при содержании 17% воды от массы сухой сме-
си и осадке малого конуса 2,5 см, а вторая — из раствора
с котельным шлаком при содержании воды 31,2% и осадке
конуса 2 см. После замораживания прочность раствора
интенсивно повышалась при последующем нормальном
твердении. К 2-месячному возрасту образцы, подвергав-
шиеся замораживанию сразу и через 3 ч после изготов-
ления, приобрели прочность выше контрольных. Более
низкая прочность получилась у образцов, замороженных
через сутки после изготовления. Результаты этих испы-
таний целиком совпадают с теми, которые были изложе-
ны по цементным растворам.
Более длительное пребывание пластичных растворов
на сложном вяжущем при отрицательных температурах
с последующим воздействием на них весенних темпера-
тур не дает существенно отличных результатов. Из испы-
таний выявлено, что замораживать пластичные растворы
выгоднее сразу после изготовления. Это совпадает с про-
изводственными требованиями при работе по методу за-
мораживания кладки.
332
Необходимо отметить, что по абсолютным значениям
прочность трамбованных растворов (несмотря на потерю
прочности, доходящую иногда до 40%) получается не
ниже, чем у пластичных. Проведенные в 1934 г. опыты по
изучению сцепления раствора с кирпичом показали опре-
деленное преимущество пластичных растворов перед
трамбованными. Поэтому в свое время в технических ус-
ловиях способ кладки зимой «под лопатку» (па густом
Рис. 7.5. Нарастание прочности пластичного раствора состава 1:2 10
после З-суточпого пребывания па морозе (заполнителем служит шла-
ковый песок)
1 — заморожены сразу после изготовления; 2 — заморожены через
же, через 12 ч; 4 — через 24 ч; 5 — нормальные условия хранения
растворе) был заменен кладкой «вирисык». Это способ-
ствовало повышению производительности труда камен-
щиков, уменьшению осадки стен и улучшению качества
кладки, возводимой по способу замораживания.
В 1939 г. А. Л. Воловсятский опубликовал данные сво-
их испытаний в ЮжНИИ, в которых утверждал, что на
морозе цементные растворы с малым ВЩ интенсивно
твердеют. В связи с этим автор счел необходимым про-
вести проверочные опыты. С этой целью были изготовле-
ны образцы из раствора состава 1 3 на портландцемен-
те марки 300, при В/Д = 0,25; 0,35; 0,45; 0,55.
В первых трех случаях раствор трамбовался на стан-
дартном копре, а в последнем случае укладка производи-
333
Таблица 7.2
ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРА ПОСЛЕ ПРЕБЫВАНИЯ ЕГО НА МОРОЗЕ
в/ц	Прочность при сжатии, МПа			
	сразу после заморажива- ния	через 1 ч после отта- ивания	через 24 ч После оттаи- вания	через 7 сут нормального хранения
0,25	5,54	Развалились	1,55	7,2
0,35	8,14	0,25	2,24	12,5
0,45	12,8	0,76	—	13,1
0,55	14	0,8	—	11,7
лась с вибрированием. Приготовленные в нормальных ус-
ловиях образцы через 1 ч выносили в холодильную ка-
меру, в которой температура в течение суток колебалась
от —8 до —21° С. В возрасте 7 сут образцы нормального
хранения и образцы, подвергавшиеся замораживанию,
были испытаны на сжатие. Результаты испытаний рас-
твора после пребывания его на морозе в течение 7 сут
представлены в табл. 7.2.
Из данных видно, что раствор при В/Д = 0,25, под-
вергавшийся замораживанию, при полном оттаивании
никакой прочности не имеет. Образцы раствора с боль-
шим содержанием замерзшей воды в течение 1 ч полно-
стью не оттаяли (ядро кубиков при испытании остава-
лось еще замороженным), а поэтому образцы показали
прочность при испытании 0,3—0,8 МПа. Через сутки нор-
мального хранения после 7-суточного замораживания
раствор приобрел уже некоторую прочность. В заморо-
женном состоянии прочность раствора была тем выше,
чем больше было значение водоцементного отношения.
Максимальная прочность в замороженном состоянии до-
стигала 14 МПа. Таким образом, проверка показала, что
имевшие место утверждения были следствием ошибочной
методики испытаний. Раствор явно испытывался в замо-
роженном состоянии, с чем должен был согласиться ав-
тор предложения.
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ
Раннее замораживание бетона вызывает нарушение
сцепления между раствором и зернами крупных заполни-
телей. Как правило, на зимних стройках крупные запол-
334
нители применяют более холодными, чем остальные со-
ставляющие бетон материалы; это способствует обра-
зованию и быстрому замерзанию водной прослойки на
поверхности гравия или щебня. Плохое сцепление круп-
ных и, в особенности, плотных заполнителей с раствором
вследствие образования кристаллов льда при замерзании
пленки воды на их поверхности (главным образом под
низом заполнителей) наблюдается при испытании и
разрушении преждевременно замороженных бетонных
конструкций. Поэтому, несмотря на возобновление
гидратации цемента с наступлением положительных
температур, преждевременно замороженный бетон в
дальнейшем обычно теряет часть своей конечной проч-
ности.
Потери прочности бетона получаются тем больше, чем
раньше он был заморожен. Влияние раннего заморажи-
вания на свойства бетонов изучалось с применением раз-
личных цементов и самых разнообразных условий замо-
раживания и оттаивания. Многочисленные работы были
проведены с участием Е. Е. Дорнбуш и Г Ф. Шталь в
холодильнике в 1934—1938 гг. на бетоне с различными
цементами. Опытные бетонные образцы замораживались
в различном возрасте после изготовления. Вначале опы-
ты проводились с бетоном на портландцементе, позднее
по принятой методике были проведены испытания бетона
на шлакопортландцементе, пуццолановом портландце-
менте и, наконец, на глиноземистом цементе.
Прежде всего был проведен опыт для выяснения во-
проса о величине приращения прочности бетона в процес-
се охлаждения образцов на морозе и при оттаивании их
в лаборатории перед испытанием. Опытными образцами
служили кубы 20X20X20 см, изготовляемые в металли-
ческих формах. Бетон быд принят состава 1 2 3,9 (по
объему) при В/Д = 0,69 и осадке конуса 10 см. Приго-
товленные образцы были выдержаны 1 сут в помещении
при температуре 14° С, затем вынесены в холодильную
камеру с температурой —20° С, где находились в тече-
ние 3 сут. Образцы были испытаны через 1 и 4 сут нор-
мального хранения. Одни образцы испытывали, когда
они охлаждались до температуры 2° С, другие — после
замораживания и оттаивания до 4° С. После окончания
3-суточного замораживания и суточного пребывания в
помещении при температуре 15° С образцы были вновь
испытаны.
335
Рис. 7.6. Нараста-
ние прочности бе-
тона в период за-
мерзания и оттаи-
вания
/—при нормальных
условиях хранения;
2— при заморажива-
нии; 3— температура
в замороженных ку-
биках-
7
/
/
/
/ /
' /
I /
I /
/ /
/ № ,—।   Рис. 7.7 Характе-
-J L ч ристика темпера-
туры замерзания
и оттаивания бе-
тонных образцов
10Х10ХЮ см при
температурах —5,
—10 и —20° С
------------ — за-
мораживание;
-------- оттаивание
336
Как видно из рис. 7.6, за время 3-суточного пребыва-
ния бетона в замороженном состоянии никакого увели-
чения прочности не происходило. Небольшое увеличение
прочности произошло в процессе охлаждения и оттаива-
ния образцов, особенно когда образцы находились в по-
мещении в течение целых суток. В последнем случае
прочность с 0,5 МПа в суточном возрасте увеличилась до
1,3 МПа.
Кинетика замерзания и оттаивания образцов ЮХЮХ
ХЮ см при температурах —5, —10 и —20° С представ-
лена на рис. 7.7 Как видно из графика, понижение тем-
пературы в середине образца до 0° С происходит доволь-
но быстро (за 1—2 ч). При температуре около —1°С на
графике наблюдаются горизонтальные площадки, харак-
теризующие переход жидкой фазы в лед, сопровождаю-
щийся выделением тепла, в связи с чем температура об-
разца некоторое время остается постоянной. При этом,
чем ниже отрицательная температура, при которой про-
исходит замораживание, и чем меньше образец, тем
меньше величина этих площадок.
Время достижения образцом температуры камеры в
нашем случае при —20° С составляло около 7 ч, при
—10° С — около 9 ч, а при —5° С—10 ч. То же самое
можно сказать и о времени его оттаивания. При темпе-
ратурах от —1 до —2° С замерзание образца замедлено
еще больше, чем при •—5° С, благодаря чему у такого
бетона имеется больше возможности для набора проч-
ности [3]
На рис. 7.8 изображены кривые, характеризующие
кинетику охлаждения и оттаивания образцов из легких
бетонов на основе вулканических шлаков. При темпера-
туре —20° С замерзание легкого бетона полностью про-
изошло через 11 ч, в то время как у тяжелого бетона на
известняковом заполнителе (рис. 7.7) через 7 ч.
После проведения предварительных опытов и отра-
ботки методики воздействия отрицательных температур
в 1934—1940 гг. были проведены исследования с бето-
нами на различных цементах. Образцы 20X20X20 см
замораживали в холодильнике при температуре —5,
—10 и —20° С. До замораживания образцы хранились
0, 1, 3, 7 и 10 сут в нормальных условиях. Надо отметить,
что после внесения образцов в холодильные камеры тем-
пература в них повышалась до 0°С, а затем постепенно
опускалась до —5, —10, —20° С.
22—23
337
Результаты испытаний прочности бетона для случаев
замораживания образцов при —5 и —20° С представле-
ны на рис. 7.9 и 7.10. Эти данные получены при испыта-
нии бетонных образцов через сутки после вынесения их
из холодильной камеры. Как видно из рисунков, в обоих
случаях чем раньше бетон подвергался замораживанию,
ток и оттаивании образцов 10ХЮХ10 см из легкого бетона
/ — нормальные условия хранения; 2 — заморожены при /=—5° С; 3— заморо-
жены при f=—20° С; 4— изменение температуры в замороженных кубиках
при 5° С; 5 — то же, при / = —20° С
Рис. 7.9. Влияние замораживания при —5° С в течение 7 сут на даль-
нейшее нарастание прочности бетона на портландцементе
/ — нормальные условия хранения; 2—заморожены через 1 сут; 3 — то же, че-
рез 3 сут; 4 — через 7 сут; 5 — через 10 сут
338
твердении в нормальных условиях. Особенно большое
отставание в нарастании прочности происходит при за-
мораживании в суточном возрасте.
Бетон, замороженный в 7- и 10-суточном возрасте,
в последующем практически набирает прочность, одина-
ковую с нормально твердевшим. Прирост прочности бе-
тона, получаемый после 7- и 28-суточного пребывания
Рис. 7.10. Влияние замораживания при / = —20° С па последующее
нарастание прочности бетона па портландцементе (пунктиром пока-
зано пребывание образцов па морозе в течение 7 п 28 сут)
в замороженном состоянии, следует отнести в основном
за счет медленного охлаждения образцов и за счет по-
следующего оттаивания в течение 24 ч перед испытани-
ем на прессе. После 28-суточного пребывания бетона па
морозе потери прочности были больше, чем после 7-су-
точного. Они достигали 26% после месячного твердения
в нормальных условиях.
На рис. 7.11 приведены результаты опытов по замо-
раживанию бетона на новороссийском портландцементе
марки 400 в естественных условиях. Вынесенные через
4 ч после изготовления на мороз образцы оставались для
дальнейшего твердения в условиях зимних и весенних
температур. Как видно из рисунка, потери прочности бе-
тона, находившегося с начала февраля и в течение всего
лета на воздухе, оказались небольшими. Смесь уклады-
вали также в деревянные формы 20X20X20 см; состав
22*
339
бетона был принят 1 1,8: 3,6 (по объему) при ВЩ —
= 0,65 и осадке конуса 17 см.
В возрасте 180 сут бетон, находившийся все время
снаружи, начиная с февраля месяца, приобрел прочность
выше марочной. Достаточно интенсивный набор прочно-
сти при небольших отрицательных температурах можно
объяснить минералогическим составом портландцемента
(высокоалитовый с повышенным содержанием трехкаль-
циевого алюмината). В ряде случаев подобная картина
Рис. 7.11. Нарастание прочности бетона на портландцементе в есте-
ственных зимних, а затем летних условиях
/—хранение в нормальных условиях; 2—в естественных условиях
наблюдается при замораживании бетонов из весьма по-
движных смесей.
Влияние мороза на прочность бетона на шлакопорт-
ландцементе изучалось на цементе Косогорского завода.
Замораживание образцов производилось при температу-
ре —5 и —20° С состава бетона 1 2,1 3,8 по объему при
осадке конуса 7—10 см. Чтобы создать совершенно оди-
наковые условия для замораживания, бетонные образцы
были приготовлены за 7, 3, 1 и 0 сут до помещения их
в холодильные шкафы. После одновременной загрузки
образцы выдерживались в шкафах при температуре —5
и —20° С в течение 3 и 28 сут. В возрасте 30 сут получе-
на прочность нормально твердевшего бетона, равная
11,6 МПа, а к возрасту 56 дней — 13,6 МПа. В опыте при
средней температуре —20° С в течение 28 сут в холодиль-
ных шкафах температура колебалась в пределах от —12
(в момент загрузки) до —25° С. В первые часы после
340
укладки бетона и пребывания образцов в холодильнике
температура повысилась до 0°, а затем быстро понижа-
лась до заданной. Результаты испытаний по всем сериям
опытных образцов приведены на рис. 7.12, на котором
показано, что кривые роста прочности бетона после его
замораживания находятся ниже кривых роста прочно-
сти нормально твердевшего бетона.
Общая картина роста прочности получилась та же
самая, что и после замораживания при температуре
Рис. 7.12. Влияние за-
мораживания при t =
= —20° С на тверде-
ние бетона па шлако-
портландцементе
1 — твердение на морозе;
2 — то же, в нормальных
условиях; 3—контроль-
ные образцы
—5° С. Чем раньше образцы были заморожены, тем боль-
ше они имели потери прочности. Следует только заме-
тить, что при температуре —20° С нет прироста прочно-
сти за период пребывания образцов па морозе. При тем-
пературе —5° С за 28 сут отмечается явный прирост
прочности бетона на шлакопортландцементе. Поэтому
можно заключить, что некоторое углубление реакции
гидратации цемента происходит на морозе, когда не вся
вода замерзает в капиллярах. Это особенно отмечается
после замораживания бетона не сразу после изготовле-
ния, а через 3 и 7 сут нормального твердения. У их
близнецов был прирост прочности и при температуре
—20° С.
Замораживание бетона при более низкой температуре
не увеличило потерь прочности в последующем. В це-
лом надо сделать вывод, что отрицательные температу-
ры оказывают одинаковое влияние на бетон, приготов-
341
ленный как на портландцементе, так и на шлакопорт-
ландцементе. Все дело в той прочности, которую бетон
приобретает к моменту его замораживания. Неоднократ-
но было замечено, что шлакопортландцементы даже
меньше повреждаются от воздействия низких темпера-
тур. Последнее, очевидно, объясняется малой водоудер-
живающей способностью этого цемента, обеспечиваю-
щей плотную укладку бетона.
Влияние раннего замораживания на твердение бе-
тона на пуццолановом портландцементе было исследо-
вано в такой же мере, как и на шлакопортландцементе в
1934 г. Цемент, доставленный с Брянского завода, имел
марку 250. Бетон применялся состава 1 2 3,9 по объе-
му из подвижной смеси при В/Ц = 0$9 и расходе цемен-
та 270 кг/м3. Опытные образцы размером 20X20X20 см
замораживали при температуре —5 и —20° С в течение
8 и 29 сут. Образцы выносили в холодильные камеры
и шкафы в возрасте 0, 1, 3 и 7 сут после изготовления.
После выдерживания образцами установленных сроков
на морозе их хранили в нормальных условиях и испыты-
вали в возрасте 10, 31 и 56 сут. Бетонные образцы вы-
носили на мороз одновременно (по сериям), для чего
бетонирование производилось за 7, 3, 1 и 0 сут до на-
чала замораживания.
Результаты опытов показали, что бетон на пуццола-
новом портландцементе при замораживании его в све-
жеизготовленном виде при температуре —5° С совершен-
но не твердеет. Замороженный в возрасте 1 сут и выдер-
жанный в холодильнике принятое время, также не дал
прироста прочности. После 23-суточного хранения в нор-
мальных условиях вслед за 8-суточным замораживани-
ем этот бетон набрал до 68% прочности в сравнении с бе-
тоном, твердевшим тот же срок в нормальных условиях.
В бетоне, замороженном в возрасте 3 сут, после выдер-
живания при температуре —5° С в течение 8 и 29 сут
и однодневного выдерживания в нормальных условиях
до испытания прочность увеличилась на 1,8 и 1,6 МПа,
что указывает на некоторое углубление реакции тверде-
ния бетона. Отнести этот прирост за счет однодневного
хранения в нормальных условиях в период оттаивания
образцов полностью нельзя. При замораживании бетона
в возрасте 7 сут прочность явно нарастает за время пре-
бывания при температуре —5° Сив последующем повы-
шается еще в больших размерах.
342
Сравнивая настоящие результаты с результатами ис-
пытания бетона на портландцементе, видим, что отри-
цательные температуры больше отражаются на сниже-
нии прочности бетона на пуццолановом портландцементе.
При температуре —20° С твердение бетона, заморожен-
ного во все сроки, кроме 7 сут, не происходит. При за-
мораживании бетона на всех трех цементах впослед-
ствии имеют место потери прочности. Пуццолановый
портландцемент показал самые большие потери.
С целью установления степени влияния отрицатель-
ных температур на прочность бетона на глиноземистом
цементе в 1936 г. были проведены два опыта по той же
методике при температурах —5 и —20° С. Цемент был
принят Амвросиевского завода, приготовленный по спо-
собу спекания, состав бетона 1 2,5 4 по объему при
с осадкой конуса 9 см. В процессе опытов
в холодильных камерах больших отклонений темпера-
тур не наблюдалось.
Бетон выносили на мороз в возрасте 0,1 и 3 сут. Что-
бы обеспечить одинаковое и одновременное заморажи-
вание, образцы, замораживаемые в возрасте 1 и 3 сут,
приготовлялись заранее. По окончании 3- и 28-суточного
замораживания образцы испытывались после нормаль-
ного хранения в течение I, 28 и 62 сут, т. е. после вы-
держивания в возрасте до 90 сут. Результаты испытаний
по одному из опытов представлены на рис. 7.13.
Результаты получились значительно отличные от тех,
которые наблюдались при аналогичных исследованиях
бетонов на цементах портландских, пуццолановых и
шлакопортландских. Раннее замораживание мало отра-
жается на конечной прочности бетона на глиноземистом
цементе.
Замораживание при —20° С быстрее прерывает твер-
дение и в дальнейшем дает несколько худший результат,
чем при —5° С. В последнем случае бетон приобретает
некоторую прочность до замерзания жидкой фазы. Во
всех случаях к 60 сут прочность бетонных образцов за
некоторыми отклонениями достигает прочности конт-
рольных образцов того же возраста. В опыте при —5° С
при прочности контрольных образцов к 57 сут 23,7 МПа
только образцы, замороженные сразу на срок 28 сут, по-
казали прочность 20,3 МПа, т. е. на 14% меньше конт-
рольных, а в остальных случаях отклонения не превыша-
ли 0,5—0,6 МПа, т. е. находились в пределах точности
343
испытаний. В опыте при / =—20° С к 56 сут, где длитель-
ность замораживания играет меньшую роль, при прочно-
сти нормально твердеющего бетона 25,6 МПа, более низ-
кая прочность получилась также в случае заморажива-
ния сразу на 28 сут — 22,6 МПа, т. е. на 10% ниже
нормальной прочности. Бетон, замороженный в возрасте
1 сут, при испытании после суточного оттаивания имел
прочность 10,8—15 МПа, а замороженный в возрасте
3 сут — равную 19,5—20,3 МПа.
Рис. 7.13. Влияние замораживания при / = —5° С на твердение бето-
на на глиноземистом цементе
/ — прочность на сжатие контрольных образцов; 2 — то же, образцов, хранив-
шихся в нормальных условиях после замораживания; 3—то же, заморожен-
ных образцов
Можно сделать вывод, что отрицательные температу-
ры почти не оказывают вредного влияния на конечную
прочность бетона на глиноземистом цементе, обожжен-
ном во вращающейся печи. Некоторая разница полу-
чилась в опытах 1938 г., когда проводились испытания
глиноземистого плавленого цемента марки 400. Состав
бетона был принят 1 3 : 4,4 (по объему), ВЩ = 0,78, рас-
ход цемента 230 кг/м3. Бетон подвергался заморажива-
нию в возрасте 0,5; 1 и 2 сут. Увеличение времени вы-
держивания образцов до начала замораживания не улуч-
шало результатов. В дальнейшем во всех случаях
344
Таблица 7.3
ВЛИЯНИЕ 5-СУТОЧНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ЗО-СУТОЧНОГО
НОРМАЛЬНОГО ТВЕРДЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
102 103
71	82
Глиноземистый
цемент, 50 МПа
Портландцемент
завода «Красный
Октябрь», 46 МПа
Портландцемент
Краматорского за-
вода, 42,8 МПа
Портландцемент,
марки 300
Пу ццола новый
портландцемент,
196 кг+84 кг тре-
пела (па основе
цемента завода
«Красный Ок-
тябрь»)
70
70
73
60
60
99 104
80	79
88	96
прочность получилась близкой к прочности нормально
твердевших образцов.
В 1939 г. в Центральной лаборатории бетонов строи-
тельства Куйбышевского гидроузла нами было прове-
дено исследование нарастания прочности бетона на раз-
личных цементах после замораживания в раннем возра-
сте. Бетон приготовлялся на шести различных цементах.
Основные данные о цементах и результаты испытаний
приведены в табл. 7.3.
Песок и гравий среднего качества брались из Дмит-
ровского карьера. Опытными образцами служили кубы
20X20X20 см. Бетонная смесь, укладываемая в метал-
лические формы при помощи вибрирования, имела осад-
ку конуса 3—5 см. Все условия опыта и материалы были
совершенно одинаковыми. Бетонные образцы выносили
из камеры нормального хранения в холодильную камеру
в возрасте 0, 1, 2, 3, 5, 7 и 15 сут. В холодильной камере
345
в течение 5 сут средняя температура поддерживалась на
уровне —20° С. После замораживания бетонные образцы
снова вносили в камеру нормального хранения, в кото-
рой поддерживалась температура 18° С при максималь-
ной влажности воздуха.
При обработке результатов 5-суточный срок замора-
живания при исчислении возраста бетона не учитывался.
Рис. 7.14. Влияние замораживания при t = —20° С в раннем возрасте
на последующее твердение бетона на глиноземистом цементе
Контрольные нормально твердевшие образцы испытыва-
ли в возрасте 1, 2, 3, 5, 7 и 15, 30, 180 сут. Образцы, под-
вергавшиеся замораживанию, испытывали по истечении
общего срока нормального хранения 30 и 180 сут.
Таким образом, была получена возможность следить
за твердением бетона после замораживания в течение
полугода. Этот опыт позволяет судить о размерах приро-
ста прочности за аналогичный летний период, после то-
го как бетон был однократно преждевременно заморожен
зимой. Результаты испытаний прочности бетона после
5-суточного замораживания его в раннем возрасте и
30 сут последующего нормального твердения приведены
в табл. 7.4 и по ряду опытов на рис. 7.14—7.20.
На этих рисунках прочность бетона нанесена по аб-
солютным значениям ее в МПа, а конечная — после
30 сут нормального твердения указана в процентах от
346
/?зо- Пунктиром на рисунках показано твердение бетона
в нормальных условиях. Опыты показали, что самый
большой процент потери прочности бетона получается
в тех случаях, когда замораживание начинается вскоре
после его изготовления.
Потери прочности, как правило, получаются тем
меньше, чем позднее бетон подвергся замораживанию.
Рис. 7.15. Влияние замораживания бетона на портландцементе марки
Рис. 7.16. Влияние замораживания бетона на портландцементе в ран-
нем возрасте на последующее твердение
347
Рис. 7.17. Влияние замораживания бетона на пуццолановом порт-
ландцементе в раннем возрасте на последующее твердение
% прочности	МПо
% прочности от R$J80; fyJ8D *51,6 МПа
Рис. 7.18. Прочность бетона на глиноземистом цементе в % от /?озо
и /?б18о после замораживания в раннем возрасте и 180 сут твердения
в нормальных условиях
348
Возраст замораживания бетона
°/о прочности RgJ0 = 31,1 МПа
% прочности Rf18Q ; R$f8Q -36,3 МПа
Рис. 7.19. Прочность бетона на портландцементе активностью
45,9 МПа в % от /?бзо и /?uieo после замораживания в раннем воз-
расте и 180 сут твердения в нормальных условиях
750
Возраст замораживания бетона
*/о прочности от R$Jff ; RfjQ МПа
°/о Прочности от R^ -R^ =3^86 МПа
Рис. 7.20. Прочность бетона на портландцементе активностью
42,8 МПа в % от /?бзо и /?б!во после замораживания в раннем возра-
сте и 180 сут твердения в нормальных условиях
349
Бетон был уложен весьма плотно, к моменту полного за-
мораживания кубов, очевидно, наступило схватывание
цемента.
При замораживании бетона вскоре после изготовле-
ния через месяц последующего твердения потери прочно-
сти составляют от 27 до 47% от /?30. В этом случае в бе-
тоне на глиноземистом цементе имело место снижение
прочности на 30,2%.
После суточного твердения бетон на глиноземистом
цементе в нормальных условиях в дальнейшем приобрел
102% прочности от /?30, а бетон на портландцементах
и разбавленных цементах — от 80 до 99%. По мере уве-
личения возраста до замораживания бетона процент до-
стигаемой прочности при дальнейшем хранении повы-
шается. Замораживание бетона в 3-суточном возрасте
приводит к потере прочности не более 16%. При этом на-
до заметить, что портландцемент показал довольно вы-
сокий процент потери прочности.
Во всех других случаях бетон, замороженный в воз-
расте 3 сут, в дальнейшем после пребывания его в тече-
ние 27 сут в камере нормального хранения потерял от 2
до 10% прочности. Бетон на обычных и смешанных порт-
ландцементах теряет небольшой процент прочности даже
при 5—7-суточном возрасте до замораживания.
В табл. 7.4 приведены результаты испытаний бетона
на шести различных цементах, после того как образцы
были вынесены на мороз сразу, через 1, 2, 3, 5, 7 и 15 сут
после изготовления, а затем после 5-суточного замора-
живания 180 сут хранились в нормальных условиях.
На рис. 7.14—7.20 в виде диаграмм представлена
прочность бетона на четырех цементах в процентах от
7?ЗО и Т?180 после замораживания и нормального тверде-
ния до 180-суточного возраста. Как видно из этих дан-
ных, замораживание бетона привело к потере прочности
против нормально твердевших образцов. Однако с тече-
нием времени прочность при последующем нормальном
хранении бетона значительно возросла.
При замораживании бетона сразу после укладки его
в формы прочность за некоторыми исключениями через
полгода приближается к 100% от /?30, а в ряде случаев
даже и превышает ее. После того как бетон до замора-
живания был выдержан в нормальных условиях более
1 сут, к полугодовому возрасту прочность его получается
не ниже 30-суточной нормального твердения, а ц некотО’
350
Таблица 7.4
ВЛИЯНИЕ 5-СУТОЧНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ И 180-СУТОЧНОГО
ТВЕРДЕНИЯ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
Прочность образцов, % от /?30»
в возрасте, сут
Цемент
сразу
после из-
готовле-
ния
Глиноземистый
цемент, 50 МПа
Портландцемент,
46 МПа
Портландцемент,
42,8 МПа
Портландцемент,
33,3 МПа
Пуццолановын
портландцемент
80
98
101
99
86
108	107	103
98	105	97
101	154
117
136	146
148
141
138
98
141
140
136
97
140
129
139
рых случаях превышает нормальную 30-суточную в
1,5 раза.
Надо отметить, что условия, в которых были прове-
дены эти опыты, несомненно являются более благопри-
ятными, чем при производстве работ на морозе. Имею-
щие место на практике многократное замораживание,
потеря влаги путем испарения и увлажнение во время
оттепели (при осадках), неплотная укладка бетона в
конструкции могут привести к значительно большим по-
терям прочности, чем это имело место в указанных вы-
ше опытах.
На основании приведенных здесь и многих других
данных можно рекомендовать при решении вопроса о
пригодности случайно преждевременно замороженных
конструкций учитывать существенный прирост прочно-
сти бетона с течением длительного времени. Созданием
благоприятных тспловлажностных условий можно зна-
чительно повысить несущую способность таких бетон-
ных и железобетонных конструкций. Для этого срок рас-
палубки и загрузки конструкций должен быть отодви-
нут на несколько месяцев, на весенний или даже летний
период. Опыты, проведенные в 1934—1940 гг. с примене-
нием различных цементов и самых разнообразных усло-
351
вий замораживания бетона, показали, что следует гово-
рить о критической прочности, а не о критическом воз-
расте бетона до замораживания.
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ
НА СЦЕПЛЕНИЕ БЕТОНА С АРМАТУРОЙ
В своих исследованиях мы не ограничились испыта*
ниями только одного бетона. Замораживанию были под-
вергнуты также и образцы из железобетона. Опытными
образцами служили призмы размером 10ХЮХ20 см, в
которые закладывались стержни из круглой стали диа-
метром 19 мм.
Как показали испытания, раннее замораживание же-
лезобетона вызывает резкое понижение сцепления меж-
ду арматурой и бетоном.
Потеря относительной прочности на сцепление ме-
талла с бетоном в тех случаях, когда замораживание
происходит вскоре по окон\2шии укладки бетона и уста-
новки в вертикальное положение стержней, получается
гораздо большей, чем потеря прочности бетона при сжа-
тии. Опытные данные из испытаний бетона на портланд-
цементе и шлакопортландцементе приведены на рис. 7.21
и 7.22.
Как видно из этих рисунков, замораживание железо-
бетона сейчас же после укладки бетона на обоих цемен-
тах в дальнейшем приводит почти к полному наруше-
нию сцепления металла с бетоном. У бетона на порт-
ландцементе при замораживании в возрасте 3 сут, ког-
да уже обеспечено более 30% прочности от /?28, потери
на сцепление впоследствии оказываются не более значи-
тельными, чем у бетона на сжатие. Значительно худшие
результаты получаются у бетона на шлакопортландце-
менте.
Следовательно, замораживание железобетона вскоре
после укладки бетона является более вредным, чем за-
мораживание самого бетона.
Величины потерь прочности бетона при сжатии после
замораживания вскоре после укладки и через 3 сут, а
также при сцеплении металла с бетоном сопоставлены
на приводимых рисунках.
Одновременно с сопоставлением прочности бетона на
сжатие со сцеплением арматуры с бетоном при раннем
замораживании был проведен опыт по определению про-
352
Рис. 7.21. Влияние отрицательных температур на сцепление бетона
со сталью (бетон на портландцементе марки 500, состав по объему
1 2,2 3,7)
/ — прочность при сжатии в нормальн' к условиях твердения; 2— то же, замо-
роженных в 3-суточном возрасте; 3 — то же, замороженных сразу; 4 — проч-
ность па сцепление контрольных образцов; 5 — то же, замороженных в 3-су-
точном возрасте; 6 то же, замороженных сразу
Рис. 7.22. Влияние отрицательных температур на сцепление бетона
со сталью (бетон па шлакопортландцементе, состав по объему
1 2,2 3,7)
/ — прочность на сжатие нормальных образцов; 2 — прочность на сжатие об-
разцов, замороженных в 3-суточном возрасте; 3 — прочность на сжатие образ-
цов, замороженных сразу; 4 — прочность на сцепление нормальных образцов;
5 — прочность на сцепление образцов, замороженных в 3-суточном возрасте;
6 — прочность на сцепление образцов, замороженных сразу
23—23
353
Таблица 7.5
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ
ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ БЕТОНА ПРИ ИЗГИБЕ
(ПРИ /=—20° С)
Время предварительного выдерживания до заморажи- вания, ч	Прочность на растяжение при изгибе балочек размером 10X10X40 см	
	МПа	1	% от /?2в
0	1,75	60
6	2,2	77
12	2,5	86
24	2,5	86
72	2,8	96
28 сут нормального твер-	2,9	100
дения		
Примечание. Образцы выдержаны на морозе 3 сут и после
оттаивания 28 сут в нормальных условиях.
чности бетона в призмах на растяжение при изгибе.
Этот показатель является еще более интересным, чем
прочность на сжатие, по которому представлено очень
много данных.
Как видно из табл. 7.5, недобор прочности вследст-
вие раннего замораживания оказался примерно в тех же
пределах, как и при определении потерь прочности на
сжатие бетонов, замороженных в аналогичных условиях.
Следует только отметить, что этот опыт был проведен
на бетоне с известняковым щебнем. При использовании
таких заполнителей, как гравий и гранитный щебень,
недобор прочности увеличивается.
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ
И ЗАПОЛНИТЕЛЯХ ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОТ — 2 до — 50°С
Ниже приводятся некоторые результаты эксперимен-
тальных исследований, проведенных в НИИЖБ с 1957
до 1975 г.
Для выявления влияния минералогического состава
цементов и прежде всего содержания в них минерала
С3А на нарастание прочности бетона после оттаивания
были проведены опыты на бетонах, приготовленных на
белгородском цементе (С3А=4%), воскресенском
(С3А = 7%) и невьянском (С3А=13°/о). Опыты прово-
354
Таблица 7.6
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ
ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА (ПРИ /=—20° С)
Время предваритель- ного выдерживания, ч	Прочность бетона, замороженного в раннем возрасте и твердевшего в нормальных условиях в течение 28 сут на цементах					
	белгородском		воскресенском		невьянском	
	МПа	| % от Я29	МПа	% от Я2Я	МПА	I % от R2r
0	22,2	70	20	62	29,7	86
3	20,9	66	22,5	70	27,6	80
6	24,1	76	23	72	38	ПО
9	26,9	85	26,2	82	37,7	НО
12	26	82	28	87,5	41,1	120
14	28,6	90	29,8	93	39,8	115
Нормальное хранение	31,7	100	32	100	34,5	100
дились на образцах из бетона состава 1 2:3,7 с ВЩ=
= 0,58. В качестве крупного заполнителя применялся
известняковый щебень фракции 5—10 мм. Образцы за-
мораживали в холодильной камере при температуре
—20° С сразу после приготовления и через 3, 6, 9, 12 и
24 ч предварительной выдержки их при положительной
температуре. Опытные образцы находились на морозе
3 сут, а затем оттаивали и твердели еще 28 сут в камере
нормального хранения вместе с контрольными образ-
цами.
Как показали результаты исследований (табл. 7.6),
бетоны на белгородском и воскресенском цементах име-
ют одинаковые потери прочности при замораживании их
в раннем возрасте: 30—40% при замораживании их до
конца схватывания цемента; около 20%—при замора-
живании через 9 и 12 ч после приготовления и 7—10% —
при замораживании после суточной предварительной вы-
держки. Такие схожие результаты объясняются малым
различием их минералогического состава. Хотя воскре-
сенский цемент и имеет несколько большее количество
в своем составе СзА, но зато содержание минерала
C3S, который является основным носителем прочности п
также определяет твердение бетона при отрицательных
температурах и после его оттаивания, в нем на 8% мень-
ше, чем в белгородском цементе.
Бетон на невьянском цементе, характеризующийся
более быстрым твердением в начальные сроки и имею-
щий через сутки прочность 9 МПа, имел значительные
23’
355
потери прочности (около 20%) при замораживании его
до конца схватывания цемента. При замораживании бе-
тона на этом цементе в возрасте 6 ч и позже прочность
его оказалась одинаковой или выше, чем у образцов
нормального твердения.
Рис. 7.23. Прочность бетона через 28 сут. после оттаивания (в% от
эталонной)
1 — заморожен сразу после приготовления; 2 — то же, через 3 ч после приготов-
ления; 3—через 6 ч; 4 — через 9 ч; 5—через 12 ч; 6—через 24 ч; 7—через
72 ч
Известно, что цементы с повышенным содержанием
СзА характеризуются более ранними сроками схваты-
вания и большей прочностью в начальном периоде твер-
дения. Это и обусловливает меньшие нарушения струк-
туры и потери прочности бетонами на таких цементах в
последующем.
356
Для наглядности результаты испытаний бетона на
белгородском и на невьянском цементах представлены
на рис. 7.23. Как это видно из диаграммы, уже заморо-
женный через 6 ч бетон на невьянском портландцементе
в дальнейшем приобрел прочность на 10% выше ма-
рочной.
Несмотря на неблагоприятные условия для твердения
бетона при отрицательных температурах, а также при
пониженных положительных температурах в осенне-ве-
сенние периоды, строителям приходится пользоваться
цементами такого же качества, как и в летних услови-
ях. Больше того, очень часто быстротвердеющие цемен-
ты используются на заводах сборного железобетона при
тепловой обработке, а такие, как шлакопортландцемепт
и низкомарочные портландцементы приходится приме-
нять при зимнем бетонировании. Такие цементы постав-
ляются и в отдаленные районы Севера и Дальнего Вос-
тока. Это ведет к удорожанию производства работ и за-
держивает ввод сооружений в эксплуатацию. Поэтому
автором неоднократно, начиная с 30-х годов, ставится
вопрос о выпуске специальных цементов для тепловой
обработки и безобогревных методов зимнего бетониро-
вания.
В НИИЖБ разработаны технические условия па це-
менты, которые целесообразно поставлять заводам сбор-
ного железобетона. Такие цементы должны обеспечи-
вать быстрый набор прочности бетоном при тепловой
обработке и последующем твердении. Эти цементы мо-
гут также успешно использоваться при электро- или па-
ропрогреве во время зимнего бетонирования монолит-
ных конструкций. К ним предъявляются требования по
скорости набора прочности бетоном при тепловой обра-
ботке. Цементные заводы могут удовлетворить эти тре-
бования применением соответствующих минералогиче-
ских составов клинкера, введением добавок и повышен-
ной тонкостью помола.
Если в заводских условиях, как правило, желательно
иметь высокоалитовый и умеренно алюминатный порт-
ландцемент, то при бетонировании на морозе безобо-
гревными методами высокоалюминатпым цементам сле-
дует отдавать предпочтение.
Тонкость помола цемента должна быть повышенной,
но в пределах до 4000 см2/г. Более высокая тонкость по-
мола цемента, хотя и приводит к ускорению твердения
357
бетона, однако увеличивает усадку и снижает трещино-
стойкость конструкций. Производство и распределение
цементов в строительстве следует осуществлять с учетом
использования их не только в определенных сооружени-
ях, но и в зависимости от условий твердения бетона.
С целью выявления роли, вида и плотности заполни-
телей при замораживании бетона в раннем возрасте
был проведен ряд опытов. Ниже приведены результаты
испытания бетона на следующих заполнителях: извест-
няковом, гранитном и кирпичном щебне, керамзитовом
гравии и шлаковой пемзе.
Для сопоставимости результатов было принято по-
стоянное фактическое водоцементное отношение, равное
0,65. При этом потребовалось учитывать количество по-
глощенной воды крупными заполнителями в течение
30 мин. Смесь изготовлялась с осадкой конуса 1—2 см.
Бетонные образцы размером ЮХЮХЮ см в металли-
ческих формах выносили на мороз при t=—5 и —20° С.
Анализируя полученные данные (табл. 7.7), можно
отметить, что при использовании пористых заполните-
лей прочность бетона в нормальных условиях на 30—
40% ниже, чем на плотных. У бетона на шлаковой пемзе
более высокие показатели прочности, чем на других по-
ристых заполнителях. Через 28 сут нормального хране-
ния после замораживания потери прочности у бетонов
как на пористых, так и на плотных заполнителях при-
мерно одинаковы. Объясняется это тем, что В/Ц было
принято одинаковым и заполнители применялись в водо-
насыщенном состоянии. При температуре —5° С потери
прочности у бетона на известняковом щебне и шлаковой
пемзе были больше, чем при температуре заморажива-
ния —20° С. Использование пористых заполнителей без
насыщения перед замесом обеспечивает более высокие
показатели прочности, морозостойкости и других свойств.
Бетон на керамзитовом гравии, имеющем из взятых
заполнителей самое большое водопоглощение (19,1%),
показал в воздушно-сухих условиях самые плохие ре-
зультаты (22% потери прочности), а на шлаковой пемзе
с водопоглощением 6% потерял всего 10%. Это сви-
детельствует о том, что более плотные легкие запол-
нители с небольшой пористостью и водопоглощением
можно применять наравне с плотными при раннем за-
мораживании бетонов. При этом в воздушно-сухих усло-
виях после замораживания можно получить прочность,
358
Таблица 7.7
ВЛИЯНИЕ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА, ПОДВЕРГАВШЕГОСЯ ЗАМОРАЖИВАНИЮ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ И ХРАНИВШЕГОСЯ ЗАТЕМ 28 СУТ В ВОЗДУШНО-СУХИХ УСЛОВИЯХ						
Заполнитель	Прочность бетона, замороженного				Хранение 28 сут в условиях	
	сразу после изго- товления	в период схваты- вания, спустя 9 ч 35 мин	спустя 1 сут нормального хранения	спустя 1 сут воз- душно-сухого хранения	нормальных	воздушно- сухих
Известняковый щебень Гранитный ще- бень Керамзитовый гравий Шлаковая пемза Кирпичный ще- бень Примечани чертой — в % от	29	29,5	36,4	30,5	36	33,5 32,3 26,5 29 27,1 Па, под
	80 29,4 77 22 78 26,7 90 22,4 83 е. Над 28'	82 32,2 85 22,2 78 26,8 90 23,3 86 чертой	101 33,2 88 23,8 84 26,5 89 23,8 83 указана	85 31,7 84 22,6 80 25,6 86 24,8 92 прочное	100 38 100 28,4 100 29,8 100 27 100 :ть в М	
мало отличающуюся от бетонов на плотном заполните-
ле (29 МПа на известняковом щебне и 26,7 МПа на шла-
ковой пемзе).
Касаясь выдержки до замораживания в течение су-
ток, можно отметить, что она не играет большой роли
ле (29 МПа на извесковом щебне и 26,7 МПа на шла-
как при плотных, так и при пористых заполнителях.
Однако следует все же отметить ряд особенностей. Во-
первых, во всех случаях (кроме одного) при последую-
щем хранении при положительных температурах более
эффективна выдержка в воздушно-сухих условиях.
В нормальных условиях особенно эффективна суточная
выдержка для бетонов на известняковом щебне (101%)
и гранитном щебне (88%).
359
УСТАНОВЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ,
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
И ОТ СОСТАВА БЕТОНА
Чтобы обоснованно установить ту прочность, после
достижения которой бетон, замороженный в раннем
возрасте, в дальнейшем с наступлением теплой погоды
способен приобрести заданную проектом марку, было
проведено большое количество экспериментов. Требова-
лось проверить, какое влияние оказывают такие факто-
ры, как значение и продолжительность воздействия от-
рицательной температуры, водоцементное отношение,
водосодержание и продолжительность последующего
твердения бетона при положительной температуре.
В проведении экспериментов в лаборатории методов
ускорения твердения бетона НИИЖБ принимали участие
О. С. Иванова и Е. Г Глазырина.
Рассмотрим вначале результаты опыта с бетоном со-
става 1 :3,3 4,5 при В/Д=0,72. Бетонная смесь изготов-
лялась на портландцементе Новороссийского завода
марка 500, с осадкой конуса 1—3 см. В качестве крупно-
го заполнителя в этом и в других опытах применялся
известняковый щебень. Бетонные образцы размером
ЮХЮХЮ см замораживали при температуре —20 и
—50° С в течение 1, 7, 28 и 90 сут. Оттаивание и последу-
ющее твердение образцов производилось в камере нор-
мального хранения. Часть из них испытывалась на сжа-
тие после 5—6 ч оттаивания.
Второй опыт был проведен с бетоном состава 1 1,9
2,8 при В/Д=0,47 Все остальные параметры те же,
что и в первом опыте. Результаты испытаний бетона
после выдерживания по заданным режимам приведены
в табл. 7.8 и 7.9.
Результаты данных опытов сопоставили с полученны-
ми ранее результатами по замораживанию бетона на
яшкинском портландцементе марки 400 при температу-
рах —10, —20 и —50° С в Новокузнецке.
Прежде всего, следует сделать вывод о том, что суще-
ственной разницы между замороженными образцами при
температурах —20 и —50° С не выявлено. Имеют место
обычные колебания в полученных результатах в ту и
другую сторону. Поэтому следует рассматривать отдель-
ные положения, связанные со скоростью замерзания и
360
Таблица 7.8
ВЛИЯНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ
И ВЕЛИЧИНЫ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
НА ТВЕРДЕНИЕ ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ
Возраст до замо- раживания, ч		Прочность бето- на до заморажи- вания	Прочность бетона после замораживания и нормального твердения в возрасте, сут			
			сразу после оттаива- ния		28	90
	Тем	пература	заморажш	зания —20	°C	
п				22,6	23,6	30,8
и				65	68	88
с		0,17	0,95	26,2	23,4	32,2
о		0,5	2,7	75	67	92
24		10,6	13,9	32,8	37,6	37,9
		31	40	94	108	109
48		19,3	20,7	26,2	37	43,5
		55	60	75	106	125
70		23,6	24,6		36,2	
1 L		68	71		104	
	Тем	пература 	заморажив	1ания —50	°C	
0				25,1	30,9	35,5
				72	89	102
6		0,18	0,6	24,1	27,2	29,9
		0,5	0,18	69	78	86
24		11,2	14,7	30,6	35,4	35,8
		32	42	88	102	103
Примечали в МПа, под чертой - 2. Марка бетон;		я. 1. На, — В % ОТ . а нормалы	ц, чертой #28- loro тверд	указана ения 34,8 j	прочност! МПа.	ь бетона
361
Таблица 7.9
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ
ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПОСЛЕ
ЗАМОРАЖИВАНИЯ И НОРМАЛЬНОГО ТВЕРДЕНИЯ
Время до замора- живания	Прочность бетона* до заморажива- ния	Прочность бетона* при длительном замораживании, сут			
		сразу после оттаивания		28	90
Температура замораживания —20° С					
п			14,4	18,6	
и			~60'	78	
а ч	о,1	0,24	13,5	19,7	20,7
о ч	0,4	1	57	83	87
19 и	0,5	0,52		20,3	20,4
1Z Ч	20	2,2		85	86
	3,4	4,8	12,7	22,6	20,8
Ч	14	21	53	95	88
48 ч	8,3	9,3	13,3	21,7	20,2
	35	39	56	91	85
79 и	10,2	9,9	13,6	24	27,2
/ Z ч	43	42	57	101	114
	14,5	15,9	18,5	22,2	23,2
7 сут	61	67	78	93	97
	Температу]	ра заморажиЕ	гания —50	°C	
п	п		4,6	19,8	20
и	и		19	81	82
1 сут	3,5	6	10,6	18,4	21,8
	14,4	25	43	75	90
2 сут	6,5	7,3	12,2	20	22,7
	27	30	50	82	94
	11,65	12,8	14,9	19,3	23,8
3 сут	48	52	61	79	98
4 сут	14	15,5	17,2	21	23,9
	58	64	70	86	98
* Над чертой указана прочность бетона			в МПа, под чертой —		В % ОТ /?28.
362
оттаивания бетона, с фазовыми изменениями воды и
возможной гидратацией цемента при замерзании на раз-
личной стадии твердения.
Раннее замерзание одинаково вредно как при замер-
зании бетона при —20° С, так и при —50° С. Как было
уже показано выше, замерзание на самой начальной ста-
дии твердения вредно при всех отрицательных темпера-
турах. В данных опытах после достижения бетоном
прочности 30—40% от /?28 замерзание существенных на-
рушений в структуре и в наборе им прочности при даль-
нейшем твердении не показало. Этот основной вывод был
использован при уточнении главы СНиП Ш-В.1-70 по
зимнему бетонированию.
Сходимость полученных результатов объясняется
тем, что фазовое состояние воды практически было оди-
наковым при той и другой температуре. На определен-
ном уровне набора прочности скорость замерзания бе-
тона существенно не отражалась на его качестве.
Основные фазовые превращения воды происходят во
время начала замерзания бетона, при понижении тем-
пературы в нем до —3°С. Различные нарушения струк-
туры бетона при замораживании при —20 и —50° С в
данном случае могли быть только из-за разной скорости
замерзания.
При более низких отрицательных температурах вода
не успевает перераспределиться: мигрировать из более
теплых слоев бетона к холодным, насытить их и обра-
зовать водные, а затем и ледяные включения и лин-
зы. Это обычно наблюдается при замерзании бетона
в самом раннем возрасте. Как это было показано в гла-
ве 6, отрицательные температуры, близкие к 0° С, оказы-
вают зачастую более вредное влияние.
Ниже приводятся результаты аналогичного опыта,
но с бетоном более низкой марки, т. е. состава с
ад=о,72.
Потери прочности при самом раннем заморажива-
нии бетона при —50° С составляли 11 и 18%, а при
—20° С достигали 22—32%. Почти во всех случаях до-
стижение бетоном прочности 30—40% от марочной или
8—10 МПа оказывалось достаточным для восприятия
растягивающих усилий, возникающих при замерзании
бетона, и потери прочности в нем не превышали 10%.
Замораживание бетона в более раннем возрасте вызы-
вает потери прочности до 40% от /?28.
363
Рис. 7.24. Влияние температуры замораживания и прочности до за-
мерзания на характер нарастания ее после оттаивания в бетоне
марки 300
Температура замораживания: a — t=—5° С; б— /=—20° С; в— /=—50° С:
/—заморожены сразу после приготовления; 2 — то же, при прочности 15—17%
от /?2«; 3 — при прочности 28—35% от Я28; 4—нормальные условия хранения
364
Т а б JT и ц а 7.1ХГ
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА,
ЗАМОРОЖЕННОГО СРАЗУ ПОСЛЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
И ТВЕРДЕВШЕГО ПОСЛЕ ОТТАИВАНИЯ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
В ТЕЧЕНИЕ 28 СУТ
Температура замораживания, °C	Прочность бетона при сжатии на			
	белгородском цементе и известняковом щебне		воскресенском цементе и гранитном щебне	
	МПа	% ОТ	МПа	% от fl2s
—20	27,9	77	16,9	82
— 10	26,9	75	16,4	80
—5	23,3	62	12,9	62
—2	20,1	56	—	—
Нормальное	35,9	100	20,6	100
твердение				
На рис. 7.24 приведены результаты исследований
влияния температуры замораживания при —5, —20 и
—50° С на набор прочности бетоном при последующем
твердении в нормальных условиях до 180-суточного воз-
раста. В данном опыте замерзание бетона после изготов-
ления и в суточном возрасте оказалось самым неблаго-
приятным при —20° С.
В работе [3] замораживание бетона на двух цемен-
тах производилось сразу после приготовления при тем-
пературах —2, —5, —10 и —20° С (табл. 7.10). Наиболь-
шие потери прочности (44%) получены при заморажи-
вании образцов при температуре —2° С, затем при
—5° С (38%) и меньшие при —10 и —20° С (20—25%)
Причины больших потерь при более высоких отрицатель-
ных температурах заключаются в более медленном осты-
вании этих образцов и возможности миграции влаги,
создающей лучшие условия для образования макро-
включений льда, сильно ухудшающих структуру бетона
и приводящих к значительным потерям прочности в по-
следующем.
Особо следует отметить влияние на бетон заморажи-
вания при —2° С. При температурах от 0 до —2° С вода
в бетоне некоторое время может находиться в незамерз-
шем состоянии, но стоит понизить температуру еще хотя
бы на несколько десятых градуса ниже —2° С, как она
тотчас же замерзает. В холодильной камере с t = —2° С
365
имело место некоторое колебание температуры как в
сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Поэ-
тому при замораживании бетона при —2° С мы часто
получали значительно больший недобор прочности, чем
при —20° С.
Необходимо отметить, что на разных этапах замер-
зания бетона (по его возрасту и прочности) наиболее
существенное влияние на прочность бетона оказывали
различные технологические факторы.
При замораживании бетона в раннем возрасте наи-
большее значение имеет его водосодержание. При водо-
содержании более 180 кг/м3 потери прочности в 28-су-
точном возрасте были, как правило, наибольшими. Во-
доцементное отношение при раннем замораживании бе-
тона не играет значительной роли (при одном и том же
водосодержании).
Так, например, для бетонов с водосодержанием
180 кг/м3 при В/Д=0,47 потеря прочности после замора-
живания в раннем возрасте при —20° С составила 32%,
а при В/Д=0,72—22% от /?28- В то же время для бето-
нов с В/Ц=0,72 и осадкой конуса 1—2 см потери проч-
ности при расходе воды В = 200 л/м3 доходили до 40%
(при 180 л/м3—22%), а при 150 л/м3 они составили все-
го 17% от /?28- При замораживании бетона при —50° С
с В/Д=0,47 с расходом воды 155 л/м3 потери прочности
также не превышали 18%.
Уменьшая водосодержание бетона, мы тем самым
ограничиваем количество образования льда, благодаря
чему уменьшаются деструктивные процессы в бетоне при
замерзании и поэтому получаются меньшие потери проч-
ности в 28-суточном возрасте. Предварительное выдержи-
вание бетона в течение 6 ч, т. е. до достижения прочно-
сти порядка 0,2—0,3 МПа, мало изменяет положение.
Этого недостаточно для восприятия растягивающих уси-
лий, а деформации и структурные нарушения возникают
большие.
При замерзании бетонов с начальной прочностью по-
рядка 15% и выше (от /?28) важным фактором является
водоцементное отношение, так как оно весьма сильно
влияет на интенсивность образования геля, особенно в
первоначальный период твердения бетона. До критиче-
ской прочности происходит интенсивное накопление геля
и пористость бетона меняется качественно: капилляр-
ная— особенно опасная при замораживании — значи-
366
тельно уменьшается, а гелевая в такой же степени
возрастает. Увеличение в бетоне цемента значительно ус-
коряет эти процессы, вода из свободной переходит в хи-
мически и физически связанную либо частично замерза-
ет [19, 32].
Начальное водосодержание бетона (расход воды до
180 л/м3) существенного влияния на снижение прочности
при замораживании не оказывает, если бетон к моменту
замерзания набрал более 30% от /?28. Однако при высо-
ком водоцементном отношении начальное водосодержа-
ние бетона сильно влияет на темпы нарастания прочно-
сти до замораживания. Так, например, при В/Д=0,72 и
В=150 л/м3 бетон набрал за 24 ч 30% прочности от
/?2в, а при В/Д=0,72 и В=180 и 200 л/м3 — только за
48 ч.
Описанные выше опыты проводились на бетонах с
одинаковой консистенцией смеси. Чтобы выявить влия-
ние только количества воды, нами была изготовлена
партия бетонов с постоянным расходом цемента 330 кг/м3
при равном водоцементном отношении и, следовательно,
с разной консистенцией бетонной смеси. Водоцементное
отношение было принято: 0,45; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8, расход
воды и консистенция соответственно были—150 л/м3 и
90—120 с; 160 л/м3 и 50—60 с; 198 л/м3 и 15—20 с
(О./С = 3 см); 232 л/м3 — осадка конуса 15 см;
264 л/м3 — смесь растекалась, несмотря на весьма значи-
тельную часть песка в ней (г=0,45).
Расход воды при одном и том же содержании цемен-
та оказывает очень большое влияние как на нарастание
прочности бетона до замораживания, так и на потери
прочности бетона после замерзания.
Бетоны с наименьшим расходом воды из наиболее
жестких смесей, даже при замораживании их после при-
готовления, имеют потери прочности до 11%. По мере
увеличения водосодержания потери прочности после за-
мораживания возрастают и доходят до 40% от /?28.
Для того чтобы сделать более точные и обоснованные
выводы о величине критической прочности, было решено
определить влияние длительности замораживания на
бетон разной прочности при температурах —20, —50° С,
а также влияние цикличного замораживания на эти же
бетоны [19].
Влияние длительности замораживания О. С. Ивано-
вой определялось на бетонах тех же самых составов, из-
367
готовленных на тех же цементах и заполнителях, что и
в первых двух опытах. Образцы 10ХЮХЮ см замора-
живались в холодильных камерах при температуре —20
и —50° С в течение 7, 28 и 90 сут. Затем их испытывали
сразу после оттаивания и через 28 сут твердения. Дан-
ные по влиянию длительности замораживания на проч-
ность бетона приведены в табл. 7.11 и 7.12.
Как видно из данных этих таблиц, длительное выдер-
живание бетона на морозе в ряде случаев привело к по-
вышению прочности. Обращает внимание повышение
прочности после того, как бетон был вынесен на мороз в
одно- и двухсуточном возрасте. По-видимому; некоторое
углубление гидратации происходит на этой стадии твер-
дения.
Для изучения длительности замораживания на пропа-
ренный бетон были изготовлены образцы 10ХЮХ10 см
из бетона состава 1 1,9: 2,8 с В/Ц=0,48 и расходом це-
мента 390 кг/м3, т. е. тот же состав бетона на новороссий-
ском цементе марки 500, а также партия образцов на
яшкинском цементе.
Образцы из новороссийского цемента пропаривались
по режиму 24-3+2 ч и по режиму 24-04-2 ч с предвари-
тельным выдерживанием до прогрева 2 ч. В первом слу-
чае прочность до замораживания на следующий день
после изготовления и пропарки составила 31,5 МПа, или
85% от контрольной, и во второй партии — 24,1 МПа, или
65% от контрольной. С такой прочностью образцы были
помещены в холодильную камеру с температурой —20° С.
Прочность образцов после суточного пребывания на
морозе увеличилась в обоих партиях на 14—19%. Одна-
ко более длительное пребывание образцов на морозе ока-
зало на них различное воздействие. Прочность образцов
первой партии с начальной прочностью 31,5 МПа после
90-суточного замораживания продолжала увеличивать-
ся и в 28-суточном возрасте нормального твердения со-
ставила 141% прочности контрольных образцов. Проч-
ность образцов второй партии с прочностью 65% от
7?28 по мере увеличения срока их пребывания при —20° С
постепенно уменьшалась и после 90-суточного замора-
живания понизилась по сравнению с 1-суточным замо-
раживанием почти на 20%. То же повторилось при дли-
тельном замораживании пропаренных образцов при
—50° С, изготовленных на яшкинском цементе в Ново-
кузнецком филиале УралНИИЖБ.
368
24—23	369
Таблица 7.11
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА ПРИ -20° С
НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
(СОСТАВ БЕТОНА 1:1,9 : 2,8 В/Д=0,48, В = 186 л/м3, &>в=34,6 МПа)
Возраст бетона до заморажива- ния, сут	Прочность* бето- на до заморажи- вания	Прочность бетона* при длительности замораживания, сут					
		7		28		90	
		сразу после оттаивания	28 сут нормального твердения	сразу после оттаивания	28 сут нормального твердения	сразу после оттаивания	28 сут нормального твердения
1	5,1	8,7	33,8	11,7	31,4	14,2	32,4
1	15	25	98	34	91	41	94
2	14,6	18,3	34,2	17,8	34,8	20,4	27,5
	42	53	99	52	100	59	80
3	20,5	22,2	39,8	25	33,5	22,5	32,3
	60	64	115	72	97	65	93
7	25,3	29,4	38	23,3	32,4	24,2	32,2
	73	85	ПО	67	94	70	93
28	34,6	36,5		33,2		29,5	
	100	105		96		85	
* Над чертой указана прочность бетона в МПа, под
чертой — в % ОТ 7?28.
370
Таблица 7.12
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БЕТОНА ПРИ -50° С
НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
(СОСТАВ БЕТОНА 1 1,9 : 2,8, В/Ц-0,48, В-186 л/м\ /?28-34,6 МПа)
Выдержка бетона до заморажива- ния, сут	Прочность* бето- на до заморажи- вания	Прочность бетона* при длительности замораживания, сут							
		7				28			
		сразу после оттаивания	нормальные условия хранения, сут			сразу после оттаива- ния	нормальные условия твердения, сут		
			1 1 7		|	28		1	7	28
0	0	0	6,7	16,7	16,4				
			31	77	76				
1	3,9	6,6	11,5	20,5	24	8,1	11,7	19,1	22,6
	18	30	53	94	НО	37	54	88	104
2	6,8	7	9,4	16,7	21,6	11,8	14,7	20,3	24,1
	31	32	43	77	100	54	68	94	ПО
Q	10,5	12,4	13,8	20,8	21,3	12,9	14,6	21,2	25,2
0	49	57	64	96	98	59	68	98	116
4	15	15,8	19,5	22	22,2	15	17,2	22,6	20,3
	69	73	90	102	102	69	79	104	92
Над чертой указана прочность бетона в МПа, под чертой — в % от 7?28-
Таблица 7.13
ВЛИЯНИЕ ДОСТИГАЕМОЙ ПРОЧНОСТИ ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ
НА ПОСЛЕДУЮЩЕЕ НАРАСТАНИЕ ЕЕ БЕТОНАМИ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК
ПРИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Время выдерживания до замораживания, сут	Прочность бетона в зависимости от марки бетона					
	100	1 150	200	|	300	400	500
	100	96	87	85	83	80
0	0	0	0	0	0	0
	84	85	86	89	90	91
	17	18	20	24	26	27
о	87	88	90	92	95	96
2	32	33	35	37	44	46
Q	90	91	95	97	98	98
<3	45	46	48	52	55	57
с	100	105	99	97	100	99
□	55	58	60	69	71	73
7	99	100	105	100	99	100
	67	65	70	80	84	85
28 (контрольные)	100	100	100	100	100	100
Примечание. Над чертой указана прочность бетона после
3-суточного замораживания при / =—15° С и дальнейшего 28-суточ-
ного твердения при положительной температуре (в нормальных ус-
ловиях), под чертой — прочность бетона до замораживания в %.
Приведем результаты опыта по определению влияния
предварительной выдержки до замораживания на проч-
ность, достигаемую бетоном впоследствии при положи-
тельной температуре на бетонах марок 100, 200, 300, 400
и 500. В этом случае бетоны готовились на двух порт-
ландцементах — Белгородского и Ново-Здолбуновского
заводов марки 500, подвижность смеси была одинаковой,
равной 3—4 см; водоцементное отношение и расход це-
мента изменялись.
Образцы-кубы размером 10ХЮХЮ см заморажива-
ли в холодильной камере при температуре —15° С в те-
чение трех суток. Предварительное выдерживание и
дальнейшее твердение после замораживания осуществ-
лялось в камере нормального хранения (/=20° и W=
24*
371
= 90—100%). Контрольные образцы 28 сут твердели в
нормальных условиях.
В табл. 7.13 представлены средние данные по бе-
тонам различных марок. Из полученных данных видно,
что прочность 95—100% достигается бетоном марок
100—150 при 5-суточном предварительном выдержива-
нии, т. е. при прочности около 50% от /?28. Бетон марок
200—300 приобретает эту прочность за трое суток, имея
при этом прочность до замораживания около 40%. Бе-
тоны с более высокой прочностью — марок 400 и 500—
уже после 2-суточного выдерживания практически не
имеют потерь прочности в последующем.
В таблице приведены данные о прочности бетона в
процентах как выдержанного до замораживания, так и
при последующем его твердении в нормальных услови-
ях. Указанные марки бетона были получены, как прави-
ло, с некоторым превышением. Результаты этого заклю-
чительного опыта были использованы вместе с другими
опытными данными для установления так называемой
«критической прочности».
ВЛИЯНИЕ РАННЕГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ
НА СВОЙСТВА ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
В связи со строительством более крупных промыш-
ленных зданий и сооружений требования к облегчению
железобетонных конструкций возрастают. Намечается
строительство промышленных зданий с большими про-
летами. Применение типовых железобетонных конст-
рукций на 20% экономичнее металлических, к тому же
они являются значительно более огнестойкими. Из мо-
нолитного железобетона можно возводить конструкции
наиболее оптимальных и разнообразных форм и разме-
ров. Поэтому все больше привлекается внимания к кон-
струкциям из легких бетонов. Применение легких бето-
нов дает возможность облегчить вес зданий до 30%.
Для промышленных зданий крупных предприятий с гиб-
кой технологической схемой счень выгодно из легкого
бетона выполнять такие конструкции, как фермы, балки,
оболочки и т. п. Применение их в монолитном железо-
бетоне непрерывно возрастает.
В нашей стране легкие бетоны наибольшее распро-
странение получили в индустриальном сборном строи-
тельстве и особенно в ограждающих конструкциях.
372
В 1973 г. всего в строительстве было применено арми-
рованных и неармированных конструкций и изделий из
легких бетонов 20 млн. м3. В будущем применение лег-
ких бетонов будет возрастать значительно быстрее, чем
тяжелых.
В девятой пятилетке в СССР работает более
300 предприятий легкобетонных изделий и конструк-
ций, расположенных в различных районах страны. Ис-
кусственные пористые заполнители производятся на
250 заводах, изготовляющих около 20 млн. м3 гравия,
щебня, песка. Большие залежи естественных пористых
пород имеются на Кавказе, Дальнем Востоке, Кольском
полуострове.
Намечается развитие производства керамзита, золь-
ного гравия, шунгизита, аглопорита, перлита, шлаковой
пемзы и др. Легкие бетоны в будущем займут одно из
первых мест в строительстве.
В связи с изложенным понятен интерес к изучению
свойств легких бетонов, подвергаемых замораживанию
в различном возрасте. Легкий пористый заполнитель
имеет ряд особенностей по сравнению с плотным, поэто-
му его роль при замораживании является несколько
иной.
К числу особенностей пористого заполнителя отно-
сится его большая прочность сцепления с цементным
раствором, чем у плотных пород. Это объясняется тем,
что при использовании пористого заполнителя взаимо-
действие его с вяжущим усиливается благодаря высоко-
развитой поверхности контакта и повышенной адгезион-
ной способности.
Другой особенностью пористого заполнителя являет-
ся его адсорбционная способность, поэтому формирова-
ние структуры контактного слоя происходит в условиях
миграции через него жидкой фазы за счет существова-
ния по обе его стороны градиентов влажности и концен-
трации. Движение жидкой фазы на границе с пористым
заполнителем отмечалось в работах М. 3. Симоно-
ва [52].
При затворении бетонной смеси водопоглощение на-
чинается немедленно после погружения заполнителя
в цементное тесто и протекает в основном в период схва-
тывания цемента. Примерно после суточного твердения
наблюдается медленное уменьшение содержания жидкой
фазы в зерне заполнителя, которое объясняется обрат-
373
ной ее миграцией (от заполнителя в цементный камень)
под влиянием градиента влажности, возникающего на
контакте, а также химическим связыванием воды при
гидратации цемента. Обратное движение жидкой фазы
из заполнителя в цементный камень ускоряется тем
в большей степени, чем ниже влажность воздуха, в кото-
ром находится бетон. Последующее увлажнение или во-
донасыщение бетона вновь вызывает движение жидко-
сти из цементного камня в зерно заполнителя.
Это свойство пористого заполнителя имеет большое
значение при воздействии отрицательных температур.
Жидкая фаза, поглощенная заполнителем- до воздей-
ствия отрицательной температуры, создает благоприят-
ные условия для формирования контактной зоны рас-
твора с крупным заполнителем. При последующем твер-
дении после оттаивания под влиянием градиента
влажности жидкая фаза отвлекается из заполнителя
в цементный раствор, способствуя тем самым гидрата-
ции цемента в контактном слое. Такое поведение легко-
го заполнителя при замораживании отмечалось в част-
ности П. Нернстом [46], который указывал, что запол-
нитель благодаря своим значительным размерам влияет
на неоднородное распределение температуры, которое
в свою очередь влияет на направление движения жидкой
фазы. Им было также отмечено, что зерна крупного за-
полнителя могут служить точками низкой температуры,
которые будут отсасывать воду из незамерзшего теста
во всех направлениях и этим создавать возможность
образования довольно толстых наледей на ранних ста-
диях твердения.
Следует отметить, что особенности поведения легких
пористых заполнителей при замораживании изучены
слабо. Мало изучено влияние заполнителя на льдообра-
зование и на зависимость свойств бетона вообще при
его замораживании.
С целью выявления эффективности применения лег-
ких бетонов на пористых заполнителях при зимнем бето-
нировании в НИИЖБ изучались их физико-механиче-
ские свойства: прочность на сжатие и на растяжение
при изгибе, деформативность, динамический модуль уп-
ругости и морозостойкость. В качестве легких заполни-
телей в опытах применялись: керамзит, аглопорит, вул-
канический шлак Кармрашенского месторождения,
литоидная пемза, шлаковая пемза, кирпичный щебень и
374
для сопоставления брался щебень из плотных горных
пород — гранита и известняка. Портландцементы при-
менялись Белгородского и Ново-Здолбуновского заво-
дов марок 400—500. Опытными образцами служили
кубы размером ЮХЮХЮ см, а также призмы 7Х7Х
Х28 см и 10ХЮХ40 см. Опытные образцы заморажи-
вали в холодильных камерах при температурах —2, —5,
—15 и —20° С. В холодильные камеры образцы выноси-
ли сразу после изготовления, а также через 1, 3 и 5 сут
нормального твердения. После 3, 7 или 28 сут пребыва-
ния на морозе бетонные образцы выдерживали в камере
нормального твердения.
Особое внимание на вопрос эффективности примене-
ния легких пористых заполнителей обратили наши ра-
боты совместно с М. О. Саакяном [34], проведенные
в НИИЖБ в 1966—1969 гг. В этих работах были под-
робно исследованы бетоны на природных пористых за-
полнителях Армении (вулканическом шлаке, литоидной
пемзе и туфе). Бетонные образцы подвергались воздей-
ствию отрицательных температур —2, —5 и —20° С,
затем определялось нарастание прочности при отрица-
тельных температурах и при последующем твердении
в нормальных условиях. Установлено, что при темпера-
туре —2 и —5° С бетон достаточно интенсивно набирает
прочность и практически не наблюдается ее потерь при
последующем выдерживании при положительных тем-
пературах. Замораживание бетона на кармрашенском
вулканическом шлаке даже сразу после приготовления,
как правило, не вызывает недобора прочности в после-
дующем (рис. 7.25). В опытах получились наилучшие
результаты при замораживании бетонов марок 50—75,
т. е. наиболее пористых. Замораживание не отражалось
на наборе потенциально возможной прочности. Марка
бетона всегда была обеспечена при последующем 28-су-
точном твердении в нормальных условиях. Бетоны ма-
рок 100—150 имели примерно 5%, а марок 200—300 —
около 10% недобора прочности в тех только случаях,
когда бетон замораживался сразу после изготовления.
Образцы, замороженные сразу, часто в последующем
приобретали прочность выше, чем замороженные в су-
точном возрасте.
Наряду с изучением прочности бетона на кармра-
шенском шлаке на сжатие была исследована прочность
на растяжение при изгибе после замораживания бетона
375
376
Таблица 7.14
ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА РАЗЛИЧНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ ПОСЛЕ 3-СУТОЧНОГО
ЗАМОРАЖИВАНИЯ И НОРМАЛЬНОГО ТВЕРДЕНИЯ 28 СУТ
	Прочность керамзитобетона* на растяжение						Прочность бетона* на вулка- ническом шлаке на растя- жение				Прочность тяжелого бетона* на растяжение			
Время выдерживания	Марка бетона													
до замораживания, сут	75		150		300	|		50	|		I	300		1	>50	1		300	
	Температура замораживания, °C													
	-5	-15 |	—5	—15	—5	—15	-5 1	| -15	-5 1	| -15	—5	-15	—5	—15
0	2,9	1,9	2,4	3	3,6	4	1,7	1,9	3,6	3,8	3,3	4	3,4	4
	95	90	83	94	94	95	90	95	95	93	77	87	70	77
1	2,33	1,7	2,9	2,9	3,4	4,6	1,8	1,8	3,5	3,8	4,5	4,3	4,6	5
1	90	80	94	91	92	109	92	90	93	94	104	94	93	96
3	2,4	2,3	3	3,9	3	3	2	1,9	3,64	2,8	4,3	4,5	4,9	5,1
	104	НО	97	103	90	94	100	95	97	93	100	98	100	98
5	2,4	2,3	3,5	3,4	3,7	4,1	2	2,2			4,3	4,5	4,95	5,2
	104	по	113	106	98	97	101	102			100	98	101	100
Контрольные, незамораживае- мые (/?2в)	2,3	2,1	3,1	3,2	3,8	4,2	1,9	2	3,8	4	4,3	4,6	4,9	5,2
	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
Над чертой указана прочность в МПа, под чертой — в % от /?2в-
при температурах —5 и —15° С. В этом случае отмеча-
ется в последующем недобор 5—10% прочности
(табл. 7.14). Показатели прочности на растяжение при
изгибе как для бетона на вулканическом шлаке, так и
на керамзитовом гравии, после замораживания в ран-
нем возрасте, в дальнейшем оказались выше значений,
Рис. 7.25. Нарастание прочности бетона марки 150 на портландцемен-
те марки 500 и вулканическом шлаке после замораживания при тем-
пературах
a— t—— 5° С; б— /=—20° С; / — хранение в нормальных условиях; 2—хране-
ние в холодильнике
требуемых СНиП П-В. 1-62 для тяжелых бетонов соот-
ветствующих марок.
Следует заметить, что несмотря на превышение лег-
кими бетонами значений, требуемых СНиП по прочно-
сти на растяжение, они все же ниже, чем получились
у бетона на известняковом заполнителе.
На основании наших исследований были даны реко-
мендации о целесообразности применения в Армении
природных пористых заполнителей при бетонировании
монолитных конструкций в холодное время года. (В Ар-
мении, как известно, не только в высокогорных районах,
377
но и в Ереване зимой нередко температура бывает ниже
-15... —20° С.)
Большая работа была проведена также по исследо-
ванию свойств бетона на аглопоритовом щебне, подвер-
гавшегося замораживанию в раннем возрасте. Исследо-
вания эти были связаны со строительством в Минске
крытого рынка. Сооружение монолитных конструкций и
крупной оболочки было запроектировано из высокопроч-
ного аглопоритобетона.
В НИИЖБ автором совместно с Е. Г. Глазыри-
ной [39] изучались деформации, прочность и морозо-
стойкость аглопоритобетона различных марок. Для со-
поставления одновременно изготовлялись и заморажи-
вались бетонные образцы на гранитном щебне. Чтобы
обеспечить требуемые марки бетона в качестве мелкого
заполнителя, применялся кварцевый песок. Аглопори-
тового щебня по объему расходовалось 70%. Портланд-
цемент употреблялся марки 400 Белгородского завода.
Бетонная смесь приготовлялась жесткостью 20—30 с.
Смесь укладывалась в металлические формы, при виб-
рировании употреблялся пригруз 50 г/см2.
Как видно из табл. 7.15, при замораживании сразу
после изготовления бетоны марок 150—250 теряют при-
мерно до 10% своей возможной прочности, а марок
400—500 — около 15%.
Суточное выдерживание бетона до замораживания
в последующем обеспечивает полный набор марочной
прочности.
Выдерживание в течение 60 сут после 3-суточного
замораживания бетонов марок 150—300 во всех случаях
обеспечивает 100%-ную проектную прочность. У бетонов
марок 400—500 в этом случае отмечается недобор от 1
до 8% марочной прочности. При этом наибольший про-
цент относится к бетонам марок 400—500, заморожен-
ным в 3-суточном возрасте. Такой недобор прочности,
по-видимому, объясняется спонтанным спадом, который
часто наблюдается, особенно у высокомарочных, а так-
же у подвергнутых тепловой обработке, бетонов.
Так же как это было отмечено в ряде случаев рань-
ше, замораживание при температуре —5° С оказывает
более вредное влияние на бетон, чем при температуре
—20° С (табл. 7.16). Исключая марку 150, бетоны более
высоких марок, замороженные сразу после изготовле-
ния, в дальнейшем при твердении 28 сут в нормальных
378
Таблица 7.15
ВЛИЯНИЕ ВЫДЕРЖКИ ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ АГЛОПОРИТОБЕТОНА ПОСЛЕ 28 И 60 СУТ ХРАНЕНИЯ
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Время выдерживания до замораживания, сут	Прочность* в 28-суточном возрасте пос- ле 3-суточного замораживания при —20° С и марке бетона					Время выдерживания до замораживания, сут	Прочность* в 60-суточном возрасте после 3-суточного замораживания при —20° С и марке бетона				
	150	250	300	400	500		150 j	1 250 |	I 300	400 |	500
0	15,7	26,2	29,2	33,2	36,9	0	18,1	30,2	34	39,6	41,8
	90	98	89	87	84		101	115	104	99	96
1	17	26	33,5	40,8	43,8		17,8	28,4	32,4	39,4	43,8
	97	97	102	107	100		100	106	99	98	100
о	16,9	27,3	31,5	36,4	45,9	о	20,5	32,3	36,5	36,8	42,1
о	97	103	96	95	105	о	115	120	112	92	96
Контрольные (незамораживае- мые)	17,5	26,8	32,7	38,1	43,6	Контрольные (незамораживае- мые)	22	29,4	36	42,4	44
	100	100	100	100	100		124	НО	НО	106	101
s
Над чертой указана прочность в МПа, под чертой — в % от /?2в.
оэ Таблица 7.16
° ВЛИЯНИЕ ВЫДЕРЖКИ ДО ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПОСЛЕ 28 И 60 СУТ ХРАНЕНИЯ
В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МАРКИ БЕТОНА
Время выдерживания до замораживания,	Прочность бетона* в 28-суточном воз- расте после 3-суточного замораживания при —5° С и марке бетона					Время выдерживания до замораживания,	Прочность бетона* в 60-суточном воз- расте после 3-суточного замораживания при —5° С и марке бетона				
сут	150	250	300	400	500	сут	150 |	250 |	300 |	400	500
0	16,9 95	24 84	27,9 83	30,4 75	35,6 81	0	18,1 102	—	26,9 91	37,7 93	41,4 94
1	17,1	27,1	33	34,4	41	1	21,5		35,4	38,5	43,8
	96	95	99	85	94		121		120	95	99
3	18,8	28,1	34	39,3	44,8	3	21,6		32,2	40,1	40
	106	98	101	97	101		122		109	99	91
Контрольные (незамораживае- мые)	17,8	28,7	33,5	40,5	44	Контрольные (незамораживае- мые)	20		32,7	41	45,6
	100	100	100	100	100		112 •		ПО	101	104
Над чертой указана прочность в МПа, под чертой—в % от /?28-
условиях имели недобор прочности от 16 до 25%. При
более длительном нормальном хранении до 60 сут поте-
ри снизились до 3—9%. При замораживании в суточном
возрасте потери через 28 сут еще достигали до 15%.
К 60-суточному возрасту и в этом случае можно считать
обеспечивается полное достижение заданной марочной
прочности.
На основании проведенных исследований можно сде-
лать вывод, что при раннем замораживании недобор
прочности у аглопоритобетона получается такой же, как
у бетона на известняковом щебне соответствующих ма-
рок, и меньше, чем у бетона на гранитном щебне.
Предварительное выдерживание более одних суток
до замораживания в последующем обеспечивает аглопо-
ритобетону набор полной проектной прочности.
Опыты показали, чем меньше крупного заполнителя
содержит высокопрочный бетон, тем меньше потери
прочности на сжатие и на растяжение при изгибе вслед-
ствие замораживания в раннем возрасте.
На основании проведенных исследований аглопори-
тобетон можно рекомендовать к применению при зим-
нем бетонировании с большим успехом, чем обычный
бетон.
Можно сделать ряд обобщений по влиянию замора-
живания на легкие бетоны. Потери прочности легких
бетонов при сжатии марок 50—150 как замороженных
сразу, так и выдержанных до замораживания меньше,
чем у тяжелых бетонов.
Результаты испытания бетонов марок 200—300 на
пористых заполнителях хотя и показывают при замора-
живании сразу несколько лучшие результаты, однако
применение предварительного выдерживания приравни-
вает их к тяжелым бетонам^
Анализируя данные, полученные при испытании на
изгиб бетонов на различных заполнителях, прежде всего
следует отметить, что абсолютные величины прочности
на растяжение при изгибе бетонов на известняковом
щебне много выше значений, приведенных в СНиП: для
тяжелых бетонов марки 150 — на 40%, а марки 300 —
на 20%. Это объясняется применением пористого извест-
някового щебня с пористостью 15%, который обладает
высоким механическим сцеплением и оказывает в бето-
не некоторое «армирующее» действие.
У бетонов на легких пористых заполнителях проч-
381
ность на растяжение при изгибе выше значений, указан-
ных в СНиП П-В.1-62 для тяжелых бетонов, причем по
мере возрастания марки бетона эта разница уменьшает-
ся. При воздействии отрицательных температур на лег-
кие бетоны сразу после изготовления, они теряют 5—
10% прочности на растяжение при изгибе. Эта величина
даже меньше, чем потери прочности на сжатие, которые
составляют от 5 до 23%. Замораживание при —5° С
в ряде случаев значительнее понизило прочности бето-
нов на растяжение, чем замораживание при —15° С,
особенно четко это проявилось у прочных бетонов.
Так же как и при испытании на сжатие, бетоны на
легких пористых заполнителях в результате заморажи-
вания сразу после изготовления теряют меньше прочно-
сти на растяжение при изгибе, чем бетоны на извест-
няковом щебне (13—30%). Установлено, что при рабо-
те материала на изгиб дефекты структуры проявляются
в большей степени, поэтому незначительные потери
прочности на растяжение при изгибе легкими бетонами
в результате раннего замораживания доказывают, что
их структура менее подвержена повреждению по срав-
нению со структурой тяжелых бетонов.
Крупный заполнитель, имеющий больший модуль уп-
ругости, деформируется в меньшей степени, вызывая
перенапряжение отдельных участков раствора, и поэто-
му является концентратором напряжений. С уменьше-
нием значения модуля упругости крупного заполнителя
концентрация напряжений в бетоне уменьшается, что
имеет место при применении легкого пористого заполни-
теля. В отличие от бетона на плотном заполнителе в лег-
ком бетоне, благодаря повышенному сцеплению, запол-
нитель слитно связан с растворной частью и представ-
ляет с ней единое целое, что также повышает
механическую однородность системы. Имеющиеся в лег-
ких заполнителях поры являются емкостями, куда про-
никает значительная часть воды затворения как в на-
чальный период, так и в процессе замерзания. Факти-
ческое значение В/Ц уменьшается, а сцепление
растворной части с крупным заполнителем улучшается.
При применении легкого пористого заполнителя
вследствие его относительно невысокого модуля упру-
гости происходит обжатие заполнителя расширяющим-
ся раствором, что снижает напряжение в бетоне. Из
данных, полученных по динамическому модулю упруго-
382
сти, видно, что уменьшение значения этого показателя
после замораживания для легких бетонов составляет
5—10%, в то время как для тяжелого бетона он равен
24—28%. Снижение модуля упругости при воздействии
температуры —5° С несколько больше, чем при —15° С
как для тяжелых, так и для легких бетонов. При пред-
варительном выдерживании до замораживания модуль
упругости бетона, как правило, остается на том же
уровне, что и у бетона, замороженного сразу. В случае
применения тяжелых бетонов предварительное выдер-
живание их до замораживания значительно увеличивает
модуль упругости бетона, причем это увеличение идет
в основном при односуточном выдерживании («20%).
При последующем выдерживании происходит небольшое
постепенное нарастание модуля (на 2—5%). Таким об-
разом, при замораживании сразу данные определения
динамического модуля упругости и прочности на растя-
жение при изгибе подтвердили преимущества бетонов
на легких пористых заполнителях перед тяжелыми плот-
ными бетонами.
Морозостойкость бетонов, подвергавшихся заморажи-
ванию в раннем возрасте, а затем твердевших 28 сут
в нормальных условиях, сравнивалась с морозостой-
костью образцов этого же состава нормального хране-
ния. Керамзитобетон марки 75 после 50—100 циклов
замораживания и оттаивания имеет коэффициент моро-
зостойкости 0,85, в то время как от конструктивно-теп-
лоизоляционного бетона марки 75 по «Инструкции по
изготовлению изделий из керамзитобетона» требуется
лишь 35 циклов замораживания и оттаивания. Опыты
показали, что морозостойкость легкого бетона, подверг-
нутого замораживанию в раннем возрасте, выше моро-
зостойкости тяжелого бетона аналогичной марки, твер-
девшего в таких же условиях. Это свидетельствует о том,
что структурные нарушения, вызванные воздействием
отрицательной температуры, в случае применения лег-
кого бетона меньше, чем у тяжелого бетона.
Таким образом, в результате исследований было вы-
явлено, что потери прочности на сжатие и растяжение
при изгибе, а также снижение динамического модуля
упругости легких бетонов, замороженных сразу после
изготовления, меньше, чем у тяжелых бетонов даже на
пористом известняковом щебне. Это позволяет нам ре-
комендовать широкое применение легких пористых есте-
383
ственных и искусственных заполнителей при зимнем
бетонировании.
Следовательно, можно рекомендовать не только не
воздерживаться зимой от применения в монолитных кон-
струкциях бетонов на легких пористых заполнителях, а
отдавать им предпочтение перед тяжелыми бетонами.
При этом более эффективным является применение при
зимнем бетонировании легких бетонов марок 50—150
(£,3>£'раст), что позволяет при необходимости допу-
скать более раннее замораживание этих бетонов. При
возможности получения такого сочетания упругих
свойств компонентов в бетонах более высоких марок
эффективность таких составов при зимнем бетонирова-
нии будет увеличиваться.
При зимнем бетонировании требования к критиче-
ской прочности легких бетонов низких марок существен-
но меняются, так как после замораживания их в раннем
возрасте в последующем при твердении в нормальных
условиях за 28—90 сут ими набирается полная мароч-
ная прочность.
К моменту замерзания легких бетонов марок 200—400
критическая прочность должна соответствовать анало-
гичным требованиям к тяжелым бетонам.
ГЛАВА 8
ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА С ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ
Твердение бетона может быть ускорено не только
применением того или иного способа прогрева, но и вве-
дением в его состав химических добавок. Применение
добавок, ускоряющих процесс схватывания и твердения
цементов, имеет особо важное значение в тех случаях,
когда бетонные и железобетонные работы ведутся при
пониженных положительных и отрицательных темпера-
турах наружного воздуха. В этом случае введение хими-
ческих добавок является более выгодным, чем искусст-
венное создание тепловлажностных условий твердения.
Ускорители не только расширяют область применения
способа термоса, но и сокращают продолжительность
прогрева бетона. Благодаря их применению можно из-
бежать повышенных расходов цемента. Необходимость
в добавках — ускорителях твердения еще больше возра-
стает при употреблении медленно твердеющих цементов.
384
В настоящее время среди неорганических веществ
трудно найти такие, влияние которых на схватывание и
твердение цемента не было бы изучено. Но многие из
них не удовлетворяют всем требованиям технологии про-
изводства работ. Основными требованиями к добавкам
являются: недопущение чрезмерно ускоренных сроков
схватывания и загустевания, отсутствие соединений,
приводящих к снижению конечной прочности или нару-
шению структуры бетона, а также к ржавлению арма-
туры, недефицитность и удобство в производстве работ.
Наиболее обстоятельно изучено влияние на бетон
хлористых солей. Из их числа добавка хлористого каль-
ция хорошо зарекомендовала себя при работе в осенних
и зимних условиях.
Кроме добавки хлористого кальция значительно уско-
ряют сроки схватывания цементов соляная кислота и
водная вытяжка из хлорной извести. При этом с увели-
чением процента добавок скорость схватывания увели-
чивается, а при больших дозировках схватывание насту-
пает настолько быстро, что приготовленную бетонную
или растворную смесь не успевают укладывать.
На основании большого количества испытаний сред-
няя интенсивность нарастания прочности бетона на порт-
ландцементе с добавками ускорителей твердения может
характеризоваться табл. 8.1.
Из этой таблицы видно, что в начальные сроки при
добавлении СаС12 наблюдается большое ускорение в на-
растании прочности бетона, а затем интенсивность его
постепенно снижается. На практике цементы различного
минералогического состава могут давать значительные
отклонения от средних значений, а поэтому всегда необ-
ходимо производить опытную проверку на месте.
Добавка СаС12 полезна не только при употреблении
медленно твердеющих цементов, но и при высокосортных
портландцементах. Проведенные автором совместно
с Б. Г. Скрамтаевым опыты дали возможность поставить
вопрос о расширении области применения способа тер-
моса на основе следующих трех мероприятий: исполь-
зования высокопрочных цементов, применения ускорите-
лей твердения и эффективного уплотнения бетона.
С повышением активности портландцемента эффект
ускорения твердения бетона увеличивается. Ускоряющее
действие СаС12 на твердение бетона при различных В/Ц
25—23
385
Таблица 8.1
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ СаС12 НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
Возраст бетона, сут	Относительная прочность бетона с добавкой хлористого кальция, % от Яге без добавок, на цементах марки 400							
	на портландцементе				на шлакопортландском и пуц- цолановом портландцементе			
	без добавок	с добавкой хлористо-			без добавок	с добавкой хлористо- го кальция, %		
		го I	кальция, %					
			1 2	1 3		1 1 2		1 3
1	15	20	23	27	8	15’	17	20
2	27	40	45	50	18	24	30	37
3	40	50	55	60	25	30	40	45
5	55	65	70	80	40	50	55	60
7	70	17	85	90	50	55	60	70
14	85	95	100	105	70	80	90	95
28	100	НО	115	—	100	ПО	120	—
386
оказалось пропорциональным приобретаемой им проч-
ности.
Опыты на кубах размером 20X20X20 см из бетона
на портландцементе марки 500 при добавке 2% СаС12
при постоянной подвижности смеси (3—5 см) показали
(рис. 8.1), что с уменьшением водоцементного отноше-
ния, т. е. за счет повышения расхода цемента или за
счет более эффективного уплотнения смеси при одновре-
менном добавлении хлористого кальция представляется
возможность получить высокую прочность бетона в ран-
нем возрасте. При водоцементном отношении 0,4
марка бетона, т. е. прочность его в 28-суточном
возрасте нормального твердения, равнялась марке
цемента.
При твердении бетона с добавками электролитов
большое значение имеет химико-минералогический со-
став цементов и тонкомолотых добавок.
На рис. 8.2 и 8.3 приведены результаты испытаний
бетона на двух портландцементах с применением вы-
держки образцов при температурах 5, 15 и 25° С. Пер-
вый портландцемент, доставленный с Чернореченского
завода, был чистым клинкерным, а второй, доставлен-
ный со строительства, имел тонкомолотую добавку. Не-
смотря на сравнительно высокую активность (/?ц=
= 38,6 МПа), второй цемент отличался замедленным
твердением. Как видно из рис. 8.2 и 8.3, при температу-
ре 5° С к 28 сут прочность бетона с добавкой 2% СаС12
достигла прочности нормально твердевшего бетона. При
нормальной температуре повышенный прирост прочности
за счет хлористого кальция отмечался в обоих случаях
вплоть до 28-суточного возраста. Однако медленно твер-
девший цемент имел значительно более высокий при-
рост прочности за счет хлористого кальция. Даже при
температуре 25°С в обоих случаях добавка обеспечила
более высокую прочность бетона до 28-суточного воз-
раста.
Бетон на шлакопортландцементе и на пуццолановом
портландцементе при употреблении ускорителей имеет
относительно более высокий процент ускорения в нара-
стании прочности, чем на портландцементе. Объясняет-
ся это не только ускорением гидратации минералов
портландцемента, но и ускорением реакции взаимодей-
ствия гидрата окиси кальция со шлаком и кремнеземи-
стыми составляющими. Поэтому ускорители особенно
25*	387
Рис. 8.2. Ускорение твердения бетона на чернореченском портланд-
цементе в зависимости от температуры и добавки СаСЬ
/ — с 2% СаС12, /=25° С; 2 - без СаС12, /=25° С; 3-с 2% СаС12, ^15° С;
4 — без СаС12, /=15° С; 5-с 2% СаС12, /=5°С; 6 — без СаС12. /=5° С
Рис. 8.3. Ускорение
твердения бетона на
портландцементе мар-
ки 400 в зависимости
от температуры и до-
бавки СаСЬ. Обозна-
чения те же, что на
рис. 8.2.
Таблица 8.2
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В ПРОЦЕНТАХ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ТВЕРДЕНИЯ И ДОБАВКЕ 2% CaCh-
Возраст бетона, сут	Процент увеличения прочности бетона при температуре, °C		
	5	15	25
2	85	65	45
3	70	50	35
7	50	30	20
28	30	15	10
выгодно применять в тех случаях, когда бетонные рабо-
ты ведутся на медленно твердеющих цементах.
В зависимости от температуры бетона относительный
эффект в ускорении нарастания его прочности за счет
введения ускорителей изменяется (табл. 8.2).
По мере понижения температуры добавка хлористого
кальция дает относительно большее ускорение в твер-
дении бетона.
В результате неоднократно проведенных эксперимен-
тов с применением различных цементов и способов теп-
ловой обработки бетона удалось выявить специфику и
значение добавок — ускорителей твердения при тепло-
вой обработке.
Ускоряющее действие добавок электролитов одними
авторами объясняется теорией катализа [57], други-
ми— увеличением растворимости (или высаливающим
эффектом) при изменении ионной силы раствора, а так-
же образованием новых гидратных фаз [50]. Незави-
симо от этого кинетика твердения бетона, по-видимому,
должна определяться природой ионов, образующих до-
бавку [59].
С целью определения влияния природы добавки (ка-
тионов и анионов) на повышение прочности пропарен-
ного бетона Б. А. Усовым в НИИЖБ проводились опы-
ты на бетоне состава 1 1,7: 2,4: 0,5 (цемент песок : ще-
бень вода), приготовленном на гранитном щебне, песке
с Л4кр = 2,1 и быстротвердеющем портландцементе Вос-
кресенского завода. Режим пропаривания (предвари-
тельное выдерживание + подъем температуры + изотер-
мический прогрев + остывание) принимался 2+2+4+
+ 1 ч при температуре 80° С.
389
Таблица 8.3
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
Добавка		Прочность	, % от #28=39 МПа, через	
вид	количество, % от массы цемента	0,5 ч	1 сут	28 сут
	0	53	62	91
NaCl	1	63	78	106
	2	60	76	103
NaNO2	1	60	73	95
	2	63	76	99
Na2SO4	1	66	68	92
	2	64	70	91
K2SO4	1	51	55	85
	2	40	50	79
K2CO3	1	45	52	84
	2	37	42	61
CaCI2	1	70	75	105
	2	60	70	100
Ca(NO3)2	1	45	72	100
	2	38	60	90
	6	52	76	91
FeCl3	1	14	49	86
	1,5	8	36	75
Эффективность добавок устанавливалась по превы-
шению прочности пропаренного бетона без добавки че-
рез 0,5 ч, 1 и 28 сут. В качестве добавок использовались:
NaCl, NaNO2, Na2SO4, Na3PO4, KC1, K2SO4, K2CO3,
CaCl2, Ca(NO3)2, CaSO4-0,5H2O, FeCl3, Fe(NO3)2.
Результаты прочностных показателей бетона с добав-
ками приведены в табл. 8.3.
Повышение прочности при небольших количествах
добавок и, наоборот, понижение ее с их увеличением
свидетельствует о том, что электролиты кроме химиче-
ских реакций приводят к изменению скорости начальных
физических процессов, в результате чего изменяются
условия формирования структуры бетона.
390
Определения сроков схватывания цементного теста
показали, что все исследованные добавки уменьшают
время до начала и конца схватывания. Сопоставление
продолжительности отдельных периодов процесса схва-
тывания с прочностью бетона после пропаривания пока-
зывает, что положительное влияние добавки проявляет-
ся в том случае, если время до начала схватывания при
ее введении сокращается не более чем на 50%, а период
(интервал) схватывания сохраняется неизменным по
сравнению со смесью без добавки.
К числу таких добавок относятся хлористые натрий,
калий и кальций, сернокислый и азотистокислый нат-
рий. Добавки хлорного и азотнокислого железа, азотно-
кислого кальция, сернокислого и углекислого калия,
с которыми прочность бетона была меньше, чем без до-
бавки, значительно сокращали время до начала схваты-
вания и увеличивали интервал схватывания или одно-
временно сокращали оба эти периода.
Полученные данные по изменению сроков схватыва-
ния позволяют сделать вывод о том, что решающим ус-
ловием для повышения прочности бетона с добавками
является сохранение неизменного периода (интервала)
схватывания при введении добавки. Объясняется это, по-
видимому, тем, что за одно и то же время (интервал)
схватывания в смесях с добавками формируется более
плотная структура цементного камня. Если интервал
схватывания с добавкой сокращается, то плотность, а
следовательно, и прочность цементного камня будут
меньше, чем у смеси без добавки.
По влиянию исследуемых добавок на сроки схватыва-
ния представляется возможным классифицировать их
на ускорители схватывания — K2SO4, К2СО3, FeCl3,
Fe(NO3)3 и ускорители схватывания и твердения —
NaCl, Na2O4, NaNO2, КС1, CaCl2, Ca(NO3)2.
Влияние добавок электролитов на прочность бетона
в зависимости от минералогического состава портланд-
цемента изучалось на бетонных смесях с применением
клинкерных цементов Белгородского и Спасского заво-
дов, содержащих С3А в количестве 3 и 12% соответст-
венно.
Из полученных данных (табл. 8.4) видно, что введе-
ние добавок хлористого натрия, калия и кальция, а так-
же сернокислого натрия способствовало повышению
прочности бетона на белгородском портландцементе.
391
Таблица 8.4
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК — УСКОРИТЕЛЕЙ ТВЕРДЕНИЯ
НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПРИ РЕЖИМЕ ПРОПАРИВАНИЯ
2+2+4+1 ч ПРИ 80° С
Добавка		Прочность бетона, % от Яге на					
вид	коли- чество, % от массы цемента	белгородском КПЦ (62,4 МПа), через			спасском КПЦ (52,8 МПа), через		
		0,5 ч	1 сут	| 28 сут	0,5 ч	1 сут	28 сут
—	—	43	63	100	40	68	88
NaCl	1	62	74	102	54	60	83
	2	75	82	101	58	61	84
Na2SO4	0,5	47	63	111	50	53	65
	1	50	72	ПО	46	50	60
	2	60	74	108	43	47	62
КС!	0,5	46	59	107	47	57	92
	1	46	56	104	50	57	90
	2	58	78	101	45	67	96
СаС12	0,5	67	80	ПО	43	62	94
	1	70	88	112	53	65	107
	2	70	89	124	60	78	108
Ca(NO,)s	0,5	50	50	НО	50	60	88
	1	42	46	100	44	58	80
	2	45	47	108	41	56	80
Для бетона на спасском портландцементе введение сер-
нокислого натрия сказалось отрицательно, а добавки
NaCl, Ca(NO3)2 привели к небольшому увеличению
прочности сразу после прогрева.
При этом у бетона на белгородском портландцементе
с добавкой хлористого кальция превышение прочности,
полученное сразу после прогрева, сохраняется через 1
и 28 суток. С добавками хлористого калия, натрия и сер-
нокислого натрия наибольшее повышение прочности
имело место сразу после прогрева и через 1 сутки. К 28
сут прирост прочности бетона относительно уменьшился.
В бетоне на спасском клинкерном портландцементе
392
повышение прочности во все исследуемые сроки сохра-
нялось постоянным только с добавкой хлористого каль-
ция. Прирост прочности при введении добавок других
солей с течением времени уменьшался.
Прочность бетонов, твердевших в стандартных усло-
виях, в суточном возрасте отличается незначительно. Од-
нако уже через 3 и особенно через 28 сут прирост проч-
ности у бетонов с добавками достигает значений, полу-
чаемых для пропариваемого бетона (10—27% от /?28).
По ускоряющему эффекту исследованные добавки,
как и для пропариваемого бетона, располагают-
ся в последовательности: CaCl2->NaCl->Na2SO4->KCl->
->Ca(NO3)2.
Таким образом, введение электролитов наиболее эф-
фективно для бетонов на низкоалюминатных портланд-
цементах. С увеличением содержания алюминатов в
клинкере эффективность добавок уменьшается и даже
приводит к получению отрицательного результата.
Исследования по влиянию режима пропаривания
(рис. 8.4), проведенные при одной и той же его длитель-
ности (9 ч), но с измененной продолжительностью его
стадий, показали, что на раннюю прочность бетона с до-
бавками значительное влияние оказывает период изотер-
мического прогрева. С увеличением его продолжительно-
сти прочность бетона возрастает.
Вместе с тем, сопоставляя данные о влиянии количе-
ства добавки на раннюю прочность бетона при различ-
ных режимах пропаривания, видно, что 2—3% СаС12 и
0,5% Ca(NO3)2 являются оптимальными дозировками
для исследуемых смесей и они не зависят от условий
твердения.
Последнее положение является очень важным, по-
скольку позволяет установить оптимальное количество
добавки при любом режиме пропаривания или тверде-
нии в стандартных условиях и в раннем возрасте.
Опыты, выполненные на бетоне [59] с применением
портландцемента Белгородского завода при различных
его расходах и В/Ц (рис. 8.4 и 8.5), показали, что с по-
нижением водоцементного отношения в пределах от
0,64 до 0,4 независимо от расхода цемента величина пре-
вышения прочности бетона с добавками сернокислого
натрия и хлористого кальция по сравнению с бетоном без
добавки возрастает с 5—10 до 20—25%. Введение нит-
рит-нитрата-хлорида кальция (ННХК) в бетоны с
393
ВЩ=0,4 также способствует повышению прочности бе-
тона, но меньшему, чем с СаС12 и Na2SO4, т. е. введение
добавок электролитов наиболее эффективно для бетонов
с низким В/Ц.
Рис. 8.4. Влияние добавки СаС12 на прочность пропаренного бетона
на белгородском портландцементе с расходом
а — 250 кг/м3; б — 350 кг/м3; в — 450 кг/м3
Для кривых 1, 2, 3, 4, 5 В/Ц соответственно равно: 0,4; 0,46; 0,52; 0.58 и 0,64
Рис. 8.5. Влияние добавки Na2SO4 на прочность бетона на белгород-
ском портландцементе с расходом
а — 250 кг/м3; б — 350 кг/м3; в — 450 кг/м3
Для кривых 1, 2, 3, 4, 5 В/Ц соответственно равно: 0,4; 0,46; 0,52; 0,58 и 0,64
Приведенные на рис. 8.4 и 8.5 зависимости показыва-
ют, что увеличение количества хлористого кальция и сер-
нокислого натрия в бетонах с большим В/Ц (0,64) при-
водит не только к уменьшению эффективности этой со-
394
ли, но даже к уменьшению прочности бетона. Из этого
следует, что для каждого В/Ц существует свое опти-
мальное количество добавки, способствующее наиболь-
шему повышению прочности бетона (см. рис. 8.4 и 8.5,
пунктирные линии). Введение добавки в больших коли-
чествах приводит не к увеличению, а в ряде случаев да-
же к понижению прочности бетона.
Таким образом, определяющим технологическим фак-
тором в составе бетона, от которого зависит величина
ускоряющего эффекта и оптимальное количество до-
бавки, является водоцементное отношение.
Опыты, проведенные на бетоне состава 1 2,21 :3,51 :
0,53 с расходом ангарского портландцемента 330 кг/м3
и осадкой конуса бетонной смеси 0—2 см, показали, что
бетон без добавки достигал прочности в размере 50, 60
и 70% от 7?28 после пропаривания его по режимам про-
должительностью 10,5; 12; 14,5 ч.
Для достижения указанных значений прочности бе-
тон с добавкой сернокислого натрия можно пропаривать
по режимам, сокращенным по сравнению с необходимы-
ми для бетонов без добавки, т. е. 6,5; 8,5 и 10,5 ч.
Понижение расхода цемента при введении добавок
электролитов достигалось за счет использования прирос-
та прочности. Величина его уменьшения, как установ-
лено по результатам испытаний прочности через 4 ч
после пропаривания, при применении сернокислого нат-
рия составляет 50%. Для бетона с добавками СаСЬ и
ННХК эта величина повышается соответственно до 80
и 100%. Расход цемента за счет добавок электролитов
понижается на 5—15%.
Несмотря на положительное действие добавок элек-
тролитов, при введении хлористых солей необходимо
прибегать к защите арматуры и закладных металличес-
ких частей от коррозии. При прогреве железобетонных
конструкций согласно СНиП I-B.27-62 добавка хлорис-
того кальция не должна превышать 2% массы цемента.
Бетон при этом должен содержать цемента не менее
220 кг/м3, плотно укладываться и иметь достаточный
слой для защиты арматуры. В тех случаях, когда во вре-
мя эксплуатации сооружений железобетонные конструк-
ции будут находиться в условиях переменной влажности
(что способствует ускорению коррозии), добавка уско-
рителей не рекомендуется. В этих случаях при введении
ускорителей необходимо прибегать к обмазкам металла
395
ингибиторами, битумом и т. п. или применять легирован-
ные, в частности хромистые стали.
Чтобы не допустить образования высолов на поверх-
ности бетона, количество сернокислого натрия не долж-
но превышать 1,5% массы цемента.
При электропрогреве введение добавок-ускорителей
полезно тем, что они увеличивают электропроводность
бетона. Благодаря этому бетон в конструкциях греется
равномернее и напряжение тока может быть снижено.
Рис. 8.6. Влияние до-
бавки 2% СаСЬ на
твердение бетона на
портландцементе при
различных темпера-
турах и способах про-
грева
1 — прочность образцов,
твердевших в нормаль-
ных условиях; 2 — проч-
ность после 9 ч электро-
прогрева при /=70° С;
3— то же, при /=50° С;
4 — прочность после 9 ч
пропарки при /=70° С;
5 — то же, после пропар-
ки при /=50° С
С этой целью, например, на стройках Японии при элек-
тропрогреве бетон затворяют на морской воде.
Достоинством добавок хлористого кальция или дру-
гих солей является также удерживание влаги в бетоне,
что предотвращает быстрое высушивание его при про-
греве. Характеристика влияния добавки хлористого
кальция на твердение бетона в начальный период (при
прогреве) и в последующем до 60 сут приведена на
рис. 8.6. Бетон состава 1 :2,5 4 на портландцементе при
подвергали прогреву в течение 9 ч. Подъем
температуры был равен 10° в 1 ч. Образцы размером
20X20X20 см прогревали при температурах 50—70° С.
Вместо обычно наблюдаемого снижения прочности
396
на портландцементе было получено повышение прочно-
сти прогретого бетона при дальнейшем его твердении.
Добавкой CaCU можно предотвратить потери проч-
ности бетона при тепловой обработке и при его дальней-
шем твердении. Природа ускоряющего действия хлори-
стых солей на сроки схватывания и твердения заключа-
ется в повышении растворимости извести портландце-
мента и в ускорении процесса гидролиза клинкерных
минералов. При пониженных положительных температу-
рах продолжительность растворения извести уменьшает-
ся, а поэтому добавление ускорителей делается более
эффективным. С повышением температуры и увеличени-
ем срока прогрева роль ускорителей в этом отношении
уменьшается, но является все же полезной.
Ускоряющее действие добавок в бетоне на шлако-
портландцементе сказывается еще больше, чем в бетоне
на портландцементе. Объясняется это тем, что добавки
ускоряют гидратацию шлаковых зерен относительно
больше, чем гидратацию минералов цементного клинке-
ра. В этом отношении роль ускорителей аналогична дей-
ствию повышенных температур и увеличению тонкости
помола.
Добавка щелочных хлоридов NaCl, КС1 и К2СО3 так-
же повышает растворимость извести при твердении
портландцемента и приводит благодаря обменным реак-
циям к ускорению твердения, что весьма ценно при ра-
боте на морозе.
Ускоряющее действие электролитов на гидратацию
цемента дополняется их уплотняющим действием на
структуру цементного камня в период ее формирования.
Однако уплотняющее действие электролитов зависит от
их влияния на скорость схватывания цементного теста и
проявляется в том случае, когда процесс схватывания не
препятствует процессу уплотнения, т. е. когда добавка
резко не ускоряет схватывание. Этим и определяется
эффективность добавки в зависимости от ее природы и
минералогического состава портландцемента.
В настоящее время для бетона рекомендуются пла-
стифицирующие добавки. Наиболее эффективным пла-
стификатором считается сульфитно-спиртовая барда
(ССБ) и поставляемая в последнее время вместо нее
сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ).
Влияние добавки ССБ на величину сокращения рас-
хода портландцемента проверялось на бетонах с ВЩ=
397
= 0,5, приготовленных на ангарском, белгородском и
воскресенском портландцементах, а также на воскре-
сенском и куйбышевском быстротвердеющих цементах
(БТЦ).
Для бетонов на низкоалюминатных (ангарском, бел-
городском) портландцементах оптимальная дозировка
ССБ составляет 0,1—0,15%, для бетонов на среднеалю-
минатном (воскресенском) портландцементе — 0,15%,
а на БТЦ — 0,15—0,25% массы цемента. При этом
введение ССБ позволяет уменьшить расход низкоалю-
минатного портландцемента на 10%, среднеалюминат-
ного — на 5%, а БТЦ — на 5—15% в зависимости от ре-
жима тепловой обработки, расхода цемента в бетоне.
Эти величины связаны с сокращением расхода цемен-
та за счет добавок — ускорителей твердения, но в отли-
чие от последних при введении ССБ сокращение расхода
цемента повышается с увеличением его расхода в бетоне.
Таким образом, на основании этих исследований
можно сделать вывод, что с точки зрения сокращения
расхода цемента ускорители твердения и пластифициру-
ющие добавки как бы дополняют друг друга. Как пра-
вило, там, где неэффективен ускоритель твердения (дли-
тельный режим тепловой обработки, повышенный расход
цемента, тонкомолотый портландцемент), эффективной
оказывается пластифицирующая добавка, и наоборот.
Это свидетельствует о том, что оптимальной для этих
целей может оказаться комплексная добавка, состоящая
из ускорителя твердения и пластификатора.
Опыты, выполненные на бетоне, приготовленном на
быстротвердеющем портландцементе Куйбышевского за-
вода, показали, что оптимальной комплексной добавкой
для этого бетона оказалось сочетание 1,5% Na2SO4+
+0,15% ССБ. Введение этой добавки позволило умень-
шить расход цемента на 12%.
Для бетонов на портландцементах Ангарского, Бел-
городского и Воскресенского заводов совместное введе-
ние добавок сернокислого натрия или хлористого каль-
ция и ССБ позволило сократить расход цемента на 10%.
Сокращение расхода цемента от введения названных
ускорителей твердения в бетонах, независимо от режима
их пропаривания, может составить 7—10%, уменьшаясь
до 5—7% с увеличением алюминатности портландце-
мента.
398
ГЛАВА 9
ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА В ЗАМОРОЖЕННОМ
СОСТОЯНИИ
Бетон и раствор, замороженные в раннем возрасте,
обладают достаточно высокой прочностью. Исследова-
ния, связанные с изучением этого свойства бетона, про-
водились автором в 1940 и 1941 гг. а также в период
Великой Отечественной войны, когда стали использовать
это свойство бетона в строительстве.
Как видно из приводимых ниже материалов, в после-
военный период автором были продолжены исследова-
ния прочности бетона при замораживании его при тем-
пературах до —150° С. В последние годы интересные ра-
боты проведены в лаборатории коррозии НИИЖБ,
руководимой проф. В. М. Москвиным [42]. Работы со-
трудников этой лаборатории: Л. Н. Антонова, М. М. Кап-
кина и А. Н. Савицкого, В. Н. Ярмаковского посвящены
исследованию влияния низких отрицательных темпера-
тур на прочность, морозостойкость и дсформативность
затвердевшего бетона (месячного и более позднего воз-
раста).
За рубежом, особенно в США, Франции, Японии, в
последние годы также уделяется большое внимание ис-
следованию свойств цементных бетонов при низких от-
рицательных температурах до —252° С. Поэтому воздей-
ствие отрицательных температур вплоть до кипения
жидкого азота (—196° С при атмосферном давлении)
представляет не только теоретический, но и практиче-
ский интерес. Вопросы эти выдвинуты перед наукой не-
обходимостью хранения и транспортирования сжижен-
ного газа, что является удобным и экономичным, по-
скольку он занимает значительно меньший объем, чем в
газообразном состоянии. Интерес представляет также
использование эффекта сверхпроводимости при переда-
че электроэнергии при низких напряжениях тока по
криогенному кабелю. Все больший интерес приобретает
решение проблемы использования и транспортирования
на большие расстояния сжиженного газа. Настоятельно
выдвигается задача возведения сооружений в районах
Крайнего Севера и распространения вечномерзлых грун-
тов, которые будут эксплуатироваться при постоянных
отрицательных температурах.
399
Строители должны быть знакомы с этими вопроса-
ми, чтобы правильно использовать прочность бетона в
замороженном состоянии.
В связи с этим следует привести некоторые данные
о прочности чистого льда и замороженного бетона. Раз-
личные исследователи оценивают сопротивление пресно-
го льда сжатию в 2—4 МПа. При параллельном прило-
жении усилий по отношению к оси кристаллов прочность
Рис. 9.1. Прочность бетона в замороженном состоянии и бетона,
твердевшего в нормальных условиях
/ — бетон в замороженном состоянии; 2, 3 — твердевший в нормальных усло-
виях
льда в 1,3 раза выше, чем при перпендикулярном. Об-
разцы, взятые из нижних слоев толщи льда, имеют
прочность, несколько более высокую, чем из верхних.
Прочность льда на разрыв в 2—4 раза меньше значений,
получаемых при сжатии. Соленый лед (замерзшая мор-
ская вода) имеет более высокие средние показатели
прочности, чем пресный лед.
В лаборатории бетонов ЦНИПС в начале 40-х го-
дов под руководством автора было проведено исследо-
вание прочности бетона, подвергавшегося заморажива-
нию в различном возрасте после изготовления.
Вначале прочность бетона при сжатии испытывалась
400
на бетонных образцах размером 20X20X20 см, а на
удар — на плитках размером 20X20X10 см. Бетон при-
готовлялся на портландцементе Чернореченского заво-
да марки 300 и на портландцементе, доставленном со
стройки. Затем опыты были продолжены на портландце-
менте Воскресенского завода марки 400 с бетонами ма-
рок 70, НО и 170, а также с бесцементным льдобетоном.
В этом случае опытными образцами служили кубики
Tf сут нормального твердения до замораживания
Рис. 9.2. Прочность бетона па портландцементе марки 400 различных
марок в замороженном состоянии
/ — хранение в нормальных условиях; 2 — заморожены при /=—5° С; 3— то
же, при /=—20° С
размером ЮХЮХЮ см. Замороженные образцы испы-
тывали сразу же после 3-суточного пребывания их в хо-
лодильных камерах, где температура поддерживалась
—20 и —5° С. В холодильник образцы вносились через
1 —1,5 ч после изготовления, а также через 1, 3, 5, 10 и
30 сут хранения в нормальных условиях.
Параллельно с опытными замораживаемыми образ-
цами были приготовлены контрольные кубики и плитки,
которые испытывали в возрасте 1, 3, 5, 10 и 30 сут. Ре-
зультаты испытаний представлены в табл. 9.1 и на
рис. 9.1 и 9.2.
26—23
401
Таблица 9.1
ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА В ЗАМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
Образцы	Состав по объему, В/Ц	Рас- ход цемен- та, кг/м1	Прочность при сжатии				
			замораживание при				
			в возрасте, сут				
			сразу после изго- товле- ния		3	5	
Опыты
Песок, насыщенный водой			10,3				
Песчано-гравели- стая смесь, насыщен- ная водой							
Бетон марки 70 на портландцементе марки 400	1 : 3,44 : 6,05; В/Ц=\,П	186	8,2	10,5	13,5	16,5	
Бетон марки 110 на портландцементе марки 400	1 : 2,84 : 5,38; ВЩ=0,89	214	8,2	13,3	15,9	16,9	
Бетон марки 170 на портландцементе марки 400	1 : 2,16 : 4,42 В/Ц=0,68	264	8,1	14,6	18,3	20,7	
Бетон марки 200 на портландцементе Чернореченского за- вода марки 300	1 : 2,43 : 4,89; ВЩ -~0,67	242				Опыты	
Бетон на портланд- цементе марки 400	1 : 1,71 : 4,26; В/Д=0,57	291					
Бетон на портланд- цементе Черноречен- ского завода марки 300	1 : 2,43 4,89; В/Ц=0,67	242					
402
в замороженном состоянии, МПа
/=-5° С	замораживание при t	17, —20° С	контрольные, в возрасте, сут
сут
	10	30	сразу после изго- товле- ния		3	5	10	30	3	5	10	30
	1941 г		10,2							—		—
			16,2			При /=— —15° С						—
	15	14,5	16,5	18,3	21,8	17,1	15,5		2,9	4,3	5,9	8,3
	19,2	19,1	16,6	25	24,9	19,4	19,5	17	5,4		8,7	12,8
	22,3	21,8	16,6	24,9	25,8	23,6	22	21,8	8,4	12,3	14,5	19,1
	1940 г.		12,4	17,7	25,1	27,6	—		7,4	11,9		23,2
			14,5	20,2	20,7	23,3			6,3	8,5		24,7
			При t=	—8е С 15,4	22,1	—	—	—				—
26*
403
Из этих данных видно, что в замороженном состоя-
нии бетон имеет очень высокую прочность, которая даже
в случае замораживания сейчас же после изготовле-
ния достигает 8—16 МПа. При увеличении срока выдер-
живания бетона до замораживания в нормальных усло-
виях до 3—5 сут с понижением температуры временная
прочность бетона в замороженном состоянии повышает-
ся. После 5 сут нормального твердения бетон, заморо-
женный при температуре —20° С, имел прочность при
сжатии: на портландцементе Чернореченского заво-
да— 27,6 МПа, на портландцементе, доставленном со
стройки, — 23,3 МПа и на портландцементе Воскресен-
ского завода — 23,6 МПа. Первые опыты показали, что
с повышением температуры замораживания от —20 до
0° С прочность бетона падает.
Влияние температуры замораживания на прочность
бетона было выявлено более полно в опытах 1941 г. Как
видно из табл. 9.1, при замораживании в первые 3 сут
при температуре —5° С бетон имеет прочность в 1,5 раза
меньшую, чем при температуре —20° С. Более высокие
температуры, чем —5° С, являются недостаточно надеж-
ными для использования прочности замороженного бе-
тона.
Интересно отметить, что во время испытания бетон-
ных образцов после замораживания в возрасте до 5 сут
не наблюдалось обычного разрушения и раздробления
сжатого бетона. Бетонные образцы при сжатии вели себя
так же, как образцы из материала, обладающего повы-
шенными пластическими свойствами и большой вяз-
костью. При испытании, начиная с 10-суточного возра-
ста, обнаруживается хрупкое разрушение бетона, что
еще больше проявляется к 30 сут; при сжатии образцы
раскалываются по вертикальным плоскостям.
Интересно также отметить, что кубик, оставленный
после испытания, будучи замороженным в суточном
возрасте, имел прочность 17,7 МПа, а через 5 мес по-
следующего нормального твердения —27,5 МПа. Это
говорит о том, что прочность деформированного бетона
в замороженном состоянии (молодого возраста) в по-
следующем способна увеличиваться. Это вполне понят-
но, поскольку структура такого бетона в замороженном
состоянии не нарушается (происходит смятие), а после
оттаивания он может снова твердеть.
Опыты с образцами из песка и гравелисто-песчаной
404
смеси с полным заполнением пустот водой показали, что
в замороженном состоянии они приобретают достаточно
высокую прочность. При этом существенную роль играет
гранулометрия смеси и плотность ее укладки. Как видно
из данных, проводимых в табл. 9.1, применение вместо
песка гравелисто-песчаной смеси повышает прочность
образцов в 1,5 раза.
Возможность получения высокой прочности бесце-
ментных льдобетонов может быть использована при со-
оружении временных дорог, заграждений и некоторых
конструкций в вечномерзлом грунте и в зимний период.
Для получения характеристики замороженного бето-
на в части сопротивления его ударной нагрузке (что так-
же является очень важным) в лаборатории были испыта-
ны стандартные плитки на разрушение (на приборе
Мартенса). Кроме получения характеристики сопротив-
ляемости замороженного бетона удару необходимо было
сравнить замороженный бетон с бетоном, твердеющим в
нормальных условиях. Поэтому на удар были испытаны
плитки, хранившиеся в нормальных условиях в возрасте
1, 3, 5 и 30 сут и затем замороженные. На мороз плитки
выносили (так же как и кубы) через 1 —1,5 ч и через
1,3 и 5 сут хранения в нормальных условиях после изго-
товления.
При замораживании в возрасте 3—5 сут бетон обладал более
высокими показателями прочности на удар, чем после 30-суточного
твердения в нормальных условиях.
Замороженный бетон обладает повышенной ударной вязкостью.
Это свойство замороженного бетона может быть выгодно использо-
вано при изготовлении и забивке железобетонных свай в зимнее вре-
мя и в некоторых других случаях строительной практики.
Высокая прочность замороженного бетона может быть использо-
вана при перевозке готовых строительных деталей, которые иногда
не обладают требуемой транспортабельностью, а также при монта-
же оборудования на бетонных фундаментах и т. п.
Из числа забиваемых свай при возведении сооружений на ис-
кусственном основании не менее 50% приходится на железобетонные
забивные сваи. При этом в силу ряда преимуществ (неограничен-
ность размеров, долговечность) удельный вес изготовляемых и за-
биваемых железобетонных свай с каждым годом возрастает. Еще
до войны трест глубинных работ ежегодно забивал около 60 000 м
железобетонных свай. При изготовлении и забивке железобетонных
свай строители сталкиваются с большими трудностями. Это больше
всего объясняется тем, что свайные работы начинаются тогда, когда
на строительной площадке еще отсутствует паровое хозяйство, необ-
ходимые помещения для выдерживания свай и т. п.
Необходимая прочность бетона для забивных железобетонных
свай определяется следующими тремя факторами: ударной нагруз-
405
кой при забивке свай, транспортированием их к месту забивки и ра-
ботой свай под постоянной нагрузкой.
С технической стороны основным критерием для применения по-
вышенных марок бетона при изготовлении свай является поведение
их под ударной нагрузкой при забивке в грунт. При этом приходится
принимать во внимание и такие факторы, как грунтовые условия,
глубину забивки свай, их размеры и действительные нагрузки.
Параллельно с лабораторными экспериментами в ЦНИПС на од-
ном из строительств была произведена опытная забивка заморожен-
ных железобетонных свай.
Всего зимой 1939/40 г. на этом строительстве было забито 80 же-
лезобетонных свай, подвергавшихся предварительному 2-суточному
замораживанию после 5-суточного выдерживания их в тепляке. Бе-
тон для свай применялся состава 1 :2,2 : 3,3 на портландцементе
марки 400.
Через месяц после забивки две железобетонные сваи были от-
рыты до глубины 2 м (до уровня грунтовых вод) и тщательно
осмотрены. При осмотре никаких трещин и деформаций не было об-
наружено. Впоследствии одна свая была извлечена целиком при по-
мощи четырех домкратов грузоподъемностью до 8 т. Осмотр пока-
зал, что свая также никаких трещин и деформаций не получила.
Больше того, строители замечали трещины и откалывание бе-
тона в тех случаях, когда сваи забивались после 30-суточной вы-
держки в тепляках. При забивке замороженных свай даже головки
их не были повреждены. Сваи забивались через наголовник с амор-
тизационной подушкой из дубовых брусьев.
При применении свай длиной 6—8 м нет особых оснований опа-
саться отогревания и размягчения бетона в головке свай в процессе
их забивки. Исключение могут составлять случаи забивки свай боль-
шой длины в весьма плотные грунты, где количество ударов доходит
до 1000. В некоторых случаях, может быть, потребуется делать не-
большие перерывы в забивке для замораживания бетона в головках
свай, нагреваемых от ударов. С фактором нагревания головок свай
после большого количества ударов, безусловно, надо считаться.
На забитых сваях через 2—3 мес были забетонированы фунда-
менты и установлены колонны сооружений. Общее впечатление
строителей в отношении внедрения данного способа при зимнем
производстве работ было вполне благоприятным.
В тех случаях, когда по производственным условиям полную
проектную марку бетона забиваемых на морозе свай получить труд-
но, можно рекомендовать замораживание их прочности бетона по-
рядка 40% от заданной марки и забивку в грунт вести в заморожен-
ном состоянии. Бетон в сваях следует замораживать при темпера-
туре не выше —8° Сив течение не менее 2 сут.
ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРА И БЕТОНА
В УСЛОВИЯХ ГЛУБОКОГО
ХОЛОДА
В нефтяной промышленности при депарафинизации
масел на нефтеперерабатывающих заводах и при сжи-
жении газов приходится иметь дело с глубоким охлаж-
дением (при температурах —156°С). В связи с этим в
406
Таблица 9.2
ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРА СОСТАВА 1 3 В ЗАМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
(ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ МАРКИ 400)
Возраст раствора до заморажи- вания, сут	Прочность раствора, МПа				
	до замора- живания	в замороженном состоянии при температуре, °C			
		—25	1 -50	|	-75	—100
1	1,9	19,5	23,4	33,1	39
2	4,9	21,4	28,4	33,1	46,8
3	5,8	23,4	33,1	35,1	52,6
5	—	27,3	33,2	37	49,5
7	7,6	29,2	34,1	37	54,6
10	9,8	31,2	35,4	42,9	54,6
18	13,6	33,1	39	42,9	52,7
Примечание. Прочность раствора после оттаивания прак-
тически оказалась такой же, какая была получена до заморажи-
вания.
лаборатории строительных материалов Академии нефтя-
ной промышленности под руководством автора была ис-
пытана прочность растворов и бетонов при температу-
рах до —150° С. В табл. 9.2. приведены результаты
испытаний одной серии образцов раствора, заморожен-
ного при температуре — 25, —50, —75, —100° С.
Как это видно из таблицы, с понижением температу-
ры прочность закономерно повышается. Наибольшие по-
казатели прочности получились при замораживании
раствора в возрасте 7—10 сут, твердевшего в нормаль-
ных условиях. Образцы, испытанные после оттаивания,
практически имели ту же прочность, что и до заморажи-
вания. Цементный камень при температуре —150° С
имел прочность до 90 МПа. В условиях глубокого холода
прочность бетона получается выше прочности раствора.
При сжатии под прессом бетон разрушается как древе-
сина— со смятием образцов. В замороженном состоянии
при температуре —170° С древесина сосны приобретает
прочность, в 2 раза с лишним превышающую прочность
при температуре 15° С. При этом с повышением влаж-
ности прочность значительно повышается.
В работе Н. В. Свиридова изучалось влияние степе-
ни понижения температуры замораживания бетона и его
влажности на изменение кубиковой и призменной проч-
407
Таблица 9.3
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА БЕТОНА И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЧНОСТЬ
ПРИ СЖАТИИ
Состав бетона по массе	В/Ц	Абсолютная и относительная кубиковая прочность бетона при температурах, °C				
		+20 |	—60 |	-70 |	—100	—196
1 1,33 3,11	0,35	66,3	92,82	93,48	94,15	92,16
		100	140	141	142	139
2,16 4,5	0,5	43,4	74,4	74,3	73,95	71,78
		100	171	171	170	165
1 3,33 5,55	0,7	28	55,7	55,4	55,4	53,76
		100	199	198	198	192
Примечания:	Бетон приготовлен на цементе завода
«Гигант».
2. В числителе указана прочность в МПа, в знаменателе — от-
носительная прочность бетона в процентах по отношению к проч-
ности при 20° С.
ности, а также статического модуля упругости. Эти
характеристики определялись в интервале температур
от 20 до —50° С в однократно замороженном состоянии
и после оттаивания. В результате испытаний установле-
но, что с понижением температуры замораживания бе-
тона до —50°С происходит увеличение кубиковой
прочности со 105% (при —10°С) до 152% (при —50°С),
призменной прочности со 115% (при —10°С) до 209%
(при —40° С) и статического модуля упругости со 101%
(при—10°С) до 126% (при— 50°С).
Исследования показали, что на прочность бетона в
замороженном состоянии существенное влияние оказы-
вает его влажность. Например, с увеличением влажно-
сти затвердевшего бетона с 2,1 до 3,5 и 4,5% кубиковая
прочность при температуре —40° С соответственно по-
вышалась до 120, 127 и 155%.
В работе [42] исследовались физико-механические
свойства бетона при воздействии глубокого охлаждения
(до —196° С) для определения возможности применения
его в конструкциях сооружений промышленного назна-
чения. Получение таких данных необходимо для расчета
несущей способности бетонных и железобетонных кон-
струкций, эксплуатируемых в подобных условиях.
408
Таблица 94
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА БЕТОНА И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЧНОСТЬ
ПРИ ИЗГИБЕ
Состав бетона по массе	в/ц	Абсолютная и относительная прочность бетона на растяжение при температурах, °C				
		+20	[	—60	|	70 1	—100 |	—196
1,33 3,11	0,35	9,3	20,18	20,83	20,46	20
		100	217	224	220	215
2,16 4,5	0,5	6,25 100	15,6 250	15,63 250	15,6 250	15,5 248
3,33 5,55	0,7	3,92 100	11,55 295	11,76 300	11,56 295	11,37 290
Примечания.	Бетон приготовлен на цементе завода «Гигант». 2. В числителе указана прочность бетона в МПа, в знаменате- ле — относительная прочность бетона в процентах по отношению к прочности при +20° С.						
Бетон испытывался нескольких составов с В/Ц=0,35;
0,4; 0,5 и 0,7. Были использованы портландцементы:
алитовый, белитовый, сульфатостойкий пуццолановый и
портландцемент рядового состава. В качестве заполни-
телей применялись речной кварцевый песок и гранитный
щебень. Бетонные образцы охлаждались до—196° С
жидким азотом и охлаждающими жидкими смесями.
Физико-механические характеристики бетона при низ-
ких температурах определялись в специальных емко-
стях, куда заливались эти смеси. Опытными образцами
служили кубы 7X7X7 см-и призмы 7X7X28 и 4Х4Х
Х16 см, предварительно насыщавшиеся водой перед ис-
пытанием в течение 2 сут при атмосферном давлении.
Основные результаты этих испытаний приведены в
табл. 9.3 и 9.4.
Как видно из приведенных данных, наибольшее уве-
личение прочности бетона происходит с понижением
температуры до —60° С. При дальнейшем понижении
температуры прочность увеличивается незначительно и
с понижением до —100° С достигает максимального зна-
чения. При температуре около —60° С происходит замер-
зание воды, содержащейся в гелях гидросиликата каль-
409
ция, т. е. практически вся вода, содержащаяся в бетоне,
замерзает. Составляющие бетона оказываются сцемен-
тированы не только затвердевшим цементом, но и обра-
зовавшимся льдом в порах и капиллярах цементного
камня и бетона. В отличие от результатов, полученных
при испытании бетонов, замороженных более чем в ме-
сячном возрасте, в наших опытах при замораживании
Рис. 9.3. Прочность бетона в замороженном состоянии
а —бетон	марки	200	на	портландцементе,	замороженный	при	f=—20° С;
б — бетон	марки	250	на	портландцементе,	замороженный	при	f=—50° С:
в — бетон	марки	250	на	портландцементе,	замороженный	при	f=—100° С;
1 — сразу после укладки; 2—через 1 сут; 3 — через 3 сут; 4— через 5 сут
образцов в раннем возрасте наблюдалось более сущест-
венное повышение прочности с понижением темпера-
туры.
На рис. 9.3 приведены результаты испытаний на
прочность при сжатии бетонных образцов, заморожен-
ных в раннем возрасте (до 5-суточного возраста) и ис-
пытанных при температурах —20, —50 и —100° С.
Опыты проводились неодновременно, но возраст замо-
раживания бетона был одинаковым. Разница главным
образом заключалась в том, что в опытах с заморажива-
нием при температурах —20 и —50° С бетонная смесь
применялась подвижной консистенции, а при —100° С
образцы были изготовлены из жесткой смеси. Это, по-
видимому, и привело к значительному повышению проч-
ности при температуре —100° С. Во всех случаях бетоны,
замороженные сразу же после укладки, имели в замо-
роженном состоянии самую низкую прочность. По мере
410
приобретения бетоном прочности до замораживания в
замороженном состоянии она также повышается. В бо-
лее позднем возрасте, когда жидкой фазы остается мень-
ше и цементирующая роль льда снижается, прочность
бетона в замороженном состоянии меньше отличается
от действительной его прочности.
Рассматривая набор прочности бетонами, заморожен-
ными при температурах —20 и —50° С, видно, что проч-
ность их после оттаивания нарастает примерно одинако-
во после предварительного выдерживания одно и то же
время.
В возрасте 28 сут недобор прочности у образцов, за-
мороженных сразу, оказался очень большим и соответст-
венно составлял 53 и 40% от R28. Однако образцы, пред-
варительно выдержанные до замораживания в течение
3—5 сут, достигали за 28 сут в нормальных условиях
полной марочной прочности, независимо от температуры
замораживания. Бетон с меньшим водосодержанием (из
смеси жесткой консистенции), замороженный сразу пос-
ле изготовления даже при замораживании при темпера-
туре —100° С, затем снизил прочность всего лишь на
13%. Бетоны же, выдержанные до замораживания в те-
чение 3 и 7 сут, потерь прочности не имели (рис. 9.4, а)
Следовательно, как на макроструктуру, так и на микро-
структуру (т. е. на гелевую) низкая температура после
достижения до начала замораживания критической
прочности влияния не оказывает. Это положение необ-
ходимо учитывать при рассмотрении вопросов, связан-
ных с теорией твердения и деформативными изменения-
ми его при различных отрицательных температурах.
В том случае, когда макростуктура при раннем замора-
живании не нарушена и условия влажного хранения
обеспечивают развитие процессов гидратации цемента,
свойства бетона остаются неизменными. Следует заме-
тить, что при замораживании бетонов из смесей подвиж-
ной консистенции и с большим расходом воды после за-
мораживания в раннем возрасте наблюдаются значитель-
ные потери прочности. Как это видно из рис. 9.4, б,
замораживание бетона с В/Д=0,68 при температуре
—20° С вызвало недобор прочности сразу после укладки
на 32%, а в возрасте одних суток — на 17% от /?28- Это
указывает на то, что воздействие температуры —100° С
не отличается от воздействия таких отрицательных тем-
ператур, с которыми имеют дело строители при произ-
411
водстве работ в зимних условиях. Более существенную
роль играют технологические факторы.
В 1972 и 1973 гг. в лаборатории ускорения твердения
бетона Б. А. Крыловым, О. С. Ивановой, К. И. Серге-
евым при участии Л. И. Кудоярова были исследованы
прочностные и деформативные свойства бетона в замо-
роженном состоянии.
Рис. 9.4. Прочность бетона на портландцементе после заморажива-
ния в возрасте 0, 1, 3, 7 сут при температуре
а — /=—100° С; б—/=—20° С и 28 сут твердения в нормальных условиях;
/ — сразу после укладки; 2 —через 1 сут; 3 —через 3 сут; 4 — через 7 сут;
Опытные образцы в виде кубов и призм были приго-
товлены на портландцементе Белгородского завода при
В/Д=0,66. Подвергался испытанию бетон марки 350.
Одновременно изготовлялись образцы из «модельного
тела» и льда. При изготовлении «модельного тела» при-
менялся тонкомолотый песок вместо цемента. В опытах
определялась (как в нормальных условиях, так и в за-
мороженном состоянии) прочность на сжатие и на рас-
тяжение при изгибе, призменная прочность, начальный
модуль упругости, относительные деформации ползуче-
сти. Замораживание всех образцов и длительное испы-
тание призм па ползучесть в замороженном состоянии
осуществлялось в камере при температуре —28±2°С.
Призмы загружались на пружинных установках. Основ-
412
ные физико-механические свойства бетона в заморожен-
ном состоянии представлены в табл. 9.5.
Из полученных данных видно, что прочность на сжа-
тие бетона, замороженного сразу после укладки, состав-
ляет 83% прочности бетона 28 сут нормального хране-
ния. Образцы сохраняют свою внешнюю форму, проис-
ходит смятие материала, объясняющееся повышенной
пластичностью льда.
«Модельное тело», содержащее вместо цемента такое
же количество кварцевого песка той же дисперсности,
показало в замороженном состоянии прочность, пример-
но равную прочности сразу замороженного бетона.
Это объясняется тем, что, как в свежезамороженном
бетоне, прочность «модельного тела» определяется обра-
зованием льда, содержание которого в обоих образцах
одинаково. Характер разрушения под нагрузкой образ-
цов «модельного тела» и свежезамороженного бетона
аналогичен.
Предварительное выдерживание бетона до замора-
живания повышает его прочность в замороженном
состоянии следующим образом — кубиковая прочность
бетона, замороженного после односуточного выдержива-
ния, составила 40,7 МПа или 116% от а после двух-
суточного — соответственно 45 МПа, или 128%.
Увеличение в замороженном состоянии прочности бе-
тона, замороженного с предварительной выдержкой,
объясняется тем, что за время выдерживания при поло-
жительной температуре в бетоне формировался каркас,
который вместе со льдом армирует систему, придавая ей
жесткость. При этом наблюдается хрупкое разрушение
образца с расколом и образованием параллельных
трещин.
По мере увеличения возраста бетона до заморажива-
ния происходит дальнейшее упрочнение структуры бето-
на и рост его прочности с уменьшением количества
свободной воды. Прочность бетона, замороженного пос-
ле 28 сут твердения в нормальных условиях, достигает
51,1 МПа, что составляет 146% от R^.
Те же закономерности наблюдаются при изучении
призменной прочности бетона и его начального модуля
упругости в замороженном состоянии. Призменная проч-
ность бетона, замороженного сразу после укладки, со-
ставляет 88% прочности контрольного незамороженного
413
Таблица 9.5
ПРОЧНОСТЬ И МОДУЛЬ УПРУГОСТИ БЕТОНА В ЗАМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
Условия твердения и замораживания образцов	Возраст в сутках	Результаты испытаний					Нормативные требования СНиП П-В.1-62	
		Кубиковая проч- НОСТЬ* йкуб	Призменная прочность* Япр	9-^/% ЭИНЭГПОНХО	Прочность* на растяжение при изгибе	Начальный мо- дуль упруго- стях 10 ~	проектная марка бетона по проч- ности при сжатии	начальный модуль упругости ю—3
Бетон, заморо-	0	29,1	24,4	0,85	7,7	22,6		
		83	88		54	83		
женный сразу пос-								
ле укладки Бетон, заморо- женный после од-		40,7	36,5	0,87	9,9	25		
	1	116	132		69	92		
носуточного пред- варительного вы- держивания								
Бетон, заморо-	2	45	41,5	0,9	11,6	37,5		
		128	147		81	137		
женный	после								
двухсуточного предварительного выдерживания								
Бетон, заморо- женный	после 28 сут твердения в нормальных ус- ловиях	28	51,1	45	0,88
		146	166	
Лед		8,9	5,8	0,65
Модельное тело		30,6	28,0	0,92
Бетон, твердею- щий при темпера- туре 12—14°С	1	1,9 5,4	1,2 4,4	0,63
То же	2	5,6 16	3,9 14,1	0,8
То же, в нор- мальных условиях	28	35,1 100	27,6 100	0,79
* Над чертой указаны абсолютные значения прочности в
5 женного бетона, твердевшего в нормальных условиях.
17,6 123	38,6 141	350	29,5
	4,83		
	3,05		
1,9			
13			
14,3 100	27,3 100	350	29,5
МПа, под чертой — в % от 28-суточного незаморо-
бетона. Для бетона, замороженного после 2-суточного
выдерживания, она составляет уже 147%, а при замора-
живании бетона в 28-суточном возрасте— 166%. Харак-
тер разрушения бетонных призм, замороженных сразу
после приготовления, свидетельствует о высокой пла-
стичности материала. Образцы, выдержанные до замо-
раживания, показали хрупкое разрушение.
Начальный модуль упругости бетона, замороженно-
го сразу после укладки, на 17% ниже модуля упругости
контрольного бетона. При 1-суточном предварительном
выдерживании модуль упругости увеличивается на 9%
и составляет 92%. Бетонные образцы, замороженные
после 2- и 28-суточного предварительного выдержива-
ния, превысили модули упругости контрольных образцов
на 37 и 41%.
Таким образом, физико-механические характеристи-
ки бетона в замороженном состоянии выше, чем у неза-
мороженного бетона того же возраста. С увеличением
времени предварительного выдерживания прочности на
сжатие, призменная и на растяжение при изгибе увели-
чиваются, а деформативность уменьшается.
При этом наименьшее увеличение в замороженном
состоянии имеет прочность на растяжение при изгибе.
При 1- и 2-суточном выдерживании она составляет 69 и
81% от прочности контрольных незамороженных образ-
цов, в то время как кубиковая соответственно 116 и
128%. Это свидетельствует о том, что растяжение при
изгибе — более чувствительная характеристика материа-
ла, чем сжатие.
При воздействии длительной нагрузки на бетон, за-
мороженный сразу после укладки, его относительные
деформации ползучести в 15—20 раз превышают дефор-
мации бетона нормального хранения 28-суточного воз-
раста (см. рис. 9.5).
Высокие деформации ползучести возникают вследст-
вие того, что материалом, связывающим твердые части-
цы бетонной смеси, является лед, обладающий высоки-
ми пластическими свойствами. Под воздействием дли-
тельной нагрузки происходит смещение твердых частиц,
разделенных ледяными пленками и кристаллами льда.
Пластические свойства льда наиболее ярко проявляют-
ся при изучении деформаций ползучести чистого льда
(см. рис. 9.5, кривая /).
Под действием постоянной нагрузки в течение 20 сут
416
имеет место интенсивный рост деформаций, в дальней-
шем деформативность уменьшается, и после 50 сут на-
блюдения кривая приобретает пологий характер. Конеч-
ная величина деформаций ползучести характеризует
высокую текучесть льда под нагрузкой. Относительные
деформации ползучести бетона, замороженного сразу
Рис. 9.5. Относительные
деформации ползучести
бетонных образцов в за-
мороженном состоянии,
загруженных нагрузкой
0,2 7?пр
1 — лед, #пр=5,8 МПа;
2 — бетон, замороженный
сразу после укладки в те-
чение 7 сут, /?пр=24,4 МПа;
3 — «модельное тело», за-
мороженное сразу, ЯПр=
=28 МПа; 4—бетон, замо-
роженный после односуточ-
ного выдерживания, /?пр =
=36,5 МПа; 5—бетон, замо-
роженный после 28-суточного
выдерживания, /?пр =45 МПа;
6— бетон, замороженный пос-
ле 28-суточного твердения в
нормальных условиях, /?пр =
=27,6 МПа
после укладки, меньше по величине и имеют другой ха-
рактер.
При замене цемента в бетоне молотым кварцевым
песком такой же дисперсности относительная деформа-
ция ползучести такого «модельного тела» уменьшается
на 10% по сравнению с деформациями сразу заморожен-
ных бетонных образцов (кривая 3). Очевидно, это свя-
зано с тем, что цемент, находящийся в бетоне, в процес-
се приготовления бетонной смеси и охлаждения ее
частично растворяется и накапливает продукты гидрата-
ции, не придавая бетону прочности.
27—23
417
Так как ползучесть замороженного бетона обуслов-
лена, в основном, пластическими свойствами льда, со-
держащегося в нем, то льдистость в первую очередь
влияет на величину его деформаций при длительном
загружении. Этим, в частности, объясняется снижение
ползучести после выдерживания бетона до заморажи-
вания.
По мере увеличения времени выдерживания бетона
до замораживания количество свободной воды и льди-
стость уменьшаются, вместе с тем происходит некоторое
формирование кристаллической структуры (каркаса)
цемента. Все это укрепляет монолитность системы в це-
лом, нарушает сплошность льда. Поэтому деформации
ползучести бетона, выдержанного до замораживания,
уменьшаются по сравнению со свежезамороженными
образцами, приближаясь по мере увеличения времени
выдерживания к образцам нормального хранения (кри-
вые 4 и 5). Образцы, замороженные в возрасте 28 сут
нормального хранения, весьма мало отличаются по ве-
личине деформаций ползучести от нормально твердев-
ших образцов.
Таким образом, деформации ползучести бетона в за-
мороженном состоянии зависят от количества льда в бе-
тоне, характера его кристаллической структуры, а так-
же прочности смерзания между компонентами бетона и
образовавшимся льдом.
ГЛАВА 10
ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА
С целью достижения требуемой прочности и плотно-
сти бетона, а также экономного расхода цемента подбо^
ру состава бетона в зимних условиях должно быть уде-
лено большее внимание, чем при летних работах. Для
ускорения твердения и повышения прочности бетона не-
обходимо не только правильно назначать материалы
для бетона и соотношение их между собой, но и прибе-
гать к различным добавкам, тепловой обработке и т. п.
Принтом рекомендуется применять высокоактивные
быстротвердеющие цементы с повышенной экзотермич-
ностью (для сооружений малой и средней массивности);
максимально снижать значение водоцементного отноше-
418
ния, по преимуществу за счет эффективного уплотнения
бетонной смеси; вводить в состав бетона ускорители
твердения; применять чистые фракционированные и
плотно подобранные по зерновому составу смеси запол-
нителей; использовать подогрев материалов — составля-
ющих бетона; увеличивать время перемешивания смеси
в бетоносмесителе; применять более эффективную вибра-
цию и вибровакуумирование при укладке бетонной сме-
си; при вакуумировании принимать меры против замо-
раживания бетона при подсосе холодного воздуха и об-
разования капилляров, направленных к поверхности.
Вид и активность цемента должны выбираться в за-
висимости от принятого способа производства работ.
Например, при бетонировании способом термоса следу-
ет применять глиноземистый цемент и быстротвердею-
щий портландцемент активностью не ниже марки 400.
При пропаривании и электропрогреве бетона могут при-
меняться портландцемент и шлакопортландцемент. Пра-
вильный подбор состава заполнителей дает возможность
при сохранении заданной подвижности смеси уменьшить
значение В/Ц и тем самым увеличить прочность бетона
и ускорить его твердение.
Вопрос о практическом значении применения и уста-
новления количества ускорителей освещен выше. При
подборе состава бетона необходимо прежде всего при-
дать бетону при минимальном расходе цемента следу-
ющие свойства: удобоукладываемость бетонной смеси,
соответствующую принятому способу производства ра-
бот; прочность бетона в соответствии с установленной
проектом маркой; плотность (водонепроницаемость) и
стойкость в различных средах.
Следовательно, подбор состава бетона на имеющих-
ся материалах устанавливает водоцементное отношение,
которое обеспечивает заданную прочность бетона, а
также соотношение между цементом, водой, песком и
крупным заполнителем, что дает однородную слитную
бетонную смесь заданной удобоукладываемости при наи-
меньшем расходе цемента.
Если, например, известно, что бетон будет твердеть
при температуре более низкой, чем это было намечено
проектом организации работ, при подборе состава бето-
на следует предусмотреть введение добавок — ускорите-
лей твердения. При необходимости получить прочность
бетона до замораживания не ниже 70% (чтобы остано-
27е
419
виться на методе термоса и отказаться от искусственно-
го обогрева конструкций) при подборе состава бетона в
отдельных случаях следует назначать более высокую
марку бетона. Так, при проектной марке 150 для дости-
жения 70% марки требуется получить прочность
10,5 МПа. При возможности обеспечить только 50%
прочности необходимо перейти на более высокую марку,
а именно 105:0 5=21 МПа.
Современные темпы строительства и технологии ус-
коренного изготовления изделий и конструкций из бето-
на и железобетона требуют применения ускоренных ме-
тодов испытания цемента и бетонов. Наиболееюптималь-
ным решением является испытание цемента в бетоне (в.
условиях, отвечающих твердению бетона) с одновремен-
ным определением фактора прочности бетона заданной
марки по результатам его ускоренного испытания.
Такой метод, основанный на большом количестве
экспериментальных исследований, дает возможность
приблизительно определять расчетным путем суточную
и 28-суточную прочность пропаренного бетона, а также
28-суточную прочность бетона, твердевшего в нормаль-
ных условиях. Пользуясь ускоренным методом в каждом
конкретном случае на заводах железобетонных изделий
и на стройках, лаборатория сможет получить более точ-
ные данные о получаемой прочности цемента и бетона
на тех местных материалах, а также при тех режимах
термообработки, которые ими применяются.
Ускоренные методы испытания цементов и бетонов
необходимо основывать на тех принципиальных положе-
ниях, которые сложились и хорошо оправдали себя при
расчете прочности и подборе состава смеси в технологии
бетона (цементно-водное отношение, расход воды в за-
висимости от заданной консистенции смеси и крупности
заполнителей, оптимальное соотношение между мелким
и крупным заполнителями, расчет количества составля-
ющих по массе или по абсолютному объему).
При этом все расчеты состава бетона обязательно
проверяются экспериментальным путем и корректируют-
ся пробными замесами. Пользуясь ускоренным методом,
можно будет без каких-либо пересчетов контролировать
проектную, марочную (эталонную) и фактически полу-
чаемую прочность бетона в возрасте 28 сут твердения в
различных условиях.
420
ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА ПО УСКОРЕННОЙ ОЦЕНКЕ
КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА В БЕТОНЕ
Этот способ рекомендуется применять при изготовле-
нии тяжелого бетона на заводах железобетонных изде-
лий, полигонах и стройплощадках для строительства
промышленных, жилых и общественных зданий и соору-
жений. Он включает в себя разработанный автором сов-
местно с И. М. Френкелем [38] прием быстрого выбора
фактора прочности бетона Д/В в бетоне любых марок с
одновременной проверкой активности цемента. Этот спо-
соб пригоден также для назначения состава бетона
гидротехнических, а также и транспортных сооружений,
но при этом должны быть учтены специальные требова-
ния, предъявляемые к таким бетонам.
Бетон, состав которого разрабатывается но настоя-
щему способу, должен приготовляться из цемента и за-
полнителей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ
10178—62 «Портландцемент, шлакопортландцемент, пуц-
цолановый портландцемент и их разновидности» и ГОСТ
10268—70 «Заполнители для тяжелого бетона».
Количество цементного теста заданного качества в
бетонной смеси должно быть достаточно для покрытия
всех поверхностей кусков и зерен заполнителя и заме-
щения пустот между ними. Предполагается, что бетон-
ная смесь укладывается плотно, и кроме пор, образовав-
шихся при перемешивании бетонной смеси воздухом,
контракционных пор и пор, оставленных испарившейся
водою, в затвердевшем бетоне не должно быть.
Требования, предъявляемые к бетону. Бетон должен
иметь к установленному сроку прочность, равную про-
ектной или неполную проектную, предусмотренную тех-
ническими условиями. Подвижность или жесткость бе-
тонной смеси в момент ее укладки должна соответство-
вать месту и средствам укладки; при этом подвижность
должна быть наименьшей, а жесткость — наибольшей из
возможных. Бетонная смесь и бетон должны быть одно-
родными по своим свойствам.
Прочность плотно уложенного бетона, приготовлен-
ного из имеющихся материалов, зависит только от пори-
стости цементного камня, определяемой величиной отно-
шения по массе цемента и воды, введенных в бетон, т. е.
от величины Ц/В.
Долговечность бетона зависит от правильного выбо-
421
ра материалов и от структуры, которая будет обуслов-
лена составом бетона, качеством укладки смеси и ре-
жимом твердения.
Степень подвижности или жесткости бетонной смеси
(из имеющихся материалов) зависит только от количе-
ства теста требуемого качества.
Однородность свойств бетона зависит от постоянст-
ва состава цемента и заполнителей, постоянства их со-
отношения в бетонной смеси, от качества перемешива-
ния смеси, ее укладки и режима при твердении.
Последовательность работ по расчету и подбору со-
става бетона. Задание на состав бетона определяется ла-
бораторией совместно с главным технологом завода или
с главным инженером стройплощадки. В состав задания
обязательно должны входить следующие данные: марка
бетона или требуемая доля марочной прочности к опре-
деленному сроку; подвижность (осадка конуса в см)
или жесткость (время в секундах, затраченное для уп-
лотнения смеси в техническом вискозиметре) бетонной
смеси; наибольшая крупность заполнителя при приго-
товлении бетонной смеси для укладки в конструкции.
Опытное определение фактора прочности ЩВ. После
подготовки материалов для бетона приступают к по-
строению зависимости R = f(IJ/B), для чего из имею-
щихся материалов приготовляют три бетонные смеси
с Z(/B=l,43; с ЩВ=2 и с ЩВ = 2$ или соответст-
венно ВЩ—^,7\ 0,5 и 0,36. Количество материалов на
замес бетонной смеси каждого состава, из которой дол-
жно быть отформовано и уплотнено 9 кубиков с ребром
10 см, приводятся в табл. 10.1. Это дано для облегчения
техники подбора состава на местах, в лабораториях.
Отвешенные на замес материалы для каждого соста-
ва в зависимости от их количества перемешивают вруч-
ную или в смесителе и устанавливают для перемешан-
ной смеси объемную массу, подвижность, осадку конуса
в см или жесткость в секундах.
Из смеси каждого состава формуют девять контроль-
ных образцов, уплотняя смесь на виброплощадке до
полного прекращения оседания смеси, выравнивания ее
поверхности и до появления на ней цементного раствора
(ГОСТ 10180—67). На форме наносят номер состава, из
которого в этой форме заготовлены образцы.
Через 2 ч выдерживания после изготовления шесть
образцов в формах помещают в пропарочную камеру,
422
Таблица 10.1
РАСХОД МАТЕРИАЛОВ НА 9 л, УПЛОТНЕННОЙ БЕТОННОЙ СМЕСИ
ДЛЯ ОБРАЗЦОВ 10X10X10 см, кг
Вода на водо-
поглощение круп-
ного заполнителя,
%
1
2
3
1,43
2,0
2,8
13,5
12,3
10,6
1,74
1,8
2,73
13,5
12,3
10,6
Примечание. Для кубиков с ребром более 10 см количест-
во каждого материала находят умножением табличного количества
на объем большого кубика; например, для изготовления 9 шт. ку-
биков с ребром 20 см количество каждого материала следует умно-
жить на 8.
где подвергают тепловой обработке паром при атмо-
сферном давлении по следующему режиму (бетонная
смесь, приготовленная на портландцементе): 3 ч подъ-
ем+6 ч выдерживание при температуре изотермическо-
го прогрева 80—85°С4~2 ч охлаждение; бетонная смесь,
приготовленная на шлакопортландцементе; 3 ч подъ-
ем+8—10 ч выдерживание при температуре изотерми-
ческого прогрева 90°С4~2 ч охлаждение.
Три оставшихся образца в форме выдерживают в те-
чение 12—24 ч при комнатной температуре, чтобы мож-
но было сравнить с реальной выдержкой конструкций и
уточнить отпускную или распалубочную прочность бе-
тона.
На заводах железобетонных изделий и на полигонах
пропаривание бетона может производиться по принято-
му режиму, что дает возможность без каких-либо пере-
счетов и сопоставлений использовать полученный ре-
зультат.
Через 12 ч по окончании пропаривания и после осты-
вания образцов (счет времени ведется с момента отклю-
чения пара) их извлекают из форм, переносят метку с
формы на каждый образец и, руководствуясь требова-
ниями ГОСТ 10180—67 «Бетон тяжелый. Методы опре-
деления прочности», испытывают на сжатие три образца
423
из шести пропаренных. Три оставшихся пропаренных
образца каждого состава и три образца, не подвер-
гавшиеся пропариванию, по освобождении форм поме-
щают в камеры нормального хранения для испытания в
возрасте 28 сут.
Результаты испытания на сжатие кубиков разных
размеров должны быть приведены к прочности кубиков
с ребром 20 см. Для этого значения прочности испыты-
ваемых образцов надо помножить на соответствующие
коэффициенты:
0,85 если был испытин кубик с ребром 10 см
0,9	»	»	»	»	»	»	15 »
1,1	»	30 »
Примечание. Завод или строительная площадка мо-
гут установить для своих прессов другие переводные коэф-
фициенты по правилам, описанным в ГОСТ 10180—67 п. 1.4.
Рис. 10.1. Прочность
бетона, твердевшего
при различных темпе-
ратурах, в зависимо-
сти от цементно-вод-
ного отношения
— сразу после пропа-
ривания по стандартному
режиму; R2 — после про-
паривания и твердения
до 28 сут в нормальных
условиях; R3 — после
28 сут твердения в нор-
мальных условиях
По результатам испытания на сжатие, приведенным
к прочности кубиков с ребром 20 см, выводят среднюю
прочность бетона каждого состава, руководствуясь при
этом п. 2.7 ГОСТ 10180—67, где указано следующее:
«если наименьший результат испытания одного из об-
разцов отклоняется более чем на 15% от следующего
424
по величине большего показателя, этот результат отбра-
сывается, а среднюю прочность бетона вычисляют по
двум оставшимся большим показателям».
Для построения зависимости /?1=/(Д/В) (где Ri—
прочность бетона после тепловой обработки) в коорди-
натной системе по оси абсцисс откладывают значение
Д/В, а по оси ординат — прочность МПа. В этой коор-
динатной системе откладываются три точки, абсциссы
которых показывают Ц/В, а ординаты — полученную
среднюю прочность, приведенную к кубику с ребром
20 см. Через отложенные точки проводят прямую, кото-
рая и является графическим изображением искомой
функции.
В случае, если прямая не проходит через все три
точки и какая-нибудь из них по ординате отклоняется
от возможного расположения па проводимой прямой с
той же абсциссой более чем на 10%, опыт считается про-
веденным с дефектом и должен быть повторен.
Пример построения функции R = f(Ц/В) приводит-
ся на рис. 10.1.
Для заводов железобетонных изделий построение
функции В1 = /(Ц/В) является совершенно достаточным
для выбора фактора прочности бетона заданной доли
марочной прочности. Если после остывания требуемая
прочность бетона должна быть равна 70% проектной
марки 200, т. е. требуется найти Ц/В для прочности
14 МПа, через точку прочности 14 на оси ординат про-
водят прямую параллельно оси абсцисс до пересечения
с прямой. Абсцисса точки пересечения дает искомую
величину Д/В=1,6 (рис. 10.1). Если бы требовалось
обеспечить полную проектную прочность сразу после
остывания, то линию, параллельную абсциссе, пришлось
бы провести через точку'ординаты 200. В этом случае
Ц/В = 2.
Для строительных площадок, где требуемая проч-
ность, как правило, должна быть обеспечена к воз-
расту 28 сут, построения функции /?1=/(Д/В), недоста-
точно. Необходимо построить функцию /?3=/(Д/В); с
этой целью следует воспользоваться значениями, приве-
денными в графах R3=f(R{) из табл. 10.2, и подсчитать
величины при каких-либо двух значениях Ц/В, напри-
мер, при Д/В=1,43 и Д/В = 2,8.
425
Таблица 10.2
СП
ЗАВИСИМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПРОЧНОСТИ ОТ ЦЕМЕНТНО-ВОДНОГО ОТНОШЕНИЯ
ц/в										R2=f(R						R2=f(R3)		
	ц	S	С V		S	С V	ц	S	С V	Ц	3	С V	ц-	S	С V	Ц-	S	С V
1,43	177	44	25	158	। 37	23	27	10	37	44	16	36	67	14	21	116	18	15
2	143	23	16	131	22	17	51	10	20	71	12	20	78	11	15	115	17	15
2,5	138	24	17	123	20	17	72	12	17	96	19	20	81	13	16	112	16	14
2,8	135	22	17	120	21	18	85	16	15	ПО	20	18	83	14	17	НО	16	14
Примечание. Все величины даны в процентах.
Обозначения: /?1 — прочность бетона по остывании после пропаривания;
—	»	» через 28 сут после пропаривания;
Т?2 —	»	»	»	28 » после твердения только в нормальных условиях;
7?ц	— активность цемента, определяемая по ГОСТ 310—60;
ц	— средняя прочность;
S	— стандарт;
Cv	— изменчивость.
Так, если при испытании образцов после их пропари-
вания и остывания получены прочности для построения
/?! при Ц/В= 1,43 11,5 МПа и при Д/В = 2,8— 31 МПа,
то при тех же значениях Ц/В для построения R3 имеем:
158
Ц/В =1,43—прочность 11,5 —=18,2 МПа;
120
Ц/В = 2,8 — прочность 31 — = 37,4 МПа.
На рис. 10.1 проведена прямая R3l=f(Ri).
В тех случаях, когда требуется определить прочность
пропаренного бетона через 28 сут последующего тверде-
ния в нормальных условиях, нужно построить /?2=f(до-
данные для этого построения приводятся в табл. 10.2,
где находим:
177	177
при Ц/В = 1 43 : Т?2 =------/?! =----- 11,5 = 20,4 МПа;
100	100
135	135
при Ц/В = 2,8:/?2 =--------- Rr =-----310= 42 МПа,
н	2	100 1	100
На рис. 10.1 проведена прямая R2=f (Ri) =f (Ц/В).
Для проверки активности примененного для бетона
цемента воспользуемся функцией R\=f(Rn), данные
для которой приводятся в табл. 10.2. Поскольку /?1 как
функция /?ц может быть выяснена при разных значени-
ях Ц/В, следует принять то из них, которому соответст-
вует наименьшая величина изменчивости (Cv=15% и
является наименьшей). Величина /?ц при Ц/В=2$ (см.
табл. 10.2) равняется:
/?г100	31-100
Яц =	= 36-5 МПа-
оо	оЬ
В условиях монолитного строительства как в зим-
них, так и в летних условиях испытание цемента в бе-
тоне и нахождение фактора прочности Ц/В может быть
выполнено без ускорения твердения бетона пропарива-
нием.
Кубики, изготовленные так, как это описано выше
для бетона с пропариванием, подвергают нормальному
427
храпению и испытывают через 7, 14 и 28 сут по 3 шт.
каждого состава.
Ранние испытания могут быть использованы для по-
строения функции	)=/(Д/В).
Чтобы построить функцию	нужно испы-
тать в возрасте 7 сут три из девяти кубиков каждого со-
става, найти среднюю прочность и привести ее к проч-
ности кубиков с ребром 20 см. По полученным прочно-
стям строят функцию	и далее, пользуясь
специальными рекомендациями НИИЖБ, проводят не-
обходимый подбор состава бетона. Приведенный способ
ускоренного подбора состава бетона разработан на ос-
нове обработки около 100 партий бетонов на различных
портландцементах. Опыты проводились в течение 10 лет.
ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА ПО СПОСОБУ АВТОРА
Предложенный в годы Великой Отечественной вой-
ны автором способ подбора состава бетона на природ-
ной гравийно-песчаной смеси оказался применим и для
подбора состава по объему пустот искусственно приго-
товленной смеси заполнителей.
При работе с устойчивыми по зерновому составу
природными смесями предварительно устанавливают,
в какой мере они нуждаются в обогащении песком или
гравием.
При использовании рассеянных смесей высушенную
пробу смеси взвешивают и рассеивают на сите с диамет-
ром отверстий 5 мм на песок и гравий. После этого
взвешивают отсеянный песок и вычисляют процентное
содержание его в смеси. Песка в смеси должно быть
33—45%; оптимальные его пределы колеблются от 33
до 36%. При содержании песка более 42—45% смесь
требует обязательной добавки гравия или щебня; при
содержании песка менее 33—36% его следует добавлять.
Учитывая, что природные смеси обычно неоднородны
по своему зерновому составу, а применение их приво-
дит к неоднородности качества бетона и перерасходу
цемента, как правило, они должны рассеиваться на пе-
сок и гравий.
Пробу смеси, если таковую можно использовать,
обогащают недостающими фракциями и устанавливают
428
ее пустотность. При подборе состава бетона на фракци-
онированных заполнителях также вначале подбирают
наиболее плотную смесь заполнителей (наибольшей объ-
емной массы, а значит, наименьшей пустотности). После
этого рассчитывают состав бетона.
Вначале устанавливают ВЩ по опытным данным
или по приведенной выше формуле, а затем по графи-
ку (рис. 10.2) находят выход цементного теста в литрах
на 1 кг цемента.
Расход цемента ДВес находят из соотношения
ц Объем пустот, л/м3 смеси
вес	Выход теста, л/кг цемента
Установив расход цемента и зная ВЩ, определяют
расход воды на 1 м3 бетона в литрах В = Ц^(,ВЩ.
Этот расход воды, а, значит, и цемента должен быть
откорректирован по заданной удобоукладываемости
бетонной смеси. Расход гравелисто-песчаной смеси на
1 м3 бетона находят как разность между массой 1 м3 бе-
тона и суммой масс воды и цемента.
Пример. Рассчитать состав бетона марки 150, осадка конуса
бетонной смеси 5—7 см, марка портландцемента 300 при объеме пу-
стот гравелисто-песчаной смеси 26%. По формуле находим, что тре-
буемое В/7/ = 0,62.
По графику (рис. 10.2) определяем выход теста при B/Z/ = 0,62,
выход составляет 0,95 л.
260
При пустотности 26% расход цемента составит ZZDec = ~71 =
О ,95
= 273 кг/м3.
Расход воды на 1 м3 бетона составит B = Z/BecB/Z/ = 273-0,62 =
= 189 л.
Опытом устанавливается, обеспечивает ли этот расход воды за-
данную удобоукладываемость бетонной смеси. Теоретический расчет
и опыт показывают, что контактирование заполнителей нежелатель-
но и чтобы создать состояние втапливания заполнителя в цементном
тесте, количество последнего требуется увеличивать примерно на
10%. Этим самым достигается требуемая раздвижка заполнителей
между собой и, так называемый, коэффициент смазки заполнителей.
Принимая объемную массу уплотненной бетонной смеси, равную
2350 кг/м3, найдем расход гравийно-песчаной смеси СВес на 1 м3 бе-
тона: СВес = 2350— (273+189) = 1888 кг/м3.
Таким образом, в состав бетона входят:
цемент	273 кг/м3
гравелисто-песчаная смесь	1888	»
вода........................................ ...	189 л/м3
429
Найденный состав проверяют пробным замесом с
точки зрения удобоукладываемости и связанности бетон-
ной смеси, а в отношении марки бетона — испытанием
кубов после 28 сут твердения.
При необходимости состав корректируется, уточня-
ется объемная масса бетонной смеси и ее выход, осо-
U,1 U/ UJ 0,4 О/) Ut6 0,7 0,8 0,9 1,0 11 1,2 в/ц
цементного теста
Рис. 10.2. Выход
цементного теста,
л, при затворении
1 кг цемента в за-
висимости от во-
доцементного от-
ношения
против пустотности смеси заполнителей. Этот способ
может быть применен и при обычном раздельном упот-
реблении крупных и мелких заполнителей. Пользуясь
этим способом, вначале подбирают оптимальное соот-
ношение мелкого и крупного заполнителей, при кото-
ром объемная масса является наибольшей, а пустот-
ность наименьшей. Затем все проделывается аналогич-
но изложенному применительно к природной смеси.
При подборе состава смеси крупных заполнителей
с песком соотношение между ними следует выбирать,
исходя из пустотности крупного заполнителя. Уплотне-
ние смеси принимается вибрированием, а в случае от-
сутствия такового — встряхиванием и штыкованием
при укладке.
Процент песка для вибрированного бетона должен
быть равным проценту пустот крупного заполнителя,
а для бетона ручного уплотнения на 0,02 выше. Послед-
нее необходимо для увеличения подвижности (коэффи-
циента жирности) готовой бетонной смеси. Например,
430
при 33% пустот в крупном заполнителе при ручной ук-
ладке следует вводить 35% песка. Важно при заданной
удобоукладываемости бетонной смеси добиться мини-
мального расхода цемента.
Таким образом, предложенный автором в годы
Великой Отечественной войны способ подбора состава
бетона на природных гравелисто-песчаных смесях на
уральских и сибирских стройках (Чусовая, Златоуст,
Магнитогорск, Новокузнецк) оказался вполне приме-
нимым к случаям обычного раздельного использования
заполнителей. Этот способ может быть назван спосо-
бом подбора состава бетона по объему пустот в смеси
заполнителей.
Сыгравшее большую роль в годы войны использова-
ние природных смесей без рассева, лишь с обогащением
их недостающими фракциями, в обычных условиях, без-
условно, не может допускаться только в отдельных слу-
чаях. Как правило, должны применяться обогащенные
фракционированные заполнители.
Известный американский ученый Мак-Миллан, гово-
ря о получении в ряде случаев низкого качества бетона
в ответственных сооружениях, объясняет это слишком
сложной методикой расчета состава бетона. Он упрека-
ет строителей в том, что они для получения хорошего
качества бетона вместо применения качественных мате-
риалов прибегают к сложным расчетам составов по
формулам и номограммам.
ОСОБЕННОСТИ ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА,
ТВЕРДЕЮЩЕГО НА МОРОЗЕ
При подборе состава бетона, затворяемого на вод-
ных растворах противоморозных добавок, необходимо
учитывать, что соли являются хорошими пластификато-
рами. Добавление некоторых солей в большом количест-
ве уменьшает до 10% водопотребность бетонной смеси.
Состав бетона в этом случае можно рассчитывать обыч-
ным способом. Удобоукладываемость бетонной смеси,
марка бетона, расход цемента на 1 м3 бетона и круп-
ность заполнителей устанавливаются в соответствии с
требованиями существующих технических условий.
Бетон, твердеющий на морозе, рекомендуется затво-
рять из смеси солей хлористого кальция и хлористого
натрия. При этом для получения более быстрого нара-
431
стания прочности в раннем возрасте следует брать до-
зировку солей в равном количестве и даже с преоблада-
нием хлористого кальция. Если ввод конструкции в
эксплуатацию не лимитируется по времени (до 3 меся-
цев), то бетонную смесь следует затворять смешанным
раствором солей с преобладанием хлористого натрия или
раствором одного хлористого натрия, но не более 10—
12% от воды затворения.
Общее количество солей следует принимать в зави-
симости от температуры наружного воздуха в период
изготовления, укладки и выдерживания в первые сроки
твердения бетона (10—15 сут). Для получения требу-
емой концентрации растворов солей, идущих на затво-
рение бетонной смеси, необходимо сначала приго-
товить более концентрированные растворы хлористого
кальция и натрия.
Наряду с хлористыми солями широко применяют
поташ и нитрит натрия, которые не вызывают коррозии
стальной арматуры и закладных частей. Принцип под-
бора состава бетона со всеми добавками изложен
ниже. Растворы необходимо приготовлять под постоян-
ным контролем лаборанта. Плотность раствора опреде-
ляется ареометром со шкалой деления 1,1 —1,3. Чтобы
ускорить растворение солей в воде, их следует брать в
измельченном виде и во время растворения перемеши-
вать с помощью механических смесителей. Подогрев во-
ды значительно убыстряет растворение солей.
Запас солевых растворов должен быть не менее чем
на 4 ч работы. При испарении воды из раствора ее необ-
ходимо доливать, чтобы концентрация раствора оста-
валась постоянной.
Растворы солей следует хранить в металлических
цистернах или в деревянных чанах, покрытых с внут-
ренней стороны слоем битума марки III. При использо-
вании бетонных резервуаров их поверхность необходимо
защитить двумя-тремя слоями раствора битума в бен-
зине. При нанесении этого раствора должны быть строго
соблюдены правила техники безопасности.
Получение проектной прочности бетона может быть
запроектировано на сроки от 28 до 180 сут. При назначе-
нии марки бетона следует пользоваться ориентировочны-
ми данными о прочности бетона при расчетных темпера-
турах его твердения. Для получения проектной
прочности в установленный срок допускается увеличи-
432
вать марки бетона против проектной на одну ступень
или применять метод термоса.
Водоцементное отношение бетонной смеси должно
быть не более 0,65, а для бетонов, к которым предъяв-
ляются требования повышенной морозостойкости
(Мрз>50), не более 0,5. Расход цемента должен со-
ставлять не менее 220 кг на 1 м3 бетона. Удобоуклады-
ваемость и жесткость бетонной смеси назначаются по
действующим техническим условиям как для обычного
бетона. Осадка конуса бетонной смеси должна быть не
более 8 см.
Бетонную смесь с совместной добавкой хлористого
натрия и кальция или с поташом рекомендуется приме-
нять с температурой от —5 до +15° С, а с одним хло-
ристым натрием или нитритом натрия от —10
до 4-35° С. Возможно применение смесей и с более низ-
кими температурами, но превышающими после укладки
и уплотнения температуру замерзания используемого
раствора затворения не менее чем на 5° С.
Состав бетона проверяется следующим образом:
подбирается состав обычного бетона требуемой мар-
ки и подвижности любым общепринятым методом;
в условиях, наиболее близких к производственным,
приготовляется контрольный замес с введением в бе-
тонную смесь определенного в соответствии с рекомен-
дациями количества соли, определяются температура,
подвижность и время, в течение которого сохраняется
требуемая подвижность бетонной смеси;
при необходимости увеличения времени сохранения
требуемой подвижности бетонной смеси с добавкой
поташа рекомендуется понизить ее температуру или же
ввести ССБ, СДБ или мылонафт в количесте до 1%
массы цемента, но не увеличивать расход воды; опти-
мальное количество ССБ или мылонафта определяется
экспериментально.
При подборе состава бетона необходимо учитывать
влажность заполнителей для назначения расхода воды.
Чтобы облегчить расчет состава бетона, твердею-
щего на морозе, приведем два примера [71].
Требуется подобрать состав бетона, твердеющего на морозе,
марки 200 с подвижностью бетонной смеси 2—3 см по стандартному
конусу. Ожидаемая минимальная температура воздуха в период ук-
ладки и твердения бетона в первые 10 сут —9° С. Бетон предназна-
чен для укладки в конструкцию с модулем поверхности, равным 14
и будет твердеть без утепления.
28—23
433
Конструкция неармированная. В качестве противоморозной до-
бавки наиболее целесообразно использовать хлористые соли: хлори-
стого натрия 3,5% и хлористого кальция 1,5% массы цемента.
Известно, что расход материалов на 1 м3 бетона марки 200,
применяемого в летних условиях, составлял: портландцемента 300 кг;
песка 640 кг; щебня 1280 кг; воды 165 л.
При указанном расходе цемента количество солей на 1 м3 бе-
тона составит: NaCl—300-0,035=10,5 кг, СаС12—300-0,015 = 4,5 кг.
В 1 л имеющегося концентрированного раствора хлористого нат-
рия с плотностью 1,172 при 20° С содержится 0,27 кг NaCl, а в 1 л
концентрированного раствора хлористого кальция с плотностью 1,293
при 20° С — 0,401 кг СаС12.
Следовательно, чтобы ввести в бетон необходимое количество со-
лей их концентрированных растворов для затворения 1 м3 смеси,
требуется: NaCl—10,5 : 0,27 = 38,9 л; СаС12—4,5 : 0,401 = 11,2 л.
В найденных количествах растворов солей воды содержится:
1,172-38,9—10,5=35,1 л; 1,293-11,2—4,5= 10 л; 35,1 + 10 = 45,1 л.
Учитывая влажность имеющихся материалов (песок — 3%, ще-
бень— 1,5%), количество воды следует уменьшить: (640-0,03) +
+ (1280-0,015) =38.4 л. Тогда количество воды для затворения 1 м3
бетонной смеси уменьшится 165—45,1—38,4 = 81,5 л.
Расход материалов на 1 м3 бетона с добавками хлористых со-
лей (в расчете на влажные материалы) составит: цемента — 300 кг;
песка (640-1,03)—660 кг; щебня (1280-1,015) — 1300 кг; раствора
NaCl — 38,9 л; раствора СаС12 — 11,2 л, воды — 81,5 л.
При затворении контрольного замеса бетона указанного состава
в условиях, наиболее близких к производственным, установлено, что
для получения заданных удобоукладываемости и времени ее сохра-
нения количество воды может быть уменьшено на 6%, т. е. для за-
творения 1 м3 смеси требуется воды 81,5—81,5-0,06=76,6 л.
Раствор солей рабочей концентрации получается при смешива-
нии концентрированного раствора хлористого натрия, хлористого
кальция и воды в соотношении по объему соответственно:
38,9
38,9
11,2
38,9
76,6
= 1 : 0,288: 1,969.
38,9
Для приготовления, например, 100 л раствора рабочей концент-
рации необходимо взять: концентрированного раствора хлористого
100-1
натрия 288+1 969 л’ KOHBeHTPHPOBaHHOr° раствора хло-
100-0,288	100-1,969
ристого кальция 1+0>288+i >969 = 8,84 л, воды	=
= 60.46 л.
Расход рабочей концентрации на 1 м3 подобранного бетона на
материалах с указанной влажностью составит 38,9+11,2+76,6 =
= 126,7 л.
Процентное содержание хлористого натрия в растворе рабочей
10,5 - 100
--------------------------------:---------------- =77%
38,9 • 1,172+11,2-1,293+76,6	’ /0’
4,5-100
------------1--------------- =330/
38,9-1,172+11,2-1,293+76,6	’ /0
концентрации составит
а хлористого кальция
434
По процентному содержанию солей в растворе рабочей концент-
рации определяется температура его замерзания, которая в данном
случае составит —5+(—1,6) =—6,6° С.
Таким образом, после укладки и уплотнения бетонной смеси
температура ее должна быть не ниже —1,6° С.
При необходимости введения ССБ или мылонафта из общего ко-
личества воды для затворения 1 м3 бетонной смеси необходимо вы-
честь ту воду, которая будет содержаться в растворах этих соеди-
нений.
Бетон подобранного состава может набрать проектную проч-
ность при постоянном твердении при температурах не выше —10° С
не ранее чем через 4—6 мес.
При необходимости получения проектной прочности в 90-суточ-
ном возрасте состав бетона необходимо рассчитывать для летней
марки бетона 300. Тогда к этому сроку при средней прочности бе-
тона 70% 7?28 она составит 21 МПа, которая соответствует тре-
буемой.
Для получения проектной прочности в 28-суточном возрасте со-
став бетона необходимо рассчитывать для летней марки 300 с при-
менением добавки поташа вместо хлористых солей.
Конструкция армированная. В качестве противоморозной добав-
ки выбран нитрит натрия в количестве 8% массы цемента. При рас-
ходе цемента 300 кг/м3 соли на 1 м3 бетона требуется 300-0,08 =
= 24 кг, а количество концентрированного раствора нитрита натрия,
содержащего в 1 л 0,336 кг безводного NaNC>2 (плотность 1,198 при
20° С), составит 24 0,336=71,5 л. В вычисленном объеме раствора
соли воды содержится 71,5-1,198—24=61,7 л, тогда потребное коли-
чество воды для затворения 1 м3 бетонной смеси с учетом влажно-
сти заполнителей составит 165—61,7=38,4=64,9 л.
Расход материалов на 1 м3 бетона с добавкой нитрита натрия
(в расчете на влажные материалы) составит: цемента — 300 кг, пес-
ка — 660 кг, щебня — 1300 кг, раствора соли — 71,5 л, воды — 64,9 л.
При затворении контрольного замеса бетона указанного состава
в условиях, наиболее близких к производственным, установлено, что
для получения заданных удобоукладываемости смеси и времени ее
сохранения количество воды может быть уменьшено на 12%, т. е.
для затворения 1 м3 смеси воды требуется 64,9—64,9-0,12 = 57,1 л.
Раствор соли рабочей концентрации приготовляется при смеши-
раствора нитрита натрия и воды в соот-
24-100
Концентрация этого раствора равна i	=16,8%,
71,5-1,198+57,1
вании концентрированного
ношении по объему: yp-j:
что при 20° С соответствует раствору нитрита натрия с плотностью
1,112. Расход раствора на 1 м3 подобранного бетона на материалах
с указанной влажностью составит 71,5+57,1 = 128,6 л.
Температура замерзания раствора соли рабочей концентрации
—8,6° С, в связи с чем температура бетонной смеси после ее укладки
должна быть не ниже расчетной.
28;
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
МЕТОДЫ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
ГЛАВА 11
ВЫБОР МЕТОДА ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
Бетонные и железобетонные работы в зимнее время
должны выполняться методами, обеспечивающими бе-
тону благоприятные тепловлажностные условия до мо-
мента приобретения им прочности, достаточной для
распалубки и частичной или полной загрузки конструк-
ций. Во многих случаях при выборе метода производст-
ва бетонных и железобетонных работ при отрицательных
температурах необходимо учитывать обеспечение в за-
данные сроки морозостойкости, водонепроницаемости
и других свойств. С этой целью при производстве бетон-
ных работ в зимних условиях приходится прибегать, во-
первых, к приготовлению бетона из подогретых мате-
риалов, чтобы обеспечить ему положительную темпера-
туру при укладке в конструкции^ и, во-вторых, к защите
бетона, уложенного в конструкции, от мороза тепло-
одеждами или к дополнительному обогреву его электри-
чеством, паром и т еплым воздухо м. Исключением
может являться применение метода укладки бетона с
противоморозными добавками.
Затружение конструкций, забетонированных в зим-
них условиях, допускается при их прочности не ниже
предусмотренной проектом.
Чтобы обеспечить требуемое качество бетона, необ-
ходимо с момента поьшжешш__^оДнесУточной- темпера
туры наружного воздуха ниже 5° С и минимальной
суточной ниже 0°С вести бетонные работы с примепени-
ем методов зимнего бетонирования. Прежде всего,
необходимо для приготовления бетона применять подо-
гретую воду, укрывать открытые поверхности конструк-
ций послё"укладки бетона, а при дальнейшем пониже-
нии температуры бетонные работы проводить только с
применением специальных м ет од о в зимнего бетонирова-
ния, которые устанавливаются строительными нормами
436
и правилами на соответствующие виды работ. Вследст-
вие недостаточного внимания к этому вопросу на
стройках очень часто наблюдается замораживание
свежеуложенного бетона с наступлением первых замо-
розков.
Выбор метода зимнего бетонирования зависит от
размеров и назначения конструкции (с учетом возмож-
ности изготовления их на заводах и полигонах), от
ожидаемых наружных температур, применяемых_цем_еН1
тов, наличия на строительстве источников тепла, хими-
ческих добавок, теплоодежд и др. При выборе того или
иного метода производства работ должны быть учтены
их сравнительная экономичность и простота выполне-
ния, а также возможность удовлетворения требований
суточного графика работ.
В большинстве случаев при выборе метода произ-
водства работ должно отдаваться предпочтение методу
монтажа полученных с завода сборных железобетонных
конструкций. В случае же невозможности перехода на
сборные железобетонные конструкции вследствие спе-
цифичности сооружений или по другим причинам внача-
ле на основе теплотехнических расчетов и данных о
твердении бетона решается принципиальный вопрос о
возможности производства работ без обогрева бетона,
уложенного в конструкции, или о необходимости прибег-
нуть к одному из методов обогрева.
При бетонировании конструкций значительной мас-
сивности и при наличии быстротвердеющих с повышен-
ным выделением тепла цементов, при применении
разогрева бетонных смесей область применения методов
работ без искусственного обогрева бетона расширяется.
В этих случаях бетон укладывают в конструкции на
открытом воздухе. Необходимый температурный режим.
для твердения бетона обеспечивается за счет тепла, вве-
денного в бетон подогретыми материалами, и тепла,
выделяемого цементом в процессе твердения. Открытые^
а в случае надобности и опалубленные поверхности бе-
тона конструкций защищают от преждевременного
охлаждения теплоизоляционными материалами.
Метод термоса особенно успешно применяется для
конструкций, находящихся в земле. В этих случаях, во-
первых, отсутствует продуваемость конструкций ветром,
а, во-вторых, создаются возможности для использования
теплоты талого грунта, находящегося ниже глубины
437
промерзания. Конструкции, находящиеся в грунте, име-
ют сравнительно благоприятные условия для твердения
бетона также и в процессе оттаивания. Температура
бетона понижается очень медленно, и не происхо-
дит явления краткосрочного замораживания и оттаива-
ния. Конструкции, находящиеся в земле, продолжитель-
ное время выдерживаются в условиях нулевых
температур, что приводит к медленному твердению бе-
тона. Укрытие, засыпку бетона конструкций^-располо-
жен ных в земле, довольно просто осуществить.
Ъетонные и железобетонные конструкции, находя-
щиеся выше уровня земли, могут быть успешно
выполнены без искусственного прогрева бетона толь-
ко при достаточной их массивности, при употребле-
нии быстротвердеющих цементов и при умеренных
морозах.
Применение добавок — ускорителей твердения бето-
на, которые к тому же снижают точку замерзания воды
затворения, способствует еще более широкому распрост-
ранениюметода т ер мо с а.
Если теплотехнические расчеты показывают, что
внутренних запасов тепла недостаточно для поддержания
положительной температуры остывающего бетона до
момента накопления необходимой прочности, следует
применять искусственный обогрев конструкций.
Когда бетонируемые конструкции, температуры на-
ружного воздуха и ожидаемое нарастание прочности не
удовлетворяют условиям распалубки и их загрузки,
рекомендуется применять предварительный электро-или
пароразогрев бетонной смеси или вводить химические
добавки, а также использовать быстротвердеющие це-
jMgHTbFc ^поЕЪПнённым тепловыделением. Допускается
применять бетоны с противоморозными добавками,
твердеющие при отрицательных температурах, с соблю-
дением установленных требований. Во многих случаях
желательно сочетать метод термоса с противоморозными
добавками или с экономичными методами обогрева бето-
на (кратковременный нагрев, периферийный электропро-
грев, греющие опалубки).
При бетонировании каркасных конструкций, особен-
но в условиях низких отрицательных температур, реко-
мендуется применять искусственный прогрев и обогрев
бетона в конструкциях с использованием электрической
энергии, пара или теплого воздуха.
438
Во всех случаях с целью экономии расходуемой
энергии при прогреве и обогреве монолитных конструк-
ций следует укрывать открытые поверхности, а в ряде
случаев применять утепленные опалубки.
Обогрев бетона обычно применяют при бетонировании
конструкций с модулем поверхности выше 5*.
Однако это не является правилом для всех случаев.
В зависимости от температуры наружного воздуха, каче-
ства цемента и сроков загрузки конструкций требования
меняются. Выбор того или иного, способа обогрева бето-
на зависит прежде всего от источников тепла: обогрев
может быть осуществлен при помощи пара, электроэнер-
гии и теплого воздуха, в тепляках. При этом в зависимо-
сти от надобности обогрев может быть длительный или
краткосрочный, всей массы бетона или по периферии
конструкции.
В результате большого опыта бетонирования в зим-
них условиях найдены разнообразные способы использо-
вания пара и электроэнергии, а также обогрева в мест-
ных тепляках. Так, например, пропаривание бетона
может быть осуществлено путем устройства паровых
рубашек, пропуска пара по трубкам или каналам, обра-
зуемым внутри конструкции, применением так называ-
емой капиллярной опалубки, пуска пара под укрытие
конструкций и др. Еще больше различных решений най-
дено при использовании электроэнергии.
Электропрогрев или обогрев дает возможность
строителям быстро организовать прогрев той или иной
конструкции. Этот метод больше всего удовлетворяет
требованиям скоростного строительства. При наличии на
строительной площадке достаточного количества элек-
троэнергии бетон может быть прогрет непосредственно
электродами или обогрет 'в опалубках извне нагрева-
тельными приборами и термоактивным слоем. Во многих
случаях очень целесообразно комбинированное примене-
ние метода термоса с искусственным прогревом бетона.
Производство бетонных и железобетонных работ свя-
зано с земляными, каменными и другими видами строи-
тельных работ. Поэтому методы бетонирования при
отрицательных температурах следует выбирать комплек-
сно с учетом выполнения других видов работ.
* Модулем поверхности называется отношение охлаждаемой по-
верхности конструкции в квадратных метрах к ее объему в кубиче-
ских метрах.
Зимняя кладка фундаментов, столбов и стен нижних
этажей из бутобетона (путем втапливания бутового кам-
ня в уложенный слой бетона) должна производиться с
применением тех же способов, что и при устройстве
обычных бетонных фундаментов. Замораживание бу-
тобетона допускается лишь после достижения им тре-
буемой прочности. Перед укладкой бутовый камень дол-
жен быть отогрет до положительной температуры.
В связи с экономичностью применения фундаментов на
свайном основании бетонные и железобетонные фунда-
менты на естественном основании нормами допускается
устраивать:
под колонны при массе фундаментов до 3 т, а при на-
личии соответствующего кранового оборудования до
6 т — сборными. Такие же фундаменты целесообразно
выполнять монолитными, если значительная часть ос-
тальных фундаментов или другие конструкции в подзем-
ной части здания возводятся монолитными;
под колонны при большой массе фундаментов, а так-
же ленточные, плитные и массивные — монолитными;
под оборудование — монолитными и сборно-монолит-
ными;
под стены и столбы малоэтажных жилых и общест-
венных зданий без подвалов — монолитными бутобетон-
ными или бетонными.
При возведении массивных с модулем поверхности
менее 2 фундаментов в песчанистых, гравелистых и дру-
гих непучинистых грунтах может быть допущена укладка
бетонов и бутобетона на подмороженное основание.
Искусственный обогрев бетона в массивных конструк-
циях следует применять в виде исключения для защиты
наружных слоев от замораживания при бетонировании
враспор с мерзлыми стенками котлована, а также для за-
щиты открытых поверхностей.
Методы зимнего бетонирования должны быть выбра-
ны до наступления зимы с тем, чтобы можно было забла-
говременно подготовиться к их осуществлению. Для этого
(начиная с августа-сентября) уточняют объем и график
выполнения работ, переходящих на зиму, и предвари-
тельно намечают методы производства по главнейшим
сооружениям и конструкциям. Этим вопросом специаль-
но занимаются технический отдел, отдел производствен-
ных предприятий и лаборатория. В результате проведен-
ной работы и утверждения намечаемых решений
440
издается приказ по строительству о практических меро-
приятиях по подготовке к зимним работам. Приказ
точно определяет сроки проведения всех подготовитель-
ных работ, доставки оборудования, материалов, утепле-
ния помещений бетонного завода и т. п.
Такие массивные конструкции, как фундаменты под
доменные печи, кауперы, дымовые трубы, пылеуловители
и др., на стройках черной металлургии бетонируются
методом термоса с частичным применением периферий-
ного прогрева бетона. При бетонировании верхней части
фундамента доменной печи с кольцевой балкой, скипо-
вой ямы и регенераторов мартеновских печей использу-
ется замкнутая часть конструкций для пуска внутрь их
пара, установки электропечей и т. п. Наружные слои
бетона за опалубкой обогреваются с применением пери-
ферийного электропрогрева. Каркасные конструкции
обычно бетонируются при помощи электропрогрева и
пропаривания. Одновременно принимаются решения о
способах подогрева материалов и утепления бетонного
завода. Предварительно определяются потребности в
тепле для различных нужд и в топливе для бесперебой-
ной работы обогревательных установок.
В соответствии с требованиями организации работ
в зимнее время по плану должна быть предусмотрена
концентрация всех ресурсов на отдельных объектах,
которые необходимо сдать в эксплуатацию. При этом за-
ранее устанавливается такой порядок работ, при котором
сводятся к минимуму всевозможные дополнительные
затраты, связанные с зимними условиями.
Для предварительного выбора метода зимнего бето-
нирования можно пользоваться табжДПП-
Окончательно метод производства работ выбирается
на основе теплотехнических расчетов и установления
экономической эффективно'сти того или иного метода
применительно к местным условиям.
В зависимости от принятых методов производства
работ назначается температура подогревания материа-
лов, составляющих бетон, а также и самой бетонной
смеси.
В случае применения глиноземистого цемента тем-
пература смеси при выходе с завода не должна превы-
шать 25° С, а при введении ускорителей твердения эта
температура для портландцемента не должна превы-
шать 30° С.
441
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МЕТОДА ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
Наименование конструкций
Массивные бетонные и же-
лезобетонные гидротехнические
конструкции, фундаменты под
доменную печь и кауперы
(Мп до 3)
Массивные бетонные и желе-
зобетонные фундаменты под
тяжелое оборудование метал-
лообрабатывающих цехов, тур-
богенераторов, ТЭЦ, компрес-
соров, толстые стены и т. п.
(Мп = 3—6)
Фундаменты зданий: бетон-
ные, бутобетонные и железо-
бетонные фундаменты, ленточ-
ные и под основные элементы
каркаса промышленных и жи-
лых зданий, а также под лег-
кое оборудование (Мп=4—8)
Рекомендуемые методы производства
работ
Метод термоса (подогрев ма-
териалов и укрытие открытых по-
верхностей бетона). При сильных
морозах и ветрах на время ук-
ладки бетона — устройство шат-
ров.
Кратковременный -периферийный
электропрогрев в местах наиболь-
шего охлаждения конструкций
Метод термоса с применением
в отдельных случаях легких теп-
ляков на время укладки бетона
и начальный период его тверде-
ния или с применением перифе-
рийного электропрогрева. Предва-
рительный разогрев смеси. Введе-
ние ускорителей твердения
Фундаменты с Мп менее 5 и при
заглублении ниже линии промер-
зания — методом термоса
При температуре ниже —20° С
греющие опалубки
Метод периферийного прогрева
путем пуска пара, теплого возду-
ха от электронагревательных при-
боров
При значительной глубине за-
ложения использование теплоты
непромерзшего грунта в укрытых
котлованах
При небольших морозах, когда
грунт еще не успел промерзнуть,
метод термоса с использованием
ускорителей твердения
Применение бетонов, твердею-
щих на морозе (хлористых солей,
в армированных элементах пота-
ша, нитрита натрия, ННК)
442
Продолжение табл. 11.1
Наименование конструкций
Рекомендуемые методы производства
работ
Надземные конструкции:
элементы рамных конструкций,
отдельные большеразмерные
колонны, стенки, свайные рост-
верки, прогоны и т. п. (Мд =
= 6—10)
В случае выполнения пере-
крытий промышленных и жи-
лых зданий не из сборного, а
из монолитного железобетона
Железобетонные стенки ре-
зервуаров, регенераторов и
боровов мартеновских печей
и т. п.
Стены, перегородки, тонко-
стенные конструкции каркасов
Устройство бетонных подго-
товок, полов, дорог, аэродро-
мов на мерзлом основании
(Мп >10)
Стыки сборных железобетон-
ных конструкций, подливки
под оборудование, монтаж
стальных колонн, панелей
(Мп >20)
Элементы средней массивности
при наличии быстротвердеющих
цементов, разогрев смесей с тер-
мосным остыванием, иногда с ус7
корителями, электропрогрев элек-
тродами или пропаривание изнут-
ри, в паровых рубашках и грею-
щие опалубки, индукционный
метод
Пропаривание в паровых ру-
башках
При отсутствии пара — электро-
прогрев (для балок и ригелей
при помощи струнных электродов,
а для плит — нагревательными па-
нелями, греющими опалубками
снизу и электроодеялами сверху)
Укрытие брезентом сверху и
сбоку с обогревом снизу в поме-
щении
Пропаривание с созданием па-
ровой бани вокруг конструкций
или с устройством капиллярной
стальной опалубки. В отдельных
случаях электропрогрев при помо-
щи прикрепления нашивных элек-
тродов или сетчатых нагревате-
лей, струн, закладываемых внутри
опалубки
Обогрев в паровых рубашках
или в капиллярной стальной опа-
лубке. Электропрогрев нашивны-
ми электродами, инфракрасный
обогрев
Электропрогрев (плавающими
электродами, нагревательными
панелями, термоактивным слоем
опилок), пропаривание путем пу-
ска пара под укрытие или добав-
ление солей, обеспечивающих
твердение бетона при отрицатель-
ных температурах
Электро- и воздухообогрев зоны
стыка под укрытием, термоактив-
ная опалубка или применение
противоморозных добавок
443
Таблица 11.2
ТРЕБУЕМАЯ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПРИ РАСПАЛУБЛИВАНИИ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ЗАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ,
% ОТ ПРОЕКТНОЙ	__________
Вид конструкции	Фактическая нагрузка (в % от нормативной)	
	свыше 70	70 и менее
Конструкции с напря- гаемой арматурой	100	80
Конструкции, находя- щиеся в вечномерзлом грунте, и колонны	100	80
Несущие конструкции (балки, ригели, плиты) пролетом 6 м и более	100	80
Несущие конструкции пролетом до 6 м	100	70
Плиты пролетом до 3 м	100	70
Здесь приведены основные требования СНиП Ш-В.
1-70 из главы на производство монолитных бетонных и
железобетонных конструкций. Следует отметить, что
основные требования в одинаковой мере относятся к бе-
тонам как на плотных, так и на пористых заполнителях.
Прочность бетона к моменту распалубливания и за-
гружения монолитных конструкций, как правило, задает-
ся проектом и должна удовлетворять требованиям СНиП
Ш-В. 1-70 (табл. 11.2).
Если невозможно обеспечить требуемую прочность
бетона к моменту загрузки конструкции нормативной
нагрузкой, то допускается при соответствующем техни-
ко-экономическом обосновании применять марку бетона,
увеличенную на одну ступень.
Для конструкций, подвергающихся сразу после окон-
чания тепловлажностной обработки бетона многократно-
му попеременному замораживанию и оттаиванию или
действию расчетного давления воды и газа, прочность
бетона к моменту распалубливания или загружения про-
ектной нагрузкой должна равняться 100% проектной
прочности.
Наряду с требованиями к прочности бетона к момен-
ту загружения конструкций при зимнем производстве
444
работ всегда устанавливались требования по выдержи-
ванию бетона до возможного его замораживания. В
строительных нормах и технических условиях, действо-
вавших до 1970 г., требовалось, чтобы бетон до замора-
живания приобрел прочность не менее 50% от заданной
марки и во всяком случае не менее 5 МПа.
С целью обоснования требуемой минимальной (кри-
тической) прочности бетона до момента возможного за-
мораживания его нами были проведены в НИИЖБ
экспериментальные исследования и анализ зарубежных
нормативных документов. Бетоны марок от 100 до 500
замораживались в различном возрасте после изготовле-
ния образцов, а следовательно, и при разной прочности.
По результатам испытаний определялось, при достиже-
нии какой прочности при положительных температурах
в дальнейшем после пребывания в замороженном со-
стоянии бетон способен к твердению без ухудшения его
основных физико-механических свойств.
По национальным нормам США и Канады требуется
бетон выдерживать до замораживания в течение 72 ч
при температуре не ниже 10° С, а по нормам портланд-
цементной ассоциации — в течение 3 сут при температу-
ре не ниже 21° С или в течение 5 сут при температуре
10° С. В Дании допускается замораживать бетон толь-
ко после достижения прочности, равной 25% от /?28 и не
менее 3,5 МПа; в Финляндии и Норвегии бетон до замо-
раживания должен быть выдержан в течение 3 сут при
температуре на его поверхности не ниже 5° С, достигнув
прочности от 4 до 8,5 МПа (в зависимости от марки
бетона). «Рекомендации по зимнему бетонированию»
РИЛЕМ в качестве критической прочности принимают
5 МПа.
Из приведенных данных видно, что в требованиях
разных стран имеются существенные отличия, но в об-
щем они допускают замораживание бетона с меньшей
прочностью, чем ранее действовавшие наши нормы.
Проведенные в НИИЖБ Госстроя СССР специаль-
ные исследования позволили разработать новые реко-
мендации по срокам замораживания бетона и дифферен-
цированно подойти к назначению критической прочности
в зависимости от марки бетона.
В СНиП Ш-В.1-70 установлено, что прочность бето-
на монолитных конструкций и монолитной части сборно-
монолитных конструкций к моменту возможного замер-
445
зания должна быть не менее: 50% проектой прочности
при проектной марке бетона до 150; 40%—для бетонов
марок 200 и 300 и 30%—для бетонов марок 400 и 500.
Для снятия несущей опалубки и частичной или полной
загрузки конструкций критической прочности недоста-
точно. Поэтому СНиП требуют указывать в проекте
производства работ возможное допущение заморажива-
ния бетона при достижении критической прочности. Это
может быть вызвано и допущено с обоснованием, в за-
висимости от условий дальнейшего выдерживания бето-
на и от общей организации производства работ на объ-
екте. По мере повышения марки бетона требования к
абсолютному значению его критической прочности воз-
растают, а к относительному понижаются.
В связи с этим нежелательно использовать для изго-
товления бетонов, применяющихся при зимнем бетони-
ровании, шлакопортландцементы, пуццолановые и
низкомарочные портландцементы, отличающиеся замед-
ленными темпами твердения. При производстве железо-
бетонных работ в зимнее время целесообразно применять
более активные портландцемент и глиноземистый це-
мент. Учитывая дефицитность и высокую стоимость гли-
ноземистых цементов, их следует употреблять при воз-
ведении специальных конструкций и при особо срочных
работах.
Прочность бетона, принятая в СНиП как критерий
для допущения в отдельных случаях замораживания его
в раннем возрасте, является основным, но не единст-
венным.
Критическая прочность бетона при сжатии еще не
определяет готовность материала к полной распалубке
и воздействию расчетной или частичной загрузке. Она
указывает на то, что при последующем твердении у бе-
тона не обнаружится существенного недобора прочности
по сравнению с марочной. При указанных значениях
прочности бетон приобретает плотную сложившуюся
структуру, а гидратация цемента достигает определен-
ной глубины.
У бетонов высоких марок гидратация цемента проте-
кает быстрее, так как при этом применяются более ак-
тивные цементы или низкие водоцементные отношения.
Воды, способной перейти в лед и вызвать опасные напря-
жения и деформации, становится значительно меньше.
Таким обр-азом, критическая прочность бетона при замо-
446
раживании суммарно характеризует не только механиче-
ские свойства, но и состояние, стадию его «зрелости».
Анализ требований СНиП Ш-В.1-70 по распалубке
конструкций показывает, что они, так же как и по крити-
ческой прочности, нуждаются в некоторой корректировке
и дифференциации. Многие конструкции загружаются
полной проектной нагрузкой не сразу после распалубки,
а спустя какой-то промежуток времени и подчас весьма
длительный. Поэтому для некоторых сооружений нет
необходимости держать такую конструкцию в опалубке
до достижения 70 или 100%-ной прочности. Снятие бо-
ковой опалубки при условии сохранности боковых по-
верхностей и кромок углов является недостаточно кон-
кретным требованием. При надлежащем качестве опа-
лубки, ее смазке и аккуратной работе по ее снятию мож-
но распалубить конструкцию через несколько часов без
повреждения. Однако потери бетоном влаги, особенно в
углах, могут явиться причиной обезвоживания бетона в
поверхностных слоях и недобора им прочности. Видимо,
такие требования нуждаются в уточнении градации по
пролетам и типам конструкций.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОСТЫВАНИЯ,
ПРОЧНОСТИ БЕТОНА И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА
КОНСТРУКЦИЙ
При выдерживании бетонных и железобетонных кон-
струкций методом термоса следует учитывать, что тем-
пературный режим зависит от размеров и формы кон-
струкции; температуры бетона после укладки его в
опалубку; тепловой изоляции; теплофизических свойств
бетона и железобетона; экзотермии цемента; температу-
ры наружного воздуха и скорости ветра.
В практике выдерживания конструкций методом тер-
моса наиболее часто является необходимым определять
время остывания бетона и величину набранной им за это
время прочности, а также величину термического сопро-
тивления изоляции, требуемой для достижения бетоном
заданной прочности в установленные сроки при извест-
ных начальных и граничных условиях.
Кроме того, для целого ряда конструкций большой
массивности (Afn^2) становится необходимым опреде-
лять оптимальную величину термического сопротивления
изоляции, обеспечивающей наряду с набором требуемой
447
прочности бетоном также и формирование благоприят-
ного термонапряженного состояния конструкции, а так-
же характер распределения температуры бетона в конст-
рукции для решения вопроса о назначении сроков ее рас-
палубки.
В зависимости от конкретных условий производства
работ поставленная задача может быть решена одним
из следующих способов расчета длительности остывания
бетона или температурного режима: расчетом по методу
Б. Г. Скрамтаева или по методу В. С. Лукьянова; с помо-
щью таблиц для расчета времени выдерживания бетона
и выбора тепловой изоляции конструкций, различной
массивности; по номограммам для определения парамет-
ров термосного выдерживания немассивных бетонных и
железобетонных конструкций.
Наиболее простым и достаточно надежным для прак-
тических целей является расчет по методу Б. Г Скрамта-
ева. В основу этого расчета положена зависимость между
начальным теплосодержанием бетонной смеси, уложен-
ной в конструкцию с учетом тепловыделения и теплопо-
терями в окружающую среду при остывании бетона в
стационарном тепловом потоке. Автором в расчетную
формулу внесены уточнения, связанные с учетом потерь
тепла на нагрев опалубки и арматуры.
Вместо применявшихся ранее коэффициентов проду-
ваемости опалубки вводится учет изменения термическо-
го сопротивления в зависимости от различных скоростей
ветра. Кроме того, ввиду расширения в настоящее время
границ применения выдерживания бетона по методу тер-
моса в области более высоких начальных температур
бетонной смеси, а также вследствие повышения актив-
ности цементов и их экзотермии изменены значения
средних величин температуры бетона в процессе его ос-
тывания в зависимости от различных модулей поверх-
ности.
Остывание рассчитывается по формуле.
_ Су(/б.н~/б.к) + ЗД
(^б-ср — ^в)
где т — продолжительность остывания бетона, ч;
С — удельная теплоемкость бетона кДж/(кг-°С);
у— объемная масса бетона, кг/м3;
(б.н — начальная температура бетонной смеси перед укладкой
в конструкцию. °C;
448
^б.к—конечная температура бетона, до которой осуществля-
ется расчет продолжительности остывания, °C;
Э— тепловыделение 1 кг цемента за время остывания бето-
на, кДж;
Ц—расход цемента на 1 м3 бетона, кг;
К — коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/(м2-°С);
Мп —модуль поверхности остываемой конструкции, м~ь,
/б.ср— среднее значение температуры бетона за время остыва-
ния, °C;
/в— температура наружного воздуха, °C (см. табл. 1 при-
ложения).
Данная формула позволяет определить продолжи-
тельность остывания бетонируемой конструкции и вели-
чину получаемой бетоном прочности к моменту достиже-
ния на поверхности бетона температуры (/б.к), если из-
вестны размеры конструкции, расход стали на 1 м3 бето-
на, вид и марка бетона, вид и активность цемента и его
расход на 1 м3 бетона, температура наружного воздуха
и скорость ветра, начальная температура бетопа и кон-
струкция опалубки.
В этом случае расчет осуществляется в определенной
последовательности: определяется объем бетопа, по-
верхность охлаждения и модуль поверхности конструк-
ции; количество тепла, расходуемое на нагрев арматуры
и опалубки; уточняется начальная температура бетона
с учетом потерь тепла, идущего на нагрев арматуры и
опалубки; по уточненной начальной температуре бетона
и известным эмпирическим формулам определяется
средняя температура твердения бетона в процессе его
остывания; по формуле определяется продолжитель-
ность остывания конструкции без учета экзотсрмии при
известных значениях величин, входящих в формулу; по
полученным значениям времени остывания конструкции
и средней температуры твердения бетона определяют
тепло, выделяемое 1 кг цемента при гидратации (см.
табл. 2 приложения); зная расход цемента на 1 м3э оп-
ределяют общее количество тепла, выделяемое цемен-
том за время остывания; по этой же формуле при полу-
ченных выше значениях уточняют продолжительность
остывания бетона; зная среднюю температуру тверде-
ния и продолжительность остывания бетона, с учетом
экзотермии цемента по графикам набора прочности бе-
тона, определяют прочность, которую приобретает бетон
за это время, в % от марочной.
Если в данном случае бетон не приобретает требуе-
мую прочность, то назначают тип опалубки с другим
29—23
коэффициентом теплопередачи. С другой стороны, по
этой формуле можно подобрать конструкцию опалубки
Рис. 11.1. Зависимость коэф-
фициента передачи тепла кон-
векцией от скорости ветра
при заданной продолжи-
тельности остывания кон-
струкции (по проекту) и за-
данной прочности бетона
(по проекту) к моменту ос-
тывания поверхности конст-
рукции до /б.к, если извест-
ны размеры конструкции,
расход стали на 1 м3 бето-
на, вид и марка бетона, вид
и активность цемента и его
расход на I м3 бетона, тем-
пература наружного возду-
ха и скорость ветра, на-
чальная температура бето-
на. Этот случай является
наиболее распространенным
в практических решениях
задач, поэтому методика его
расчета приводится полно-
стью.
Расчет осуществляется в
приведенной ниже последо-
вательности.
Первоначально опреде-
ляют объем бетона в конст-
рукции по формуле
У =	(2)
затем поверхность (полную) охлаждения конструкции
F = 2(hB + BL + hL).	(3)
где h, В, и L — соответственно толщина, высота и длина бетониру-
емой конструкции, м.
Модуль поверхности конструкции
Мп = у	(4)
Далее находят начальную температуру бетона с уче-
том нагрева арматуры
_ Cl Y1 ^б-Н ^2
б-н“ С1 ?1 + С2 Р2 ’	()
450
где Са —удельная теплоемкость арматуры, кДж/(кг-°С);
Ра— расход арматуры, кг/м3.
По графику нарастания прочности бетоном при раз-
ных температурах находят среднюю температуру его
твердения (/б.ср), при которой можно получить требуе-
мую величину прочности за заданное время (т).
Для соблюдения этого условия определяют (ориен-
тировочно) коэффициент теплопередачи опалубки по
формуле
Область применения этой формулы ограничивается
условием
—->0,625.
'б.н~'в
По табл. 3 приложения назначают конструкцию опа-
лубки.
Определяют удельный тепловой поток через опалуб-
ку по формуле

(7)
По графику, приведенному на рис. 11.1, определяют
коэффициент теплоотдачи опалубки конвекцией.
Задаваясь температурой на наружной поверхности
опалубки (^п), близкой к температуре наружного воз-
духа, принимаем коэффициент теплоотдачи излучением
ал, равным 0.
Для выбранного типа опалубки уточняют темпера-
туру на ее наружной поверхности по формуле
Полученное значение /”п должно удовлетворять ус-
ловию
(9)
Если расхождение между заданной и расчетной тем-
пературами на наружной поверхности опалубки будет
29*
451
превышать более ±5%, то расчет следует повторить
при других задаваемых значениях температур на на-
ружной поверхности опалубки.
Далее определяют температуру (среднюю) нагрева
опалубки в начальный момент остывания конструкции
Затем находят тепло, расходуемое на нагрев опа-
лубки
Q=(/Pon-*B) 2	(11)
1=1
где Ci\ Fi\ 6i Yt — соответственно удельная теплоемкость, пло-
щадь, толщина и объемная масса материала
опалубки.
Уточняют температуру бетона к началу остывания
конструкции с учетом потерь тепла, расходуемых на
нагрев арматуры и опалубки, по формуле
______£1 Y1^6-h 4~ Р% Qon	(12)
б-н “ Cj Т1V + С2 P2V + S Ci Fi 6Z у,	’
Значение коэффициента теплопередачи опалубки
уточняют по формуле
К' =
Су
Л1пт
1 /~ 6 (^б.ср ^в)
(13)
Если проведенный расчет показывает, что принятый
вид опалубки не соответствует необходимым требова-
ниям по коэффициенту теплопередачи (табл. 3 приложе-
ния), то толщину теплоизоляции к принятому типу опа-
лубки уточняют расчетом.
Учитывая, что с повышением температуры теплопро-
водность материалов меняется, то, согласно эмпириче-
ской формулы О. Е. Власова, теплопроводность матери-
алов, составляющих конструкцию опалубки, нагретых
до /Оп, определяют по формуле
Х, = Х0 (1 +0,0025^),	(14)
где Хо—коэффициент теплопроводности материалов опалубки при
0°С, принимаемый по табл. 4 приложения, или определя-
емый опытным путем, Вт/(м-°С).
452
Толщину теплоизоляционного слоя (утеплителя) опа-
лубки определяют по формуле
где ^из и — коэффициент теплопроводности соответственно теп-
лоизоляции и составляющих материалов опалубки
при /Рп, Вт/(м-°С).
Уточняют удельный тепловой поток через опалубку
по формуле
(£„-'»).	(16)
Температуру на наружной поверхности опалубки
окончательно определяют по формуле
Уточняют процент ошибки, задаваемой t'Qn, и расчет-
ной температуры на наружной поверхности опалубки
С-*оп
<оп
100 < ± 5%.
(18)
Определяют температуру бетона к концу заданного
срока остывания
<б.к=(4н-ф СУ + '»•	(19)
Проверяют продолжительность остывания бетона до
ДО /б.к-
С?(*б.н	^б.к)
К -Мп(^б.ср *в)
(20)
В формуле не учитывается тепло за счет экзотермии
цемента, так как оно уже учтено при определении сред-
ней температуры твердения бетона из графика нара-
стания прочности, а также при расчете коэффициента
теплопередачи опалубки.
Пример. Железобетонная конструкция размером 1,2X1,5X2 м,
изготовленная из бетона марки 300 на портландцементе марки 400
с расходом 400 кг/м3 и расходом стали 150 кг/м3, бетонируется в
зимнее время в условиях стройплощадки. Температура наружного
453
воздуха равна —10° С при скорости ветра 10 м/с. Температура бе-
тонной смеси в момент укладки в опалубку составляет 35° С.
Удельная теплоемкость бетона и арматуры составляет соответст-
венно 1,047 и 0,48 кДж/(кг-°C). Объемная масса бетона и арматуры
равна соответственно 2400 и 7800 кг/м3.
Требуется подобрать конструкцию опалубки при условии, чтобы
бетон приобрел 70% прочности от марочной в течение 6 сут осты-
вания.
Расчет производится следующим образом:
По формуле (2) определяют объем бетона в конструкции V=
= 1,2-1,5-2=3,6 м3, затем по формуле (3)—поверхность охлажде-
ния конструкции Г=2(2-2,1 + 1,2-1,5+2,1 • 1,5) = 14,4 м2. Далее по
14,4
формуле (4) находят модуль поверхности конструкции Мп =	=
3,6
= 4 м-1.
По формуле (5) определяют температуру бетона, с учетом на-
грева арматуры
1,047-2400-35+0,48-150 (— 10)
/     ____________——-_______2____L   QQ 7°С
бн 1,047-2400+ 0,48-150	’	'
Согласно графикам набора прочности бетона при различной тем-
пературе находят среднюю температуру твердения бетона (/б.ср),
равную 20° С, при которой в течение примерно 6 сут (т) бетон кон-
струкции приобретает 70% прочности от марочной.
По формуле (6) определяем (ориентировочно) коэффициент теп-
лопередачи опалубки
1,047-2400
4-6-24
Л 6 (20-НЮ))
V (33,7—(—10))
3,75
=3,89 кДж/(м2-ч-°С) = 1,08 Вт/(м2-°С).
По табл. 3 приложения назначают (ориентировочно) конструк-
цию опалубки, состоящую из доски толщиной 25 мм, слоя толи,
50 мм слоя минеральной ваты и слоя фанеры толщиной 4 мм, кото-
рые имеют при нормальной влажности и температуре 0° С расчетные
физические показатели, приведенные в табл. 4 приложения.
По формуле (7) определяют удельный тепловой поток через опа-
лубку $ =1,08 [(33,7— (—10)] =47,2 Вт/м2.
По графику (рис. 11.1) определяют коэффициент теплоотдачи
конвекцией при скорости ветра, равной 10 м/с ак = 33,15 Вт/(м2-°С)
Зная, что лицевая сторона опалубки выполнена из фанеры, для ко-
торой коэффициент излучения равен примерно 4,44 Вт/(м2-°С), при-
нимаем температуру на наружной поверхности опалубки, равной
—9° С. Тогда коэффициент теплоотдачи излучением ал~0.
По формуле (8) проверяем правильность заданной температуры
на наружной стороне опалубки
а по формуле (9) определяют процент ошибки
= -4,4<±5%.
454
По формуле (10) определяем температуру (среднюю) нагрева
33,7 4-(—8,6)
опалубки / fin-------------- = 12,5° С.
Согласно формуле (11) определяют количество тепла, идущее
на нагрев опалубки
Q = (2,51-14,74.0,025.550+ 1,47-14,75-0,001-600 + 0,75-15,42Х
Х0,05-200 + 2,5-15,49-0,004-600)[12,5 — (— 10] = 16493,73 кДж.
По формуле (12) определяют температуру бетона с учетом по-
терь тепла, затраченных па нагрев арматуры и опалубки
„	1,047-2400-35-3,6- 0,48-150-34 —(—10)3,6 — 16493,73
<бн- 1,047-2400-3,6-1-0,48-150.3,64-2,51.14,74.0,025.550 +
^ + 1,47-14,75-0,001.600+0,75.15,42-0,05-200+2,51 • 15,49-0,004.600 “
« 30° С.
Значение коэффициента теплопередачи опалубки уточняют по
формуле (13)
1,047- 2400 Г в / 6(20+ 10)
К' = ----------- 1,5— \/ —--------!---—3,75 =
А 4-6-24	V 30+10
= 2,69 кДж/(м2-°С) = 0,75 Вт/(м2-°С).
В связи с тем, что полученный коэффициент теплопередачи опа-
лубки отличается от ранее полученного, для принятой ранее конст-
рукции опалубки рассчитывают требуемую толщину слоя теплоизо-
ляции (вата минеральная). Для этой цели по формуле (14) опреде-
ляют коэффициент теплопроводности материалов опалубки, нагре-
тых до /₽п = 12,65° С.
Коэффициент теплопередачи равняется:
для сосновой доски Хд = 0,17(1+0,0025-12,65) =0,175 Вт/(м-°C);
для фанеры клеевой Хф = 0,17(1+0,0025-12,65) =0,175 Вт/(м-°С);
для толи Хт = 0,17(1+0,0025-12,65) =0,175 Вт/(м-°С);
для ваты минеральной Хв — 0,07(1+0,0025-12,65) =0,072 Вт/(мХ
Х-°С).
По формуле (15) определяют толщину теплоизоляции; в данном
случае — толщину слоя минеральной ваты:
с Л 1	1	. 0,025 , 0,001 , 0,0041
6В = 0,0721-----—--------------+--------+--------4—-----I =
L0.75	33,15 + 0	0,175 0,175 0,175J
= 0,079 м = 79 мм.
По формуле (16) уточняют удельный тепловой поток, теряемый
бетоном через опалубку </ = 0,75(30+10) =30,00 Вт/м2, затем по фор-
муле (17) окончательно определяют температуру на наружной по-
ЛИ,	30
верхности опалубки /°= — 10+ —=—9,10° С.
33,15+0
455
Процент ошибки уточняют по формуле (18)
—9,Ю—(—9) t t
Процент ошибки составил менее 5%, что свидетельствует о пра-
вильности выбранной опалубки.
По формуле (19) определяют температуру бетона к концу вы-
держивания
—2,69-4,6-24
/б.к = (30+10)е 1.047 240> _ 10= Н >4ОС
Продолжительность остывания бетона окончательно проверяют
по формуле (20)
1,047-2400 (30 — 11,4)
3,18-4(20+10)
142,6 ч та 6 сут.
Продолжительность остывания конструкции составила 6 суток,
что удовлетворяет условиям задачи.
В итоге расчета установлено, что конструкция опалубки должна
состоять из сосновой доски толщиной 25 мм, одного слоя толя тол-
щиной 1 мм, минеральной ваты толщиной слоя 79 мм и фанеры тол-
щиной 4 мм.
Расчет температурного режима бетонных и железо-
бетонных элементов по методу В. С. Лукьянова позво-
ляет определять как мощность тепловой изоляции, тре-
буемой для достижения бетоном проектной прочности в
конструкциях любой массивности, так и находить темпе-
ратурные поля, что особенно важно для оценки величины
собственных температурных напряжений в конструкции,
а также для определения термонапряженного состояния
конструкций, остывающих после распалубки. Несмотря
на точность этого метода, недостатком его является от-
носительная сложность и трудоемкость.
Для упрощения сложных вычислительных операций
ВНИПИтеплопроектом разработан табличный метод
расчета с помощью ЭВМ.
В основу табличного метода расчета положены следу-
ющие основные параметры: массивность и геометрия
конструкции (модуль поверхности Мп и классическая
форма, к которой можно отнести рассматриваемую кон-
струкцию; марка бетона и цемента; расход цемента на
1 м3 бетона; требуемая прочность бетона к моменту
окончания его выдерживания.
В табл. 11.3 приведены все необходимые выходные
параметры выдерживания бетона на портландцементе
456
марки 400 до набора им прочности 70% от 7?28. Решение
задачи заключается в отыскании по известным началь-
ным условиям (виду и марке бетона, марке и расходу
цемента на 1 м3 бетона, начальной температуре бетона
и температуре наружного воздуха и требуемой к момен-
ту распалубки прочности бетона) необходимого термиче-
ского сопротивления опалубки (верхняя строка), конеч-
ной температуры бетона (средняя строка) и времени
окончания выдерживания конструкции (нижняя строка).
По величине выбранного термического сопротивления
опалубки осуществляют выбор конструкции опалубки и
расчет толщины слоев теплоизоляции. В тех случаях, ког-
да конструкция опалубки задана, по таблицам основных
параметров может быть подобрана необходимая величи-
на начальной температуры бетона, а также время окон-
чания выдерживания бетона для получения им соответ-
ствующей величины прочности.
Для сокращения трудоемкости расчетов можно поль-
зоваться номограммой, разработанной инженером
Э. К. Деевым. Номограмма предназначена для наиболее
часто встречающихся бетонных и железобетонных моно-
литных конструкций с модулем поверхности 7ИП = 4 и
более.
По номограмме (рис. 11.2) можно определить дли-
тельность остывания бетона до 0° С и его прочность к
этому моменту времени, время термосного выдерживания
бетона до набора им заданной прочности или по задан-
ному времени остывания и прочности бетона определить
коэффициент теплопередачи опалубки К.
Для немассивных бетонных конструкций при Л4“
^0,7 Вт/(м3-°С) отклонение расчетных значений про-
должительности остывания до 0° С, полученных по номо-
граммам от фактических, не превышают 10%.
Расчет длительности термосного выдерживания кон-
струкций и определение прочности бетона к моменту ос-
тывания его до 0° С выполнены по методу В. С. Лукья-
нова. Длительность остывания немассивных бетонных
конструкций при постоянных исходных условиях началь-
ной температуры бетона, температуры воздуха, содержа-
ния цемента и т. д. зависит от произведения КМЛ. Коэф-
фициент теплопередачи опалубки определяется по табл. 3
приложения.
Если коэффициент теплопередачи опалубки и тепло-
изоляции существенно отличается для различных поверх-
457
4*. Таблица 11.3
00 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОСНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ МАРКИ 400
С КОНЕЧНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ 70% ОТ Я23
Модуль поверх- ности, Мп	Марка бетона	Расход цемента кг/м3	Начальная температура бетона, °C									
			25	|					|	50				
			Температура среды, °C									
			0	—10	—20	—30	— 10	0	—10	—20	—30	— 10
2	200	226	0,192 5 180	0,344 5 158	0,480 5 150	0,618 5 148	0,78 5 143	0,109 5 139	0,198 5 120	0,258 5 111	0,318 5 106	0,378 5 106
		400	0,120 5 161	0,206 5 135	0,275 5 124	0,352 5 120	0,412 5 116	0,086 8 126	0,122 5 98	0,147 5 80	0,176 5 74	0,206 5 68
	300	300	0,152 5 167	0,258 5 144	0,344 5 134	0,456 5 132	0,55 5 129	0,088 5 132	0,146 5 102	0,198 5 95	0,215 5 79	0,249 5 74
		500	0,103 5 153	0,184 5 127	0,224 5 117	0,318 5 114	0,397 5 111	0,069 5 124	0,103 5 92	0,129 5 77	0,155 5 70	0,181 5 66
459
	200	226	0,37 5 152	0,618 5 139	0,81 5 130	1 5 126	,19 5 123	0,197 5 100	0,27 5 80	0,335 5 73	0,404 5 71	0,482 5 71
		400	0,252 5 132	0,353 5 ПО	0,452 5 100	0,55 5 96	0,654 5 94	0,138 5 84	0,184^ 5 67	0,232 5 63	0,292 5 62	0,31 5 56
4	300	300	0,294 5 138	0,438 5 125	0,576 5 117	0,73 5 114	0,86 5 113	0,182 5 90	0,206 5 73	0,282 5 67	0,344 5 65	0,37 5 61
		500	0,198 5 117	0,284 5 98	0,361 5 91	0,447 5 88	0,525 5 87	0,119 5 82	0,161 5 63	0,189 5 58	0,232 5 55	0,262 5 52
10	200	226	0,875 5 136	1,48 5 125	1,91 5 122	2,49 5 119	2,72 5 117	0,432 5 84	0,6 5 74	0,755 5 64	0,87 5 60	1,04 5 59
460
Продолжение табл. 11.3
		СО				Начальная температура			бетона, °C			
а о 1	СО Ж о	X D 2	25					|	50				
С £	чэ	Д'	Температура среды, °C									
Модул ности,	Марка	со и IX X	0	-10	—20	-30	—40	0	— 10	-20	-30	-40
	200	400	0,603 5 НО	0,86 5 100	,Н 5 95	,14 5 93	1,52 5 91	0,31 5 71	0,43 5 58	0,515 5 52	0.592 5 50	0,688 5 49
	300	300	0,735 5 128	1,08 5 113	1,40 5 109	1,69 5 107	2,01 5 104	0,388 5 77	0,5 5 64	0,62 5 58	0,73 5 56	0,81 5 55
10		500	0,507 5 106	0,688 5 94	0,86 5 84	1,03 5 85	1,2 5 83	0,284 5 62	0,369 5 52	0,42 5 46	0,43 5 45	0,557 5 44
Примечание. В таблице для каждого варианта выдерживания бетона м2-°C верхнее — полное термическое сопротивление, _	; Вт									приведены значения трех параметров:			
среднее — температура окончания выдерживания бетона, °C;
нижнее — время выдерживания, ч.
ностей охлаждения, то следует вычислить среднее значе-
ние коэффициента теплопередачи опалубки по формуле
К =	+	+	Вт/(М2.ОС)
П
S Fi
t=l
Ц,кг/н> КМП BT/(*‘*f) Ц,кг/м^ КМ„ ЁгЦ,кг/н> Км„ Вт/1м °С)
50 Г
40 т
30'г
20 Ё-
10
7 t-
7*f
50
40 Ь
30
20 Ё-
10
7L
Лг
200^
7Z7r
Л7|-
40 =-
30 \
20 \
Tub --60°с
10
50
40 Ё
30
20
Тц5 = 40°С
10	20 30 50 10 W0 200 500 500
ТН6 -- 20 °C
id ' 20 Я 50 70 100 200 300500
10^-
7Ь
400^
2°7°о 20'30 50 70 100	200 300
50
401
30
20
10
7 L
400с
200^
7'f
40=:
301
20 \
10
7
400\
20Ф-  / »	/ i.t U.d i U in  L zl х'i 1 1 J 
10 20 30 50 70 100 200 300 500 *
Приведенное время твердения бетона при209Сt4
То 20 30 40 50 h 70 80 90 ’
Прочность бетона к моменту осты-
вания до OffCt °/0 R29
20 30 50 70 100 200 300
10 E
?E
400^.
200 20 30 50 70 100	200 300
Длительность дотывония
бетона до о 9С, ч
---Г	1 1~'~ Т .Т " Г I <
1	2 '	‘ “
То лее
3 5 7 10 15
сут
Рис. 11.2. Номограмма для определения длительности остывания бе-
тона до 0° С и прочности его к этому времени при термосном выдер-
живании немассивных монолитных конструкций из бетопа марок
200—300 на портландцементе марки 400
/, 2, 3, 4 — температура наружного возду,ха соответственно, °C:
-’-40
461
Приведенная номограмма рассчитана на портландце-
мент марки 400, бетон марки 200—300. Она составлена
для обычных бетонных и железобетонных конструкций с
расходом цемента от 200 до 400 кг/м3 бетона. В номо-
грамме приведены значения температуры наружного воз-
духа—1,—5, —20, —40° С.
Промежуточные значения температуры наружного
воздуха определяются интерполяцией. Температура бе-
тона непосредственно после укладки в опалубку и укры-
тия (/ц.б) принята 20, 40, 60° С.
Номограмма разделена на две части: левую, в кото-
рой приводится прочность бетона к моменту остывания
его до 0° С, и правую, устанавливающую длительность
остывания бетона до 0° С. На каждой схеме номограммы
по оси ординат отложены значения КМп. По оси абсцисс
в левой части номограммы отложены значения приведен-
ного времени твердения бетона при постоянной темпера-
туре 20° С, равнозначное времени твердения при перемен-
ной температуре. В правой части номограммы по оси
абсцисс отложено время остывания бетона до 0° С, вы-
раженное в часах и сутках.
Для определения прочности бетона к моменту осты-
вания его до 0° С отыскивается схема, отвечающая вы-
бранной начальной температуре бетона. Устанавливается
расчетная температура наружного воздуха для данного
района строительства согласно табл. 1 приложения. На
схеме по оси ординат откладывается значение произведе-
ния КМп и далее проводится линия вправо от пересече-
ния с кривой температуры наружного воздуха. Из точки
пересечения проводится прямая вертикально вниз до пе-
ресечения с осью ординат и устанавливается значение
приведенного времени твердения бетона при постоянной
температуре 20° С для расхода цемента 400 кг/л«3.
Если расход цемента составлял менее 400 кг/м3, пря-
мую необходимо продолжить по направляющей до пере-
сечения со шкалой фактического расхода цемента.
Приведенное время твердения бетона при постоянной
температуре 20° С позволяет определить прочность бето-
на в % от 7?28 к моменту остывания его до 0° С по шкале,
приведенной в нижней части номограммы. На номограм-
ме приведены границы «критической» прочности бето-
на—40% и распалубочной прочности—70% от заданной
марки бетона.
Определение длительности остывания бетона до 0° С
462
осуществляется по правой части номограммы. Для это-
го проводятся построения, аналогичные тем, которые бы-
ли выполнены в левой части номограммы.
Пример 1. Требуется определить продолжительность остывания
до 0°С и прочность бетона к этому моменту времени при термосном
выдерживании монолитной колонны сечением 0,5X0,5 м и высотой
3 м. Бетон приготовлен на портландцементе марки 400 с расходом
325 кг/м3. Коэффициент теплопередачи деревянной опалубки толщи-
ной 30 мм с учетом скорости ветра 3,5 Вт/(м2-°С). Колонна бетони-
руется предварительно разогретой до 60° С бетонной смесью. Темпе-
ратура бетона после укладки в опалубку 52° С. Температура наруж-
ного воздуха —20° С.
Определяем модуль поверхности колонны
4.1-0,5	2	.
п~ 0,5-0,5-1 ~0,25 — 8 М
На правой части номограммы в схеме с начальной температурой
бетона /н:б = 60°С из точки Л7ИП=28 проводим прямую до пересе-
чения с кривой температуры наружного воздуха —20° С и далее
опускаем перпендикуляр на ось абсцисс до пересечения со шкалой
// = 325 кг/м3. Устанавливаем, что продолжительность остывания бе-
тона до 0° С при /1Г.б = 60°С составила 42 ч. Аналогичные построения
выполняем при начальной температуре бетона /н.б = 40®С. Продол-
жительность остывания бетона при /н-.б = 40°С составила 34 ч. По
линейной интерполяции устанавливаем, что продолжительность осты-
вания бетона до 0° С при /^.6 = 52° С составляет 38,8 ч.
Подобные построения выполняем и в левой части номограммы
для определения приведенного времени твердения бетона при по-
стоянной температуре 20° С. Устанавливаем, что приведенное время
составляет 57,6 ч. По нижней шкале в левой части номограммы оп-
ределяем прочность бетона к моменту остывания его до 0°С; /?б =
= 48% /?28-
Если требуется распалубливать конструкцию, то необходимо до-
полнительно утеплить опалубку с целью получения распалубочной
прочности бетона к моменту остывания конструкции до 0° С.
Пример 2. Для отдельно стоящего ростверка размером 0,8Х
X0,8X1,2 м требуется определить коэффициент теплопередачи опа-
лубки, которая позволит бетону набрать прочность 70% от Rm к мо-
менту возможного замерзания конструкции. Бетон приготовлен на
портландцементе марки 400 с расходом цемента 325 кг/м3. Темпе-
ратура наружного воздуха —20° С, начальная температура бетона
40° С. Ростверк бетонируется на отогретом основании, теплопотери
в грунте отсутствуют.
При подсчете модуль поверхности получился равным Мп =
= 5,83 м-‘.
В левой части номограммы на шкале прочности бетона отклады-
ваем прочность бетона Яб = 70%/?28. Выполняем построения, анало-
гичные приведенным в первом примере, но в обратной последователь-
ности; устанавливаем, что АЛ4П = 9,5.
Следовательно, расчетный коэффициент теплопередачи опалуб-
9 5
ки к=	=1.63 Вт/(м2.°C).
0,00
463
По табл. 3 приложения определяем тип опалубки. Продолжи-
тельность остывания до 0° С составляет НО ч.
Определять прочность бетона к моменту остывания его до 0° С
при начальных температурах, значения которых отсутствуют на схе-
мах, можно по специальным графикам.
С этой целью по данным, полученным из номограммы, строится
кривая, показывающая зависимость прочности бетона в момент его
остывания как функция начальной температуры /н.б-
График строится для различных значений начальной температу-
ры бетона при неизменных прочих факторах. Для заданной прочно-
сти бетона по графику определяется требуемая начальная темпера-
тура бетонной смеси.
Аналогичными графическими построениями можно воспользо-
ваться при определении коэффициента теплопередачи опалубки при
заданной начальной температуре бетона и требуемой прочности его
к моменту остывания до 0° С.
Расчетные значения, полученные по номограммам, и практиче-
ские результаты могут совпадать при условии, если средняя темпе-
ратура наружного воздуха соответствует значению в период термос-
ного выдерживания конструкции, принятой по номограмме.
Так как производство работ осуществляется при переменных
температуре и скорости ветра, то необходим контроль за темпера-
турным режимом твердения бетона в различных точках конструкции;
при резком понижении температуры наружного воздуха следует
принимать дополнительные меры по ее утеплению или прибегнуть к
обогревным методам выдерживания бетона.
Приведенные расчеты в достаточной мере полно ха-
рактеризуют существующие в настоящее время методики
определения основных параметров выдерживания бетона
по методу термоса. Однако следует отметить, что нахож-
дение оптимальных границ применения метода термоса
на практике связано, как правило, с решением большого
числа технологических задач, в наибольшей степени от-
вечающих конкретным условиям производства. В част-
ности, к ним можно отнести вопрос о выборе типа и кон-
струкции опалубки с назначением того или иного тепло-
изоляционного материала.
В тех случаях, когда новая конструкция и утепление
опалубки не отвечают технологическим требованиям про-
изводства и экономической целесообразности их примене-
ния, следует переходить на тепловую обработку бетона
с помощью электротермообработки или на его комбина-
цию с методом термоса.
ГЛАВА 12
БЕТОНИРОВАНИЕ ПО МЕТОДУ ТЕРМОСА
Производство бетонных и железобетонных работ на
морозе по методу термоса нашло широкое применение на
стройках Советского Союза начиная с 1930 г., например,
при строительстве в Магнитогорске, канала Москва—
Волга, заводов в Краматорске, Нижнем Тагиле, Цимлян-
ского гидроузла и других объектов.
Метод термоса наиболее эффективен при бетонирова-
нии больших массивов и подземных сооружений. Однако
при использовании быстротвердеющих портландцемен-
тов и эффективных теплоизоляционных материалов, осо-
бенно при умеренных морозах, он успешно применяется
и при бетонировании конструкций средней массивности.
Значительно расширило область его применения исполь-
зование предварительного электро- и пароразогрева бе-
тонных смесей, а также применение противоморозных до-
бавок, снижающих точку замерзания жидкой фазы.
БЕТОНИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА
В строительной практике зимнего бетонирования как
в Советском Союзе, так и за рубежом, к сожалению, ма-
ло применяется глиноземистый цемент. Бетон на нем
при отрицательных температурах можно укладывать не-
посредственно в неутепленную опалубку Такой способ
оказался допустимым при бетонировании не только мас-
сивных конструкций с малым модулем поверхности, но и
железобетонных конструкций со средним модулем по-
верхности (Afn^8). Единственным дополнительным про-
цессом при этом является подогрев воды и заполнителей.
При нормальной температуре окружающей среды бетон
на глиноземистом цементе в суточном возрасте обычно
приобретает около 70% прочности от /?28. Глиноземистый
цемент за те же сутки выделяет экзотермического тепла
не менее 314 кДж на 1 кг цемента, обеспечивая благо-
приятный температурный режим твердения бетона на мо-
розе.
Температурный режим при бетонировании зимой на
глиноземистом цементе может быть иллюстрирован дан-
ными об остывании бетонных призм размером 0,5Х0,5Х
30—23
465
XI м с использованием утепления и без него. Опыты
проводились на полигоне Центральной бетонной лабо-
ратории Куйбышевского гидроузла. Бетон приготовляли
на глиноземистом цементе марки 500. Температура на-
ружного воздуха во время опыта колебалась от —7 до
—13° С. Температура бетона при укладке составляла
23° С. Бетон укладывали в щитовую опалубку из 38-мил-
лиметровых досок с применением различных типов до-
полнительного утепления.
Рис. 12.1. Охлаждение
бетона на глиноземистом
цементе в зимних усло-
виях
/ — бетон в утепленной
призме; 2—то же, в неутеп-
ленной; 3— температура воз-
духа для утепленного и не-
утепленного бетона
На рис. 12.1 даны кривые охлаждения бетона в не-
утепленной призме и в призме, утепленной путем устрой-
ства короба из 19-миллиметрового теса и засыпки слоя
опилок толщиной 10 см. Для уменьшения теплопотерь
бетонные призмы сверху засыпали опилками слоем 10—
15 см, снизу все пространство между землей и днищем, на
уровне лаг, также заполнялось опилками.
Вскоре после укладки бетона, т. е. в процессе схваты-
вания цемента, температура в призмах повысилась до
38° С. Основная часть экзотермического тепла была вы-
делена цементом за первые 10—12 ч после затворения.
Затем при наличии температурного перепада в 45° С бе-
тонные призмы без утепления охлаждались до нуля в те-
чение 82 ч, а с утеплением — в течение 104 ч. В призмах
сечением 1X1 м температура бетона повышалась на 35°
против первоначальной, что вызывало снижение проч-
ности бетона, так как он был приготовлен на том же
глиноземистом цементе.
466
Бетонные призмы сечением 0,5X0,5 м имели модуль
поверхности 10, коэффициент термического сопротивле-
ния неутепленной опалубки —0,32. Коэффициент терми-
ческого сопротивления утепленной опалубки принят 1,7.
Неравномерная плотность засыпки и влажность опи-
лок существенно изменили действительные теплозащит-
ные свойства утеплителя. Поэтому теоретический срок
охлаждения бетона до нуля не совпадал с фактическим,
установленным по данным наблюдений. Тем не менее
фактически полученный температурный режим бетонных
призм обеспечил бетону к моменту его охлаждения до
нуля прочность 90—95% от /?28-
Результаты наблюдения, полученные на опытном по-
лигоне, вполне совпадают с данными наблюдений, про-
веденных в производственных условиях па строительст-
ве одного из уральских заводов. На этом строительстве
глиноземистый цемент применялся при бетонировании
рамных конструкций, фундаментов под турбогенераторы
ТЭЦ. В конструкции фундаментов турбогенераторов
было уложено 900 м3 бетона на глиноземистом цементе,
а всего в различные конструкции было уложено за зиму
до 2200 м3. Температура наружного воздуха длительное
время держалась на уровне —30... —35° С.
Подземную часть массивных подушек фундаментов
бетонировали на портландцементе еще при положитель-
ных температурах. Все надземные рамные конструкции
забетонированы в большие морозы па глиноземистом це-
менте. Прочность бетона 14 МПа, активность цемента
40—45 МПа.
Подвижная бетонная смесь изготовлялась с расходом
цемента 270 кг/м3. Из материалов подогревались лишь
песок (до 30—40° С) и вода (до 40—50° С). Температура
смеси при выходе из бетоносмесителя обычно была равна
20° С, а при укладке на место—от 12 до 17° С. Прочность
бетона рабочего состава в 28-суточном возрасте равня-
лась 15—16 МПа. При этом наиболее интенсивный рост
прочности происходил в течение первых суток. Бетон ук-
ладывали в неутепленную опалубку, и лишь открытые по-
верхности плиты укрывали слоем опилок по толю.
При бетонировании первого слоя бетон, уложенный в
подземной части фундамента, обогревался паром. Тем-
пература бетона на глиноземистом цементе для первого
слоя составляла при укладке 20—22° С. Рабочие швы за-
крывались соломитовыми матами.
зо*
467
Контроль за прочностью бетона осуществлялся на ку-
биках 15X15X15 см в 7- и 28-суточном возрасте. В про-
цессе бетонирования и в последующем тщательно следи-
ли за температурой бетона. Для замера температуры в
подготовке под фундамент ставили наклонные металли-
ческие дюймовые трубки с выходом наружу, а затем ук-
ладывали бетон слоем высотой 1 —1,5 м. В среднем на
каждый слой бетона ставили 3—5 трубок. Первая трубка
доходила до середины сечения элемента конструкции,
Рис. 12.2. Изменение температуры бетон; 'липоземпстом цементе
в фундаменте турбогенератора
вторую заглубляли на 15—25 см от поверхности, а тре-
тью— на 5—10 см от поверхности. Температуру замеря-
ли ежесуточно (до 4 раз) термометром, который опуска-
ли до требуемой глубины. По всем элементам фундамен-
та было установлено 179 трубок различной длины.
Данные о замерах температуры в элементе № 1 фун-
дамента турбогенератора приведены на рис. 12.2. В тече-
ние первых суток после укладки бетона температура по-
вышлась до 30—37° С за счет экзотермии цемента, а
затем охлаждение до нуля длилось 3—5 сут. Бетонирова-
ние конструкций отняло всего 7 сут. Распалубка выполня-
лась на шестые сутки, когда температура бетона стала
ниже нуля.
Применение глиноземистого цемента обеспечило ус-
пешное и быстрое выполнение всех железобетонных ра-
бот в большие морозы без проведения каких-либо допол-
468
нительных мероприятий. Кроме того, часть цемента мож-
но было сэкономить за счет введения тонкомолотых до-
бавок.
Для экономного расходования глиноземистого цемен-
та автором в 1943 г. было предложено перейти на выпуск
промышленностью гипсошлакоглиноземистого цемента.
Благодаря введению гипса доменный кислый шлак вовле-
кается в твердение, а не служит простым разбавителем,
как это наблюдалось при производстве шлакоглиноземи-
стого цемента.
Глиноземистый цемент применялся в большом объе-
ме на строительстве ряда заводов. Так, на строительстве
одного завода были забетонированы колонны и подкрано-
вые балки, причем бетон укладывали в неутепленную
опалубку. Наблюдения показали, что при сечении эле-
ментов 0,4X0,4 м и более морозы от —10 до —25° С в те-
чение первых суток поддерживалась температура, близ-
кая к нормальной. За это время бетон приобрел более
50% прочности от /?28- Трестом Донбасстяжстрой глино-
земистый цемент успешно применялся при производстве
железобетонных работ в конструкциях со средним мо-
дулем поверхности (от 5 до 10). Материалы подогревали
с таким расчетом, чтобы температура бетонной смеси
при укладке достигала 20° С. Смесь укладывали в неутеп-
ленную опалубку, конструкции находились на открытом
воздухе. Обычно через 6 ч после укладки бетона в конст-
рукции температура его повышалась до 30° С. Охлажде-
ние бетона в конструкциях с модулем поверхности 8—10
до нуля продолжалось около 2 сут.
Поскольку даже при минимально допускаемых расхо-
дах цемента марка бетона получалась выше требуемой
по проекту, к моменту охлаждения конструкций до нуля
бетон успевал приобрести около 100% проектной прочно-
сти. Никаких дефектов в конструкциях, выполненных та-
ким образом, в дальнейшем не было обнаружено. Несмот-
ря на высокую стоимость глиноземистого цемента, стои-
мость железобетонных работ оказалась ниже, чем при
употреблении портландцемента и при искусственном обо-
гревании конструкций. Применение глиноземистого це-
мента сокращает сроки распалубки конструкций и сдачи
их под нагрузку, а также упрощает производство работ
в зимнее время.
Из зарубежной практики известно, например, при-
менение глиноземистого цемента при укладке бетона в
469
верхнее строение мостов на высокогорных стройках в
Италии, в местах, где температура воздуха бывает низ-
кой. При возведении специальных сооружений он успеш-
но используется во Франции, в Венгрии, Швеции.
БЕТОНИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Особенно велик объем зимних бетонных работ на
строительстве гидротехнических сооружений.
На Свирьстрое с 1928 по 1933 г. уложено 560 тыс. м3
бетона, в том числе при температуре ниже 0° С около
100 тыс. м3, или 18%. В первую зиму работы объемом
30 тыс. м3 бетона выполнялись только в тепляках. В по-
следующие зимы наряду с применением тепляков уклад-
ка бетона велась и на открытом воздухе по способу тер-
моса. На строительстве канала имени Москвы с 1933 по
1937 г. уложено 2957 тыс. м3 бетона, в том числе
745 тыс. м3 т. е. 25%, в зимних условиях. Основным ме-
тодом укладки бетона зимой на этой гидростройке был
метод термоса. В последний год при окончании работ в
зимних условиях было выполнено 63% всего годового
объема бетонных работ. На Волгодонстрое (1949—
1952 гг.) только за последние три зимних месяца 1951/52 г
было выполнено 700 тыс. м3, или 23,5% всего объема ра-
бот. На Волжской, Волгоградской, Горьковской,
Каховской, Камской ГЭС в зимнее время работы по
укладке бетона выполнялись в очень больших мас-
штабах.
Например, на Камгэсстрое среднемесячная интенсив-
ность укладки бетона в зимнее время снижалась лишь
на 6% против летней. Метод термоса нашел значитель-
ное применение и в суровых климатических условиях при
сооружении Красноярской, Братской и Усть-Илпмской
ГЭС.
При строительстве гидротехнических сооружений ос-
новную часть бетона укладывают в массивные конструк-
ции, разделенные на блоки объемом от 200 до 3000 м3.
В зимний период укладка бетона выполняется в откры-
тых блоках, в шатрах или в легких тепляках. При неболь-
ших морозах (до —10° С) и слабом ветре, а также если
в бетонных блоках отсутствуют закладные металлические
части и арматура укладку бетонной смеси часто проводят
открытым способом. В этом случае применяется типич-
ный метод термоса. В армированных блоках и блоках с
470
закладными частями при температуре ниже —10° С бе-
тонную смесь рекомендуется укладывать в шатрах.
Опыт последних лет показал, что в ряде случаев осу-
ществлять бетонирование массивных блоков по методу
термоса можно до температуры не ниже —20° С. В этих
случаях, чтобы не прибегать к созданию тепляков, можно
применять активную теплозащиту (паро- и электрообо-
грев). Области применения метода термоса расширяются
за счет введения добавок солей при возведении неармиро-
ванных, но более тонких конструкций.
16J50
Z;	U=U)0mj	/\
Рис. 12.3. Шатер	арпых прутковых
тами по брусьям
/ — щиты; 2 — брус 18 см; 3 — брс:
Перекрытие
При сильных морозах и ветрах, особенно в густоармп-
рованных блоках, иногда приходится прибегать к обо-
греву в шатрах. В таких случаях ограждение должно
быть выполнено из утепленных щитов. Однако допускать
возведение массивных бетонных и железобетонных конст-
рукций в тепляках следует лишь при необходимости ото-
гревания арматуры пли недопустимости промораживания
в сильные морозы основания блоков.
При зимнем бетонировании к наиболее сложным рабо-
там относится устройство шатра, который бывает необхо-
дим при сильных морозах во время подготовки блока к
бетонированию и во время укладки бетонной смеси [68],
особенно при больших размерах блоков, а также если
внутри блока нет арматурных ферм. В этих случаях изго-
товляют специальные прутковые фермы, которые опира-
ются на арматурный каркас и закрепляются растяжками
или на инвентарные металлические стойки. Фермы ус-
танавливаются на расстоянии 4 м друг от друга, а затем
перекрываются брусьями с расстоянием между осями
1 м. Эти брусья служат обрешеткой для стандартных де-
471
рсвянных щитов размером 1\2 м (рис. 12.4) Чтобы
уменьшить теплопотери, щиты обшивают толем. Конст-
рукция и размеры утепленного щита опалубки представ-
лены на рис. 12.4. Щит имеет засыпку из сухих опилок
толщиной 12 см.
После окончания укладки бетонной смеси в блок и ук-
рытия его поверхности через 2—3 дня шатер переносят
Рис. 12.4. Утепленная щитовая опалубка
/ — отверстия для захвата щита; 2 — болт; 3— гвозди; 4— засыпка сухими
опилками
на следующий блок. Ограждение шатра может быть вы-
полнено из щитов, брезента, соломита или камышита.
Открытые поверхности бетонных блоков укрывают теми
же материалами или опилками слоем толщиной 10—
25 см.
На строительстве Горьковской ГЭС при производст-
ве бетонных работ в зимних условиях использовался
периферийный электропрогрев бетона в сочетании с ме-
тодом термоса. На опалубку и смежные охлаждаемые
поверхности нашивались электроды, сделанные из хо-
рошо вытянутой катанки диаметром 6—8 мм. Таким
способом уложено более 300 тыс. м3 гидротехнического
бетона.
472
Прогрев периферийных слоев уложенного бетона до
требуемой температуры осуществляется током напря-
жением 50—100 В. Периферийный электропрогрев да-
ет возможность активно регулировать тепловой режим
твердения поверхностных слоев бетона на морозе и пре-
дотвращает замораживание бетона, соприкасающегося
с холодным основанием или холодными стенками ранее
Рис. 12.5. Изменение
температуры бетона
в массивном блоке в
контакте с арматурой
/, 2 — изменение темпе-
ратуры в скважинах со-
ответственно I и II; 3 —
арматурные выпуски;
4 — слой опилок; 5 — тер-
мометры сопротивлении
забетонированных блоков. При этом нет необходимости
строить обогреваемые шатры над блоками, а также при-
менять утепленную опалубку.
По данным К. В. Алексеева, на строительстве Горь-
ковской ГЭС при периферийном электропрогреве рас-
ход электроэнергии составлял всего около 8 кВт-ч на
1 м2 обогреваемой поверхности, или около 3 кВт-ч на
1 м3 бетона в массивных блоках. На рис. 12.5 приведены
результаты наблюдений за изменением температуры бе-
тона в массивном блоке, подвергавшемся периферийному
прогреву. Температура бетона в укладке С.
Скважины утеплены строительным войлоком толщи-
ной 2—3 см. Как показали наблюдения, никакого специ-
ального обогрева арматуры в блоках не требуется. Необ-
ходимо лишь укрывать открытые поверхности бетона
опилками. При этом в теле бетонных блоков длительное
время сохраняется высокая температура.
473
Большое значение для обеспечения качества гидро-
технических сооружений имеет защита бетона в углах
блоков. Примерные схемы утепления блоков при бетони-
ровании по методу термоса, обеспечивающему защиту
периферийных частей массивов, приведены на рис. 12.6.
Например, на строительстве Камской ГЭС при больших
морозах для утепления углов блоков использовалась
шлаковата.
— Теплоизоляция
Рис. 12.6. Схемы утепления блока при бетонировании по методу тер-
моса
В практике гидротехнического строительства верти-
кальные и горизонтальные поверхности блоков, примыка-
ющие к бетонируемому блоку, утепляются теплоизоля-
ционными материалами на ширину 1 —1,5 м от свежеук-
ладываемого бетона. При паро- и электрообогреве бето-
на ширина утепляющего слоя на старом бетоне уменьша-
ется до 0,5 м. Все металлические части, выступающие из
утепленной опалубки блока, укрываются войлоком, пак-
лей или другими материалами на расстоянии 1 —1,5 м от
блока.
Для сокращения сроков выдерживания бетона в ус-
ловиях термоса для блоков малой и средней массивности
(с модулем поверхности более 3) допускается приме-
нять добавки — ускорители твердения — в виде хлори-
стых солей (1—2% массы цемента в расчете на безвод-
ную соль); для армированных конструкций могут приме-
няться добавки поташа, нитрита натрия или ННК. Ис-
пользовать добавки — соли не разрешается при укладке
бетонной смеси в блоки, находящиеся в непосредствен-
474
Таблица 12.1
МИНИМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА БЕТОННОЙ СМЕСИ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
Температура наружного воздуха, °C	Температура бетонной смеси при выпуске с бетонного завода, °C				
	в открытых блоках		в шатровых блоках		
	термос	активная теплоза- щита	термос	активная теплоза- щита	тепляки
5	5	5			
0	15	10		—	
-5	20	15			
— 10	25	20	10	10	8
-15	30	25	16	12	9
—20	—	30	21	14	9
—25			26	16	10
—30			21	18	И
—35			36	19	12
—40			42	21	13
ной близости от источников токов высокого напряжения
(электростанции, трансформаторные подстанции).
Возможно также совместное введение пластифициру-
ющих добавок и ускорителя твердения в количествах, ус-
танавливаемых нормами и проверенных построечными
лабораториями на основании предварительных опытов
на местных составляющих бетонной смеси.
Температура бетонной смеси при выпуске ее с бетон-
ного завода должна устанавливаться в зависимости от
местных условий строительства. Фактические данные о
тепловых потерях бетонной смеси должны определяться
на основании контрольных наблюдений за температура-
ми смеси на бетонном заводе и при укладке в блоки. До
уточнения указанных данных минимальные температу-
ры бетонной смеси при выпуске ее с бетонного завода ре-
комендуется назначать в соответствии с данными
табл. 12.1.
В начальный (осенне-зимний) период бетонирования
при температуре воздуха до —10° С допускается приго-
товлять бетонную смесь на подогретой воде, не подогре-
вая крупные заполнители, если они не содержат наледи и
снега и если это позволяет тепловой баланс бетонной
смеси.
475
Максимальная температура подогрева составляющих
не должна превышать 80° С. Вода нагревается путем
впуска в нее пара или при помощи электрического тока,
песок — с помощью закрытых паровых батарей, крупный
заполнитель — острым паром или закрытыми паровыми
батареями. Весьма эффективен нагрев заполнителей с
помощью сушильных барабанов или других агрегатов,
работающих с использованием горячего воздуха.
При транспортировании бетонной смеси должны быть
приняты следующие меры по предохранению ее от ох-
лаждения:
а)	погрузка, перевозка и разгрузка бетонной смеси
должны осуществляться возможно быстрее;
б)	при больших морозах рекомендуется использовать
отходящие газы для обогрева кузовов автосамосвалов и
укрывать перевозимую смесь утепленными покрывалами:
в)	должны быть приняты меры против намерзания
бетонной смеси на стенках бадей и кузовов автосамосва-
лов;
г)	галереи магистральных ленточных конвейеров сле-
дует утеплять и отапливать; над распределительными
ленточными конвейерами желательно устанавливать бре-
зентовые покрытия;
д)	помещения, в которых находятся бетононасосы,
следует также утеплять и отапливать;
е)	бетоноводы должны быть утеплены на всем про-
тяжении; рекомендуется утепление войлоком или шлако-
ватой с покрытием пергамином или толем и обмоткой
труб проволокой; отогревать бетоноводы перед началом
работы следует при помощи острого пара;
ж)	хоботы и виброхоботы, находящиеся на открытом
воздухе, должны быть утеплены.
Ребра и углы блоков должны иметь усиленную тепло-
защиту, для чего их покрывают дополнительным слоем
утеплителя.
Утеплять плиты-оболочки можно путем покрытия их
соломитовыми или камышитовыми матами или другими
утеплителями, которые крепят посредством нашивных
планок, либо при помощи больших одеял (из войлока,
шевелина, камышита и т. п.), натягиваемых посредством
прикрепленных к ним грузов.
Все работы по утеплению опалубки и подготовке к ак-
тивной теплозащите должны быть проведены до начала
бетонирования блока. Щиты опалубки должны поступать
476
к блоку утепленными и готовыми для установки. В слу-
чае резкого ухудшения погоды (похолодание, ветер), ког-
да есть опасность замерзания блока ранее намеченного
срока, необходимо принять меры к дополнительному
утеплению блока или к его активному обогреву.
В дополнение к применяемым в летнее время мерам
по подготовке оснований и блоков к укладке бетонной
смеси необходимо непосредственно перед началом бето-
нирования удалять наледь с поверхности основания и ра-
нее уложенного бетона, опалубки и арматуры. Необходи-
мо также прогревать до 5° С примыкающие охлажденные
поверхности бетона на глубину не менее 10 см и заклад-
ные части с арматурой за исключением арматуры диа-
метром до 25 мм, которая не нуждается в прогреве при
температуре наружного воздуха до —10° С.
Обогревать бетон, арматуру и основания блоков в
шатрах допускается как горячим воздухом при помощи
электровоздуходувок и электрокалориферов, так и ост-
рым паром с обязательным отводом при этом конденсата
из блока. Применять острый пар в открытых блоках, а
также при отогревании нучинистого основания нельзя.
Укладывать бетонную смесь на подмороженные осно-
вания и основания из непучинистых грунтов допускается
при условии, если температура уложенной бетонной сме-
си превышает абсолютное значение температуры основа-
ния не менее чем на 10° или если теплотехническими
расчетами и контрольными температурными наблюдени-
ями будет подтверждено достижение уложенным бетоном
требуемой прочности.
Гидроизоляцию температурно-усадочных швов для
использования ее в качестве теплозащиты рекомендуется
выполнять следующим образом: на опалубку со стороны
бетона навешивают битумные маты, поверхность их очи-
щают от посыпки и промазывают разогретым битумом.
Необходимое значение температуры в уложенном слое
бетона определяют теплотехническими расчетами: темпе-
ратура должна быть не ниже 5° С в блоках с дополни-
тельным утеплением углов и не ниже 10° С в блоках без
дополнительного утепления. Рекомендуемые температу-
ры в слое бетона при методе термоса с дополнительным
утеплением углов приведены в табл. 12.2.
Измерять температуру в уложенном слое следует на
глубине 5 см непосредственно перед перекрытием его
следующим слоем.
477
Таблица 12.2
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БЕТОНА ПРИ МЕТОДЕ
ТЕРМОСА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ УТЕПЛЕНИЕМ УГЛОВ БЛОКА
Температура наружного воздуха, °C	15	0	—5	-10	-15	-20	-25	—30	—35	—40
Температура бетона, °C	5	8	10	12	14	16	18	20	23	25
Производство работ по укладке бетонной смеси дол-
жно обеспечивать соответствие температур в уложенном
слое бетона установленным требованиям и непрерывность
укладки, исключающую длительные перерывы, а также
устройство случайных рабочих швов.
Укладывать бетонную смесь следует с максимальной
интенсивностью, сообразуя число одновременно бетони-
руемых блоков с производительностью бетонного завода
и имеющимися транспортными средствами. Укладка бе-
тонной смеси должна вестись слоями толщиной не ме-
нее 20 см; продолжительность перерыва между укладкой
смежных слоев не должна превышать 2 ч.
В случае обледенения поверхностей старого бетона и
арматуры во время бетонирования должны быть приня-
ты меры по их отогреву и очистке.
Объемы бетона, укладываемого в гидротехническом
строительстве, непрерывно увеличиваются. Так, в гидро-
энергетическом строительстве в девятой пятилетке было
намечено уложить около 30 млн. м3 бетона. При строи-
тельстве Волжского гидроузла было уложено только в
основные сооружения 6493 тыс. м3 бетона, из которых
в зимних условиях—2750 тыс. м3, или 42,3%. Еще боль-
шие объемы бетона уложили в зимних условиях при воз-
ведении крупнейших в мире Братской и Красноярской
гидроэлектростанций.
Гидротехническое строительство вообще характери-
зуется большими объемами выполняемых в течение года
бетонных и железобетонных работ (табл. 12.3). На строи
тельстве объектов гидроузлов стоимость этих работ со-
ставляет 30—40% общей стоимости.
Большие объемы бетонных работ связаны с массивно-
стью гидротехнических сооружений, которые главным об-
разом осуществляют в монолите. Перекрытия, подкрано-
478
Таблица 12.3
МОЩНОСТЬ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ОБЪЕМ БЕТОНА,
УЛОЖЕННОГО НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Название ГЭС	Мощность, тыс. кВт	Объем бетона, тыс. м3
Днепровская	имени В. И. Ленина	648	1180
Каховская на р. Дне- пре	312	1400
Цимлянский	гидро- узел и канал Волга— Дон имени В. И. Ленина		2970
Волжская имени В. И. Ленина	2300	7050
Волжская имени XXII съезда КПСС	2530	5534
Кременчугская	на р. Днепре	625	2600
Братская	4500	4870
Красноярская	6000	5460
Ингурская	1540	5200
вые балки, колонны, спиральные камеры и другие кон-
струкции малой массивности выполняются в сборном
виде.
На строительстве Саяно-Шушенской гравитационно-
арочной плотины высотой 242 м будет уложено около
10 млн. м3 бетона. Это примерно столько же, сколько бы-
ло уложено бетона при сооружении Красноярской и
Братской ГЭС. Сооружение гигантской, уникальной по
своим проектным решениям, Саяно-Шушенской ГЭС на
р. Енисее уже началось, и в 1978 г. намечено ввести в
эксплуатацию первые два гидроагрегата.
При возведении самой высокой (284 м) арочной пло-
тины и гидроэлектростанции Гранд-Диксанс в Швейца-
рии было уложено около 6 млн. м3 бетона. Строительство
в Альпах в суровых климатических условиях осуществ-
лялось только в теплый период года. Вследствие больших
снежных заносов и отрицательных температур наруж-
ного воздуха с ноября по апрель строительные работы
полностью прекращались. Однако сезонность строитель-
479
ства в Альпах объясняется не только большими снежны-
ми заносами, но и отсутствием у строителей опыта зим-
него бетонирования.
Кстати заметим, что высота плотины Нурекской ГЭС
в Таджикистане, сооружаемой на бурной р. Вахш, пре-
восходит высоту плотины Гранд-Диксанс, достигая
300 м. По своей высоте Нурекская плотина равна высоте
Эйфелевой башни, которая до недавнего времени счита-
лась самым высоким сооружением в мире.
Здание ГЭС расположено далеко внизу за плотиной,
а поэтому вода подается к турбинам по энергетическим
туннелям, пробитым через скалы в обход плотины. На
строительстве этой гравитационной плотины из гравели-
сто-щебеночных материалов и суглинка возведены бе-
тонное основание под ее ядро и цементационные галереи.
Для сброса паводковых вод сооружены железобетонные
туннели с применением плотного бетона.
При строительстве гидротехнических сооружений пра-
вила зимнего бетонирования вступают в силу с наступле-
нием среднесуточных температур наружного воздуха ни-
же нуля при минимальной суточной ниже —5° С.
Бетонная смесь на бетонном заводе должна приготав-
ливаться на подогретых заполнителях и воде. Однако
если на поверхности крупных заполнителей при отрица-
тельных температурах выше —5° С нет смерзшихся комь-
ев или наледи, то ограничиваются подогревом одной во-
ды. Надобность и степень подогрева крупных заполните-
лей определяется расчетом, исходя из теплового баланса
с целью получения заданной температуры бетонной
смеси.
Оттаивание заполнителей в бункерах и штабелях
острым паром приводит к их переувлажнению. Поэтому
в гидротехническом строительстве начинают применять
подогрев заполнителей в сушильных барабанах [68] с
использованием горячих дымовых газов (рис. 12.7). Эти
барабаны включаются в схему подачи заполнителей от
штабелей к бетонному заводу. Однако сушильные бара-
баны могут эффективно использоваться для подогрева
только при условии, что заполнители сначала оттаивают
в штабелях.
До подачи заполнителей в любые обогревательные ус-
тановки их необходимо привести в сыпучее состояние.
Например, на Волгоградгидрострое для восстановления
сыпучести смерзшиеся заполнители подвергались обра-
480
ботке виброрыхлителями в виде подвешенной к крану
плиты со штырями и прикрепленным к ней вибропогру-
жателем. Стоимость оттаивания 1 т заполнителей при
этом составляет не менее 3—5 руб.
Бетонную смесь готовят на заводах периодического
или непрерывного действия. Дозирование составляющих
Рис. 12.7 Установка для подогрева заполнителей в сушильном бара-
бане производительностью 120 м3/ч
/ — циклон; 2—циклон заполнителя; <3 — конвейер для подачи топлива;
4 — подтопок; 5 — сушильный барабан; 6 — конвейеры для подачи подогретых
заполнителей
бетонных смесей применяется только по массе. Транс-
портирование смеси осуществляется порционно (в бадь-
ях или самосвалах) или непрерывно (ленточными кон-
вейерами и бетононасосами).
Перед укладкой бетона в дело проводится тщатель-
ная подготовка основания и поверхностей смежных бло-
ков. В контактной зоне не должно допускаться подмора-
живания и фильтрации напорной воды.
В гидротехническом строительстве применяются три
основных способа зимнего бетонирования: метод термоса,
электротермообработка (нагрев и обогрев) и устройство
тепляков или шатров.
Метод термоса является наиболее экономичным и
вполне пригодным при возведении массивных конструк-
ций при температуре наружного воздуха до —20° С. При
температурах ниже —20° С укладка бетонной смеси раз-
решается только в тепляках или с устройством шатров.
31—23
481
Все большее применение находят различные способы
электротермообработки в массивных и средней массив-
ности конструкциях. Наиболее распространен электрод-
ный внутренний или наружный (периферийный) электро-
прогрев. Он применяется при укладке бетона в массив-
ные блоки с модулем поверхности менее 3—5, когда це-
ментом в толще бетона выделяется значительное коли-
чество экзотермического тепла.
Кроме того, рекомендуется применять наружный обо-
грев бетона в конструкциях с помощью греющих опалу-
бок. При этом используются сетчатые, пластинчатые,
струнные, стержневые и другие нагреватели, заложенные
внутри опалубки. Конструкции с модулем поверхности
более 3—5 целесообразно прогревать с помощью электро-
дов, помещенных в теле бетона, или сквозного прогрева
с нашивкой электродов на опалубке с двух противопо-
ложных сторон. Для массивных конструкций периферий-
ный прогрев (или обогрев) более экономичен, чем внут-
ренний.
Успешно в больших масштабах периферийный
электропрогрев с помощью электродов, нашитых на
опалубку, был применен на строительстве Горьковского
и Волжского гидроузлов. В суровую зиму 1955/56 г., ког-
да способ «термоса» не обеспечивал необходимого темпа
работ, на Куйбышевгидрострое также было решено пе-
рейти на периферийный электропрогрев массивных бло-
ков [40].
До этого времени электрообогрев бетона осущест-
влялся с помощью плит-оболочек, в которые при изго-
товлении закладывались спирали, инвентарных обогрева-
тельных панелей или электроодеял в виде металлических
сеток, закрытых снаружи мешковиной, пропитанной жид-
ким стеклом. Немассивные конструкции прогревались
обычным электродным способом.
Из всех перечисленных способов наиболее экономич-
ным и удобным в применении оказался периферийный
электропрогрев. На строительстве Волгоградского гидро-
узла этим способом было прогрето уже около 30% бето-
на, уложенного в зимних условиях. Причем основная мас-
са бетона была уложена и выдержана по методу тер-
моса.
Об опыте применения этого способа в гидротехничес-
ком строительстве было доложено на первом междуна-
родном симпозиуме по зимнему бетонированию в 1956 г.
482
в Копенгагене (Дания) зам. гл. инж. строительства
Горьковского гидроузла В. К. Алексеевым.
Способ периферийного электропрогрева был разра-
ботан автором совместно с инж. Л. А. Комиссаровым и
опробован во время Великой Отечественной войны на
строительстве промышленных объектов оборонного зна-
Рис. 12.8. Схематический разрез тепляка
/ — колонны; 2—балки; 3 — перекрытие; 4 — люки; 5—маты; 6 — утепленная
опалубка
чения. Особенно важную роль сыграло применение пери-
ферийного электропрогрева бетонных фундаментов под
мощные прессы, кузнечные молоты и другое оборудова-
ние при строительстве завода в г. Чебаркуле в суровую
зиму 1941/42 г.
Теперь периферийный электропрогрев стал неотъемле-
мой частью метода электродного прогрева бетона.
Применение тепляков и шатров для поддержания
температуры бетона, уложенного в гидротехнические со-
оружения, является наиболее дорогим способом зимнего
бетонирования. Увеличение стоимости бетона при исполь-
зовании тепляков, даже в гидротехническом строительст-
ве, где укладываются большие массы бетона, составляет
не менее 20%. Несмотря на это, в тяжелых климатичес-
ких условиях (при больших морозах и обильных осад-
ках) нередко приходится прибегать к устройству не толь-
ко шатров, но и тепляков, которые перекрывают бетони-
руемый блок или целую секцию блоков со всех сторон.
31*
483
Таким образом, создается благоприятный микроклимат,
нс зависящий от времени года и внешней среды [68].
Тепляк представляет собой стационарное устройство
сборно-разборной конструкции (рис. 12.8), а шатер —
металлическую пространственную конструкцию (см.
рис. 12.6), которую по мере укладки бетона в сооружение
поднимают вертикально электрическими лебедками или
винтовыми домкратами, устанавливаемыми на выступа-
ющих из шатра колоннах.
Расчет обогревательных приборов и теплоизоляции
тепляков выполняется в соответствии с указаниями спе-
циальных пособий и руководств по гидротехническому
строительству.
Подготовка блоков к бетонированию без защитных
шатров или тепляков разрешается при наружной темпе-
ратуре не ниже —20° С.
БЕТОНИРОВАНИЕ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
И ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
Бетонные работы при возведении сооружений Вилюй-
ской ГЭС (здание ГЭС, подпорные стенки, водоприемник
и туннели цементационной галереи) выполнялись в веч-
номерзлых грунтах в условиях сухой и суровой зимы.
Средняя температура января была равна —33° С, мини-
мальная —61° С. Створ Вилюйской ГЭС расположен в
вечномерзлых грунтах с преобладающими температура-
ми от — 3 до —5° С. Чтобы обеспечить необходимое ка-
чество бетонных и железобетонных работ в таких усло-
виях, были разработаны специальные мероприятия [15].
Так, во избежание преждевременного замораживания
нижнего слоя бетона было принято решение отогревать
мерзлый грунт основания. Это относилось как к зимне-
му, так и к летнему периоду строительства. В зимнее вре-
мя бетон, кроме того, защищался от воздействия низких
температур наружного воздуха. В марте — мае отогрев
скального основания в блоках цементационной галереи
осуществлялся в тепляках при помощи электрокалори-
феров. Бетон укладывался после того, как основание на
глубину 0,7—1 м отогревалось до температуры 5—7° С.
При производстве скальных работ открытым способом
после предварительного отогрева основания до 2—3°С
на основание укладывались электроды для прогрева бе-
тона со стороны основания. Такой прогрев бетона на кон-
такте скала — бетон показал вполне надежные резуль-
таты в любое время года.
Особое внимание уделялось созданию надежной за-
щиты для бетона в зоне переменного уровня воздействия
воды и мороза. Бетон в условиях Вилюйской ГЭС рас-
считан на возведение низких температур в зимний пе-
риод, который здесь продолжается 8 месяцев в году.
В процессе бетонирования внутри блока — в шатре —
поддерживалась температу-
ра 6—8° С с помощью пе-
реносных электрокалорифе-
ров. Температура бетонной
Рис. 12.10. Утепление бетона
блоков второго яруса цемента-
ционной галереи
Рис. 12.9. Утепление бетонного
блока первого яруса цемента-
ционной галереи
/ — опилки; 2 — электрокалориферы;
3 — люки для подачи бетонной сме-
си; 4 — утепленное перекрытие щи-
тов
/ — электрокалорифер; 2 — электро-
ды из шестимиллиметровой прово-
локи, шаг 20 см; 3 — опилки; 4—лю-
ки для подачи бетонной смеси;
5 — брезентовый шатер; утеплен-
ная щитовая опалубка; 7 — опилки
слоем 25—30 см
смеси в перекрывающих слоях колеблется от 7 до 10° С.
По окончании бетонирования блоков первого яруса,
в которые бетон укладывается в распор скальной выра-
ботки, открытые горизонтальные поверхности блоков по-
крываются одним слоем толя или бумажными мешками
из-под цемента, которые засыпаются опилками слоем
толщиной 0,2—0,25 м. Кроме того, утепленные перекры-
тия над блоками не разбираются, и внутри шатра-тепля-
ка 5—7 сут поддерживается температура 8—12° С
(рис. 12.9).
В этих блоках применялся бетон марки 200 по водо-
проницаемости В-8. Осадка конуса смеси 3—7 см. Бе-
тонирование второго яруса армированного блока сводча-
того перекрытия выполнялось в брезентовых шатрах.
Температура в них также поддерживалась с помощью
485
электрокалориферов. Наружная опалубка выше скалы
собиралась из инвентарных утепленных щитов размером
2X3,2 м.
Во избежание преждевременного замораживания бе-
тона на внутреннюю сторону щитовой опалубки наши-
вались электроды из 6-миллиметровой проволоки с шагом
20 см. Торцы блоков защищались щитами и утеплялись.
Внутри блока под сводом для обогрева бетона устанав-
ливались электрокалориферы (рис. 12.10). Так же как
и при бетонировании первого яруса, после окончания
укладки бетона открытая поверхность покрывалась то-
лем и засыпалась опилками.
Ответственной частью конструкций, работающих в ус-
ловиях Вилюйской ГЭС, где температура наружного воз-
духа длительное время держится в пределах от —45 до
—50° С, является зона переменного уровня воды. Для за-
щиты стен водосброса от прогрессивного разрушения бе-
тона в этой зоне были разработаны два варианта: метал-
лическая облицовка и деревогидроизоляционная тепло-
вая защита.
При возведении гидротехнических и других сооруже-
ний в суровых климатических условиях Крайнего Севе-
ра и Восточной Сибири необходимо не только тщательно
выполнять бетонные работы с соблюдением требований
строительных норм и технических условий, но и приме-
нять высококачественные материалы и составы бетонов,
обеспечивающие высокую морозостойкость их.
В настоящее время институтом Гидропроект и науч-
но-исследовательскими организациями в области гидро-
технического строительства разрабатываются два вари-
анта защиты бетона от мороза в законченных сооруже-
ниях. Первый заключается в том, чтобы защитить бетон
от непосредственного воздействия наружной температу-
ры в пределах от —40 до —55° С путем мощной тепло-
защиты, которая обеспечила бы постоянные плюсовые
температуры в теле бетона. Второй способ имеет в виду
сохранение бетона в замороженном состоянии в течение
круглого года. Для этого при соответствующей теплоизо-
ляции через бетон пропускают волну холода, заморажи-
вают его и в таком виде оставляют. В этом случае при
оттаивании перепад температур будет меньше, а поэтому
предполагается и более легкая теплозащита.
При бетонировании крупных блоков, особенно в ус-
ловиях низких наружных температур, возникает слож-
486
пая задача по борьбе с температурными Перепадами В
ядре и на поверхности блока. Из опыта возведения пло-
тин в Советском Союзе, США и в странах Западной Ев-
ропы, известно, что, несмотря на принимаемые меры, тем-
пература бетона в массивах за счет тепловыделения це-
мента повышается на 10—20° и более.
В связи с этим при возведении Братской ГЭС бетон
укладывался в блоки длиной до 55 м при высоте 1,5 м
Рис. 12.11. Сезонные колебания температуры в ядре блоков 63-й
секции
1, 2, 3, 4, 5 — соответственно для блоков: 63-Д-2; 63-Д-З; 63-Д-4; 63-Д-5; 63-Д-6
в утепленную опалубку с коэффициентом теплопередачи
от 0,58 до 1,75 Вт/(м2-°С). Зимой, как это повсеместно
принято в гидротехнике, блоки покрывались шатрами.
В летнее время бетонная смесь охлаждалась и открытые
поверхности защищались от теплообмена с воздухом.
Наблюдения за температурой в опытных блоках ве-
лись с помощью тензометров [31]. При этом определя-
лись модуль упругости и ползучесть бетона. Темпера-
турный режим бетонных массивов имеет характерные пе-
риоды подъема до максимальной и затем остывания до
определенной контрольной температуры.
На рис. 12.11 приведены графики изменения темпера-
тур в ядре длинных блоков 63-й секции. Остывание в те-
чение 1959—1962 гг. протекало со сменой сезонных подъ-
емов и спадов. За зимние месяцы 1962 г. массив остыл до
487
--4° С. Такая Же картйна наблюдалась й при замерам
температуры в блоках 4-й и 6-й секций. В момент сни-
жения температуры в ядре до —4° С на гранях блоков
под опалубкой температура достигала —8...—10° С. Ока-
залось, что в условиях суровой сибирской зимы утеплен-
ная опалубка по может полностью предохранить бетон
от замерзания. Это вызывает термонапряженное состоя-
ние конструкций, что может привести к образованию тре-
щин и снижению долговечности сооружений.
После окончания строительства Иркутской, а затем
Братской в настоящее время ведутся работы по укладке
бетона в сооружения Усть-Илимской ГЭС. Это-строитель-
ство проходит в еще более суровых климатических усло-
виях. Уже в 1973 г. за месяц в плотину и здание ГЭС
укладывалось до 130 тыс. м3 бетона, а ежедневно — не
менее 4000 м3. Укладка бетона ведется с эстакады, кото-
рая возвышается на 100 м над уровнем Ангары и тянет-
ся на 1230 м от одного берега до другого. На Усть-Илим-
ской ГЭС работы по укладке бетона в зимние месяцы
ведутся с такой же интенсивностью, как и на более юж-
ных сибирских ГЭС.
Бетонирование длинными блоками получило распро-
странение в послевоенный период в США и в других
странах. При этом считается, что перепад температур
между ядром и гранью на 1 м должен составлять 2—3°
и достигаться без искусственного охлаждения.
Как известно, в США и в Канаде в практике строи-
тельства больших плотин неоднократно применялось
охлаждение бетонной кладки массивов водой, пропускае-
мой по трубам. Впервые в больших масштабах бетони-
рование с охлаждением массивов при чрезмерном разо-
греве ядра плотин начало применяться в начале 30-х го-
дов нашего столетия. Так, при бетонировании плотины
Гувера было уложено несколько сот километров труб,
по которым пропускалась охлаждающая вода.
Значительно проще решается этот вопрос при бето-
нировании в суровых климатических условиях. Напри-
мер, при строительстве Усть-Илимской ГЭС в летнее вре-
мя затворение бетонной смеси осуществляется холодной^
водой из скважины. В зимнее время и этого не требуется.
При возведении сооружений Усть-Илимской ГЭС в
течение первых пяти лет было уложено около 1 млн. м3
бетона, а в течение 1973 г. уложено столько же за один
год. В зимние месяцы 1973/74 г. постоянно выдерживал-
488
ся высокий темп укладки— 100 тыс. м3 в месяц. В част-
ности, здесь была достигнута рекордная выработка —
10,3 м3 в день на человека. Несмотря на еще более суро-
вые климатические условия на строительстве Вилюйской
ГЭС в зимнее время, была достигнута очень высокая
производительность укладки бетона. Там впервые приме-
нена консольная металлическая опалубка, оборачивае-
мость которой в 10 раз больше, чем деревянной. Темп
укладки бетона повышался также благодаря примене-
нию большегрузных самосвалов-бетоновозов.
Представляет интерес опыт возведения за последние
20 лет в аналогичных климатических условиях различ-
ных гидротехнических объектов в Канаде. При выполне-
нии строительных работ в зимнее время там применяют-
ся защитные покрытия из легких прозрачных пластико-
вых материалов, многократно используемые. Прозрач-
ность пленок позволяет использовать солнечную энергию
для нагрева замкнутого пространства в небольших объ-
емах. Подобная защита всего сооружения была приме-
нена, например, при строительстве завода в Брсмптопс.
Панели покрытия размером 4,3X4,9 м устанавливались
вокруг стального каркаса здания и покрывались поли-
этиленовой пленкой. Шестиэтажное каркасное здание в
Виннипеге было полностью защищено полиэтиленовой
пленкой и древесноволокнистыми плитами. В здании с
такой защитой от мороза работы проводились в течение
всей зимы. При возведении стен восьмиэтажного кар-
касного здания в Виннипеге рабочая подвесная плат-
форма была покрыта полиэтиленом и внутри отоп-
лялась.
На севере Канады в местах с небольшими запасами
полезных ископаемых постоянные населенные пункты не
создаются, а организуются'мобильные городки, состоя-
щие из домов-автоприцепов, которые после выработки
месторождений перевозятся во вновь осваиваемые
районы.
В условиях современного индустриального строитель-
ства и у нас возникает необходимость изготовления об-
легченных изделий и конструкций па специализирован-
ных промышленных предприятиях и доставки их в север-
ные районы, где суровые климатические условия приво-
дят к усложнению и удорожанию выпуска такой про-
дукции.
Несмотря на дальнюю доставку готовых изделий из
489
легких материалов из промышленных районов на север,
это обходится обычно дешевле, чем изготовление их на
месте с большим удорожанием работ.
Строительство плотин в Канаде ведется в течение все-
го года. Так, на строительстве гидроузла Маникуаган-2
интенсивность бетонных работ в зимний период по срав-
нению с летним снижалась всего на 10%, несмотря на то,
что температура наружного воздуха достигала иногда
—55° С.
В соответствии с техническими условиями на зимние
бетонные работы температура бетонной смеси при уклад-
ке должна была находиться в пределах от 10*до 21,1° С.
В течение первых шести дней выдержки бетона на всех
открытых поверхностях температура поддерживалась не
ниже 10° С. Снижение температуры бетона во внешних
зонах плотины происходило со скоростью не более 5—6°
в сутки. Для обеспечения начальной температуры бетон-
ной смеси заполнители обогревались на складах; галереи
ленточных конвейеров, которыми транспортировали за-
полнители, были утеплены; для затворения бетонной сме-
си использовали подогретую воду. Блоки плотины закры-
вали брезентовыми шатрами и в тепляках устанавлива-
ли обогреватели. На строительстве гидроузла Маникуа-
ган-5 в среднем за 10-часовую смену в плотину уклады-
вали 2500—2800 м3 бетона. Общий объем уложенного
бетона составил около 2200 тыс. м3. Бетонирование пло-
тины велось блоками высотой 1,5 м.
Сразу же после укладки бетона в блок включалась
система искусственного охлаждения. Для снижения тем-
пературы бетона использовалась речная вода, циркули-
рующая по заделанным в бетон алюминиевым трубам
диаметром 25,4 мм со стенками толщиной 1,5 мм, изготов-
ленным методом выдавливания на заводе. Трубы постав-
ляются в бухтах, в каждую из которых наматывается
около 15 км труб.
Применение алюминиевых труб имеет ряд преиму-
ществ: стоимость их ниже стоимости стальных; значи-
тельно упрощаются операции по укладке и монтажу зме-
евиков, так как исключается механическое гнутье труб;
уменьшается количество соединений, благодаря чему сни-
жается утечка воды из охлаждающей системы; их удобно
укладывать на поверхность неровного скального основа-
ния. Средний расход труб на строительстве Маникуа-
ган-5 составил около 0,4 м па 1 м3 бетона.
490
Рис. 12.12. Разравнивание и уплотнение бетонной смеси при бетони-
ровании арочной плотины
Для контроля температуры охлаждаемого бетона н
регулирования работы охлаждающей системы в теле
плотины установлены термометры сопротивления, рас-
положенные на сравнительно небольшом расстоянии друг
от друга. Примерно через год после охлаждения темпе-
ратура бетона в теле плотины стабилизируется и в сред-
нем составляет около 4,5° С. При выполнении цемента-
ционных работ система охлаждения по ярусам отключа-
ется и охлаждающие трубы заполняют цементным ра-
створом.
При укладке бетонных смесей в тело плотины в Ка-
наде, так же как в США И'В европейских странах, для
разравнивания применяют бульдозеры, а для уплотне-
ния— пакеты вибраторов. На рис. 12.12 показано раз-
равнивание и уплотнение бетонных смесей с помощью
тракторов с навесными механизмами. (Из практики со-
оружения плотины Гранд-Диксанс в Швейцарии).
БЕТОНИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ
И ОБОРУДОВАНИЕ
В зимних условиях массивные фундаменты доменных
и мартеновских печей бетонируют, как правило, по ме-
491
году термоса. Представляют большой интерес результа*
ты наблюдений за бетонированием па морозе фундамен-
та одной из доменных печей.
В октябре и ноябре 1942 г. в Челябинске были соору-
жены два одинаковых фундамента под доменные печи.
Бетонирование первого фундамента было закончено при
положительных температурах воздуха, близких к нулю,
а второго — при отрицательных. Объем бетона каждого
составлял 1855 м3, в том числе кольцевой железобетон-
ной балки — 276 м3. В средней части фундамента в бе-
тон погружался гранитный бутовый камень (около 500 м3
камня в каждый). Фундаменты имели форму шестигран-
ников с консольной плитой основания.
Чтобы обеспечить монолитность массивов, бетониро-
вание вели непрерывно. Для лучшей проработки бетон-
ной смеси внутренними вибраторами толщину слоя при-
няли 0,2 м. По высоте фундамента было выполнено 45
слоев бетона. Каждый новый слой укладывали до начала
схватывания бетона предыдущего слоя. Для обеспечения
указанных выше требований была установлена опреде-
ленная интенсивность поступления бетона с завода, обо-
рудованного двумя бетоносмесителями вместимостью
по 2200 л.
Скорости перекрытия нижележащих слоев бетона рас-
считывали исходя из максимальной площади массива у
основания 543 м3. Если принять, что на укладку бетона
каждого слоя толщиной 0,2 м требуется по 3 ч, то необ-
ходимая интенсивность потока бетона в час составит
Fh 543-0,2
Q =— =-------- ==35,2 м3,
/	3
где F—максимальная площадь массиве у основания, м2;
h — толщина слоя бетона, м;
t — нормально допустимый срок укладки слоя,
Такая интенсивность подачи бетона была выдержана
на деле; в верхней же части фундамента укладка шла
еще быстрее. При этом точной послойной укладки не
всегда удавалось придерживаться.
Бетонная смесь подавалась на место шестью лен-
точными конвейерами, установленными по всем углам
шестигранного фундамента. С верхней рабочей площад-
ки смесь подавалась с лент вниз по шести хоботам, со-
стоящим из отдельных звеньев. Для равномерного рас-
492
пределения смеси по всей площади фундамента хоботы
могли отводиться в сторону от вертикального положения.
Во время бетонирования нижней (уширенной) части
фундамента бетонная смесь подавалась в консольную
часть вагонетками с рабочего настила одновременно от
центра и периферии. Укладка смеси, например, по фун-
даменту второй доменной печи была закончена за 64 ч.
Организация работ по укладке была запроектирована и
выполнена под руководством С. В. Шестоперова и
Г Д. Петрова.
Бетон для фундаментов доменной печи приготовлялся
на портландцементе Кувасайского завода; после длитель-
ного храпения марка цемента 400 понизилась до 300.
Расход цемента на 1 м3 бетона составлял 250—270 кг.
Щебень применялся гранитный в количестве 1127 кг/ма,
а песок — речной в количестве 803 кг/м3. Бетонную смесь
укладывали с осадкой конуса 3—5 см, в густо армиро-
ванной части осадка конуса достигала 6—8 см. Расчет-
ное водоцементное отношение составляло 0,74. Во время
морозов при бетонировании фундамента второй доменной
печи вода подогревалась до 70° С, а песок — до 15—20° С,
что не давало возможности комьям смерзшегося песка
попадать в бетонную смесь. Гранитный щебепь поступал
через бункеры в бетоносмеситель без предвари-
тельного подогрева. При этих условиях температу-
ра смеси при выходе из бетоносмесителя составля-
ла 15° С.
Уплотнение бетона велось при помощи внутренних и
поверхностных вибраторов. Смесь укладывали в опалуб-
ку, выполненную из досок толщиной 40 мм, без всякого
утепления боковой поверхности. Открытые поверхности
бетона консольной части после заглаживания мастерка-
ми закрывали матами из древесной шерсти толщиной
0,08 м, укладывая их внахлестку. По своим теплоизоля-
ционным свойствам маты из древесной шерсти несколько
хуже соломитовых.
Во время бетонирования внутрь опалубки массива
для обогрева арматуры и поддержания положительной
температуры среды пускали острый пар. Сверху фунда-
мент был закрыт рабочим настилом из досок. После окон-
чания бетонных работ для создания необходимого тем-
пературно-влажностного режима твердения бетона
фундамент сверху закрывали брезентом. В пространство,
образовавшееся между кольцевой железобетонной бал-
493
кой и брезентом над бетоном подлещадной части, пуска-
ли острый пар.
Для наблюдения за температурой бетона в различ-
ных точках фундамента лабораторией строительства бы-
ло устроено весемь скважин (рис. 12.13). Наблюдение
продолжалось и после окончания укладки бетонной сме-
си до полного охлаждения. Температуру измеряли ртут-
ными термометрами. Одновременно с температурой бе-
Рис. 12.13. Схема расположения точек замера температуры в бетопе
фундамента доменной печи
тона в различных точках фундамента измерялась и тем-
пература наружного воздуха — в стакане под брезентом
и под рабочим настилом над консольной частью фунда-
мента.
В толще массива фундамента, забетонированного при
положительных температурах наружного воздуха, близ-
ких к нулю, на 5-й день температура бетона повысилась
с 18 до 34е С. Следовательно, экзотермическая реакция
твердения цемента вызвала повышение температуры бе-
тона на 16°. Медленное и незначительное повышение тем-
пературы бетона объясняется не столько рассеиванием
тепла в окружающую среду, сколько низкой термично-
стью лежалого цемента.
Данные о температурном режиме по пяти скважинам
второго фундамента, забетонированного при отрицатель-
ных температурах наружного воздуха, приведены на
рис. 12.14. При рассмотрении этих данных необходимо
иметь в виду, что температура в указанных точках из-
мерялась не сразу: в нижней части фундамента — почти
494
через 2 сут после укладки бетона, а в верхней — менее
чем через 1 сут.
Во внутренней части массива температура бетона под-
нималась на 20—25° по сравнению с температурой при
укладке. В наружных слоях и в менее массивной части
фундамента (например, в консольной) подъема темпе-
ратуры за счет экзотермиине наблюдалось. Однако осты-
вание бетона происходило медленно: па глубине до 30 см
от опалубки температура бетона выше нуля продержа-
лась не менее 20—25 сут.
Перед началом работ бетонную подготовку под фун-
дамент доменной печи № 2 уложили на слегка подмо-
роженный грунт. Причем ни грунт, ни бетон подготовки
(толщиной 0,2 м) не обогревали.
Бетонные образцы испытывались в возрасте 28 сут
после хранения их в лабораторных условиях и имели
прочность от 8,3 до 13,8 МПа, иначе говоря, марка бето-
на НО была запроектирована лабораторией правильно.
Прочность доставлявшихся с производства контрольных
образцов, хранившихся в блоке под укрытием, колеба-
лась в больших пределах (5,1 — 15,7 МПа). Никаких тре-
щин на поверхности фундамента доменной печи при ос-
495
могре не было обнаружено. Это объясняется тем, что
охлаждение бетона фундамента происходило медленно и
перепада температур, который мог вызвать термонапря-
женное состояние, не было. Опалубку до полного охлаж-
дения массива не снимали.
Строительные нормы регламентируют допустимые
температурные перепады при бетонировании массивных
конструкций. Возведение фундаментов под домны не
только в зимнее, но и в летнее время требует учета тер-
монапряженного состояния и особого ухода за их пове-
дением в процессе строительства. Так, например, при
возведении доменной печи в г. Чусовом (1942 г.) в лет-
ний период, по наблюдениям автора, температура бетона
в центре массива с 26° С поднималась до 56° С. Несмот-
ря на сильное армирование, без специального ухода меж-
ду температурой в центре массива и на его поверхности
возникает такой перепад, который вызывает напряжен-
ное состояние, часто приводящее к трещинообразованию.
БЕТОНИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД КУЗНЕЧНЫЕ
МОЛОТЫ И ПРЕССЫ
Большой интерес представляет опыт применения ме-
тода термоса при укладке бетона в фундаменты под раз-
личное технологическое оборудование на строительстве
одного завода на Урале. Наибольший объем работ при-
ходился на январь — март 1942 г. При этом все виды
строительных и монтажных работ выполнялись парал-
лельно, так как соблюдать обычную очередность не пред-<
ставлялось возможным. За три самых холодных месяца
было уложено до 10 тыс. м3 бетона в ответственные бе-
тонные и железобетонные конструкции. Наибольший объ-
ем уложенного бетона приходился на фундаменты под
большие молоты, прессы и другое кузнечно-прессовое
оборудование. Объем фундаментов составлял от 50 до
600 м3.
Ежедневный поток бетонирования составлял до 250 м3.
Центральный бетонный завод работал круглые сутки и
за три месяца выполнил годовую норму выдачи бетона.
В период укладки наибольшего объема бетона на участ-
ках дополнительно устанавливались местные бетоносме-
сители.
В зависимости от массивности конструкций и срока
сдачи их под нагрузку применялись различные мето-
ды зимнего бетонирования (термос, пропаривание, элек-
496
тропрогрев, электропропаривание, местные тепляки).
В ряде случаев прибегали к комбинированному примене-
нию названных методов. Большинство массивных фунда-
ментов бетонировали методом термоса. После укладки
бетона поверхность фундаментов укрывали теплоизоля-
ционными материалами или над ними устраивались лег-
кие теплячки.
Фундамент объемом 605 м3 под 15-тонный молот бе-
тонировали с подогревом воды и песка (щебень отогре-
вали неполностью), а после окончания укладки бетона
поверхность фундамента укрывали соломенными матами
(рис. 12.15). Для уменьшения теплопотерь в образуемый
подшаботпый стакан шлангом подавался пар.
Самая высокая температура наблюдалась в подша-
ботном стакане, т. е. в той части, где требуется наиболь-
шая прочность бетона (рис. 12.16). При охлаждении ок-
ружающей бетон среды до—3° С прочность поверхностно-
го слоя бетона в подшаботном стакане достигала не ме-
нее 70% от /?28- Внутри массива температура бетона под-
нималась значительно выше, а поэтому еще до начала
разогрева шабота прочность бетона достигала 100% от
^28-
Контрольные образцы, взятые из подшаботпого ста-
кана, имели прочность бетона марки 140 в возрасте
11 сут 11,5 МПа, марки 170 в возрасте 28 сут — 17,5 МПа.
Фундамент объемом 260 м3 под кузнечный 9-тонный
молот (рис. 12.17) бетонировали и выдерживали первые
10 дней в отапливаемом тепляке. Благодаря отоплению
тепляка печами-времянками в нем 10 дней поддержива-
лась почти нормальная температура.
Как видно из рис. 12.18, на глубине 6 см через 10 сут
в бетоне фундамента температура поднялась с 18 до 27° С.
Затем отопление тепляка прекратили, и через три дня
температура окружающего воздуха сравнялась с темпе-
ратурой наружного воздуха. После полного раскрытия
фундамента охлаждение бетона на морозе происходило
весьма медленно. В той же скважине на глубине 6 см
лишь через 14 сут температура бетона снизилась с 27 до
8° С. Температура между бетоном и землей составляла
15 и 16/11 1942 г. соответственно 10 и 7° С, а 18/Ш
1942 г. —3° С.
Судя по характеру охлаждения раскрытого бетона
при наружной температуре от —7 до —26° С такой мас-
сивный фундамент мог быть выдержан без всякого теп-
32—23
497
Рис. 12.15. Утепление фундамента под кузнечный 15-топпый молот, за-
бетонированного на морозе
/ — соломитовые маты; 2 — опалубка; 3 — контрольные образцы
498
Рис. 12.17. Железобетон-
ный фундамент под
9-тонный молот, забето-
нированный в легком
тепляке
1 — земля, насыпанная по
тесу; 2 — скважина глубиной
6,5 см
1 — температура бетона на глубине 6 см; 2 — в тепляке; 3— наружного воздуха
МПа, контрольного образца в возрасте 14 сут — 15,5 МПа)
32*
499
ляка с применением лишь небольшого утепления. Доста-
точно было применить при укладке бетонную смесь
повышенной температуры и защитить открытую поверх-
ность фундамента от непосредственного воздействия мо-
роза. Однако подмораживание грунта в основании и стен-
ках котлована на глубину 0,3—0,4 м вынудило устроить
тепляк и обогревать его.
БЕТОНИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ТЭЦ
Ввиду отсутствия на строительстве ТЭЦ алюминиево-
го завода пара и электроэнергии работы по бетонирова-
нию различных фундаментов осуществлялись по способу
термоса. В частности, укладка бетона в фундаменты
торцовой стенки проводилась этим способом в конце
февраля 1943 г.
Ширина фундамента у подошвы составляет 4,25 м, а
во втором уступе — 2,95 м, далее идет стенка толщиной
0,6 м с контрфорсами шириной 1,75 м. Высота фундамен-
та составляет 4 м.
Опалубка применялась толщиной 4 см, а обшивка для
засыпки опилок — толщиной 2,5 см. Бетон утеплялся за-
сыпкой опилками слоем 15 см.
С внешней стороны фундамента для измерения тем-
пературы бетона вставляли металлические трубки на
глубину до 0,25 м. Наблюдения за охлаждением бетона
продолжались в течение 7—9 дней.
Результаты наблюдений за температурой бетона по
10 скважинам и значения температуры наружного возду-
ха даны на рис. 12.19. Все скважины были устроены при-
мерно в середине верхней части фундамента; при этом
часть из них приходилась на контрфорсы, а часть — на
стенки толщиной 0,6 м. Благодаря обеспечению высокой
температуры бетонной смеси при укладке и созданию
мощной теплозащиты охлаждение бетона происходило
достаточно медленно. Температура смеси при укладке на
место обычно колебалась в пределах 24—33° С. На 7-е
сутки температура бетона фундамента в различных точи
ках снизилась до 0—22° С. При этом такие температуры,
как 0, 1, 3 и 6° С наблюдались в скважинах, расположен-
ных в части стенки толщиной 0,6 м, а более высокие тем-
пературы бетона — в контрфорсах. В массивной части
фундамента, т. е. в нижних уступах, температурный ре-
жим был более благоприятным.
Самый нижний уступ фундамента бетонировали вра-
500
спор с грунтом. Траншеи рыли перед самым началом бе-
тонирования. Перед укладкой бетонной смеси опалубка
и основание со стенками траншей в течение короткого
срока обогревались паром.
Бетонную смесь подавали с бетонного завода по узко-
колейке опрокидными вагонетками на расстояние около
100 м. Заполнители и воду подогревали паром от паро-
воза. Температура воды обычно составляла 40—50° С, а
заполнителей (природная песчано-гравийная смесь) —
30—50° С. Песчано-гравийная смесь нагревалась в бун-
керах, расположенных над ковшами бетоносмесителей.
Над одним бетоносмесителем вместимостью 375 л на-
ходился бункер объемом 18 м3, над вторым — такой же
бункер объемом 22 м3. Надо заметить, что при интенсив-
ной двухсменной подаче бетона температура поступаю-
щей из бункера смеси значительно понижалась, а при ра-
боте только в дневную смену за ночь смесь нагревалась
до 50—60° С. Песчано-гравийная смесь в бункерах на-
гревалась острым паром.
На основании данных о температурном режиме можно
считать, что даже в самой тонкой части фундамента,
имеющей модуль поверхности 3,3, к моменту снижения
температуры бетона от нуля до —2° С бетон приобретал
около 50% проектной прочности. Массивная часть фун-
дамента, в том числе и контрфорсы, имели температуру,
обеспечившую бетону прочность до 100% от заданной по
проекту марки 90. Бетон приготовлялся на портландце-
менте марки 250 Спасского завода. Расход цемента со-
ставлял около 240 кг/м3.
501
Плита под фундаменты котла ТЭЦ размером 15,9Х
Х19»5 м н толщиной 1 м с подготовкой из бетона тол-
щиной 0,4 м была забетонирована за 4 дня способом тер-
моса. Вначале был уложен бетон слоем 0,4 м. Перед ук-
ладкой бетона вынимали грунт и сейчас же укладывали
бетонную смесь враспор со стенками котлована. По мере
Рис. 12.20. Железобетонная плита фундамента под колонны ТЭЦ, за-
бетонированная по методу термоса
1 — дощатый настил (2,5 см); 2— опилки
укладки бетона поверхность его укрывали соломой. Пос-
ле установки арматуры на верхнюю сетку укладывали де-
ревянные щиты и вниз пускали острый пар для обогре-
вания плиты основания, арматуры и опалубки. Бетонную
смесь самой плиты укладывали сразу на всю толщи-
ну с одной стороны и сейчас же после окончания вибра-
ции поверхность закрывали деревянными щитами и за-
сыпали опилками слоем около 15 см (рис. 12.20).
Бетон изготовлялся на том же портландцементе мар-
ки 250 и на природной песчано-гравийной смеси. Расход
цемента на 1 м3 бетона составлял 240 кг. Благодаря
хорошему подогреву песчано-гравийной смеси в бункерах
и воды в бочках острым паром от паровоза, обслуживаю-
щего бетонный завод, температура бетона при укладке
колебалась в пределах 15—32° С.
При таком утеплении бетон охлаждался медленно.
Как видно из графиков, приведенных на рис. 12.21, толь-
ко в некоторых точках температура бетона упала на 7-е
сутки до 0 и 1° С; в большинстве же случаев она была
не ниже 10—12° С. Быстрое охлаждение бетона наступа-
ло вблизи опалубки или там, где бетон был плохо утеп-
лен.
Температурные скважины устраивались сверху плиты
в бетоне на глубину 0,25 м. После измерения температу-
502
ры скважины затыкали деревянными пробками и тща-
тельно закрывали.
Результаты температурных наблюдений показывают,
что подобные железобетонные элементы при наружной
температуре от —10 до —15° С свободно могут быть за-
бетонированы и защищены от замерзания с утеплением
по методу термоса. Прочность бетона даже в местах наи-
более интенсивного охлаждения достигала 40% от /?2в,
но, как правило, она была выше 70% от /?28.
БЕТОНИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИХ ФУНДАМЕНТОВ
ПОД КИРПИЧНЫЕ ПИЛОНЫ ШИННОЙ ГАЛЕРЕИ
Зимой 1941/42 г. на строительстве завода необходимо
было забетонировать несколько десятков фундаментов
под кирпичные пилоны шинной галереи. Объем каждого
такого фундамента — около 7 м3. Размеры фундамента
указаны па рис. 12.22.
Фундаменты были целиком заглублены в землю; в
нижней части они имели уступ. Рытье котлованов и ук-
ладка в них бетонной смеси проводились в марте. При
наличии большого снежного покрова на этом участке
грунт промерз только на 0,4—0,5 м, что значительно об-
легчило земляные работы. Кроме того, для удобства вы-
полнения подкопа в нижней части при рытье котлованов
503
прибегали к некоторому подмораживанию их стенок.
Подмораживание не давало обваливаться лёссовидному
грунту во время работ. После рытья котлованов их за-
крывали сверху и тем самым снова восстанавливали по-
ложительную температуру.
По мере получения положительных температур в
стенках котлованов их заполняли бетонной смесью. Тем-
Рис. 12.22. Утепление фундамента
под пилоны шинной галереи
1 — деревянный щит; 2 — опилки; 3 —
температурная скважина
Рис. 12.23. Температурный режим
бетона в фундаменте под пилоны
шинной галереи
пература смеси при укладке в дело составляла 20—40° С,
Бетон применяли марки 90 на портландцементе марки
300. После укладки бетон вначале закрывали деревянным
щитом, а затем заваливали опилками и снегом.
Наблюдения за температурой бетона в верхней части
фундаментов показали, что остывание до нуля длилось
не менее 3—5 сут (рис. 12.23).
Несомненно, что в нижней части фундаментов был
более благоприятный режим, чем это показали замеры
сверху. На фундаментах были выложены полые кирпич-
ные пилоны с применением способа замораживания.
Для получения более высокой прочности бетона к
504
Моменту его замерзания в Подобных случаях следует вво-
дить добавку 5—6% поваренной соли или хлористого
кальция от массы воды.
В зарубежной практике метод термоса применяется
и при бетонировании взлетных дорожек, дорожных по-
крытий и т. п. Так, например, при укладке бетона па мо-
розе во взлетные дорожки аэропорта на северо-западном
побережье Тихого океана (США) применяли укрытие
поверхности бетона соломой и плотным картоном. Чтобы
не допустить уплотнения слоя соломы картоном, уклады-
вали деревянные рамки. При укладке бетона в покрытие
опытного участка автострады зимой в Берлине поверх-
ность бетона укрывали соломитовыми матами. До уклад-
ки бетона грунт обычно укрывают, чтобы не допустить
промораживание его.
Путем применения добавок солей можно расширить
возможности укладки бетона в дорожные и аэродромные
покрытия. Это, например, с успехом применяется при ук-
ладке бетона в основание трамвайных путей в Москве.
РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
МЕТОДА ТЕРМОСА
Еще в 1937 г. автором совместно с Б. Г Скрамтасвым
было предложено существенно расширить применение
способа термоса на базе использования высокосортных
цементов, применения ускорителей твердения и вибриро-
вания бетона при укладке. Совместное применение трех
указанных мероприятий дает возможность значительно
удешевить и упростить зимние бетонные, бутобетонные
и железобетонные работы..Выдвинутые положения бы-
ли подтверждены не только лабораторными испытания-
ми, но и многочисленными примерами производства ра-
бот на зимних стройках. В частности, на строительстве
в Барнауле это предложение было успешно реализовано
и при бетонировании колонн первого этажа помещения,
предназначенного под магазин. Железобетонные колон-
ны сечением 0,5X0,5 м и более были утеплены слоем опи-
лок до 20 см. В период производства работ температура
наружного воздуха днем обычно была около— 10° С, а
ночью опускалась до — 27° С. Бетон состава 1 : 1,75 4
по объему приготовлялся на портландцементе Черноре-
505
чгнгкою .‘iiihoAii марки 400—600 с Добавлением 2% хло-
ристого кальция от массы цемента. Так как при устрой-
стве двойной опалубки работа с наружным тисковым виб-
ратором затрудняется, применялись внутренние вибра-
торы. При укладке бетонной смеси в опалубку с темпе-
ратурой около 30° С остывание колонн до нуля продол-
жалось не менее 2 сут. За этот период бетон приобрел
прочность более 7 МПа, что обеспечило возможность пол-
ной распалубки колонн на морозе. Более тонкие железо-
бетонные конструкции перекрытия выдерживались с обо-
гревом.
Распалубленные при температуре 3—5° С через 2—3
сут после укладки бетона колонны никаких дефектов не
имели.
Чтобы избежать искусственного прогрева подколен-
ников и балок, на строительстве мартеновского цеха в
Златоусте осенью 1942 г. успешно применяли добавку
хлористого кальция. Доставляемый в металлических боч-
ках хлористый кальций растворяли в полуторном коли-
честве воды при температуре 40—60° С. Раствор хлори-
стого кальция вливали в барабан бетоносмесителя после
того, как в него заливали воду.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ ГРУНТА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ
ФУНДАМЕНТОВ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Метод использования теплоты грунта при возведении
фундаментов и подземных сооружений в зимних услови-
ях принципиально не отличается от метода выдержива-
ния бетона в тепляках. В том и другом случае забетони-
рованные конструкции выдерживаются в защищенных
условиях при положительной температуре среды. Разни-
ца заключается только в том, что в тепляках положи-
тельные температуры достигаются посредством обогре-
вательных приборов, а в закрытых котлованах — за счет
теплоты нижележащих слоев грунта.
Предложение об использовании тепловых свойств
грунта было сделано в 1936 г. Б. А. Бодянским, который
провел ряд исследований по этому вопросу и впервые
внедрил это предложение в строительную практику.
В зиму 1937/38 г. по этому способу Центроэнергостроем
было забетонировано около 100 башмаков и массивных
фундаментов под мачты линии электропередачи. Обсле-
506
дование показало, что качество бетона было вполне удов-
летворительным, а поэтому данный способ был рекомен-
дован к широкому применению.
В зиму 1939/40 г. в Москве на строительстве одного из заводов
при бетонировании фундаментов в котлованах глубиной 1,45 м при
легком их укрытии удалось поддерживать положительную темпера-
туру до января. Объясняется это использованием тепловых свойств
грунта, еще не промерзшего с осени на полную глубину.
В ту же зиму 1939/40 г. Б. А. Бодянским совместно с
В. Н. Сизовым в СтройЦНИЛ Наркомстроя были проведены
опыты на полигоне и параллельно на одной из строек в Москве.
В результате этих исследований установлено, что в котлован, вы-
рытый зимой и закрытый сверху, поступало тепло.
В выкопанных и оставленных открытыми на морозе котлованах
глубиной более 2 м наблюдалось замораживание дна и стенок. После
того как котлованы были закрыты тесом и 20-сантиметровым слоем
опилок, дно котлованов, несмотря на температуру наружного воздуха
—20° С, через некоторое время оттаяло. Надо заметить, что темпера-
тура воздуха в котлованах была отрицательной и стенки котлованов,
находящиеся выше оттаявшего дна, оставались замороженными. При
глубоких котлованах вследствие притока тепла в закрытый котлован
через талое дно и нижнюю часть стенок положительная температура
может сохраняться в течение всей зимы. В случае промораживания
стенок до закрытия котлована при глубине, значительно большей, чем
глубина промерзания, температура хотя и медленно, но повышается
и устанавливается выше 0° С.
Наблюдения показали, что для использования тепловых свойств
грунта при возведении бетонных или бутобетонных фундаментов в
зимнее время котлован вместе с бровками шириной не менее 0,75 м
должен быть закрыт досками, толем и 20-сантиметровым слоем опи-
лок. При длительном выдерживании котлованов и при больших мо-
розах поверх опилок следует насыпать слой снега.
Минимальное заглубление котлована в первую половину зимы
должно быть на 20, а во вторую — не менее чем на 30% больше
глубины промерзания грунта. Тепловые свойства грунта очень вы-
годно использовать при работах в тот период, когда грунт промер-
зает еще не на большую глубину. Устраивать специально более глу-
бокие котлованы, чем это требуется по проекту, не допускается.
При использовании тепловых свойств грунта температура укла-
дываемой бетонной смеси должна быть не ниже 15° С. По мере окон-
чания укладки смеси на отдельных участках котлован следует быст-
ро закрывать и засыпать. В большие морозы бетонирование следует
проводить в закрытом котловане с подачей в него смеси через люк,
устраиваемый в его покрытии.
Преимущества данного способа заключаются в том, что без спе-
циальных устройств и обогрева удается выполнить работы простей-
шими средствами. Этот способ следует рекомендовать при устрой-
стве в зимних условиях в колхозах железобетонных силосных тран-
шей. При наличии готовых железобетонных плит лишь дно траншеи
устраивают из монолитного бетона слоем 15 см. При отсутствии го-
товых плит стенки и дно полностью устраивают из монолитного бе-
тона. Силосные траншеи рекомендуется устраивать глубиной 3 м,
шириной по дну 3,5 м, а поверху 4 м.
507
При глубоком заложении фундаментов или при
укладке бетона в грунт, не промерзший на большую глу-
бину, рекомендуется использовать теплоту грунта. Бето-
нирование при этом необходимо выполнять в закрытом
котловане, подавая в него бетон через люк, устраивае-
мый в его покрытии. Между боковыми поверхностями
фундамента и котлована должен быть достаточный зазор
в зоне талого грунта для поступления тепла в котлован.
Рис. 12.24. Установка арматуры и опалубки колонн на башмаках,
выдерживаемых с использованием теплоты грунта
/ — засыпка опилками; 2 — опалубка; 3— фартук из шевелина; 4 — временное
уплотнение из шевелина; 5 —диафрагма из шевелина; 6 — щиты; 7 — засыпка
талым грунтом; 8 — утепление поверхности грунта опилками или шлаком;
9 — талый грунт
Установку опалубки и арматуры колонн, опирающих-
ся на забетонированные ранее фундаменты, при прочно-
сти бетона порядка 5 МПа можно вести, например, как
это показано на рис. 12.24. Укрытие переносится на верх-
ний обрез башмака [51] и на обнаженной поверхности
последнего быстро устанавливают арматуру и опалубку,
а укрытие котлована переносится выше. При этом вну-
три короба опалубки колонны на уровне укрытия котло-
вана устанавливают диафрагму из шевелина. Если баш-
мак забетонирован с подколенником, то его распалубли-
вают, пазухи засыпают талым грунтом и утепляют.
В первом случае контрольные кубы из бетона рабочего
состава хранятся на нижнем обрезе фундамента, а во
втором — прочность бетона приходится определять
только путем использования переходных коэффициентов
по температурному режиму за период твердения.
508
БЕТОНИРОВАНИЕ В ХОЛОДНОЙ ВОДЕ
ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ВОЗДУХА
Подводное бетонирование при возведении гидротех-
нических сооружений, причальных пирсов, паромных пе-
реправ, морских устоев, набережных и подпорных стенок
требует высокого качества бетона при выдерживании его
в условиях контакта с холодной морской и речной водой.
Изменение уровня воды, в том числе приливы и отливы,
создают неблагоприятные условия эксплуатации бетона
в зоне переменного уровня воды особенно при низкой
температуре наружного воздуха.
В связи с этим к укладываемым бетонам предъявля-
ются повышенные требования в отношении коррозионной
стойкости и морозостойкости. Бетоны для этих целей при-
меняются преимущественно специальные гидротехничес-
кие марки 300 и выше, морозостойкостью не ниже 300.
Расход цемента целесообразно назначить не менее
500 кг/м3. Цементы применяются, как правило, сульфа-
тостойкие марки 400 и выше.
Для повышения морозостойкости в бетон вводятся
воздухововлекающие и пластифицирующие добавки СДБ
и СНВ или СПД в соответствии с «Техническими указа-
ниями по технологии изготовления и защите бетонных и
железобетонных конструкций гидротехнических сооруже-
ний в суровых климатических условиях» (ВСН 118-65)
Минтрансстроя СССР.
Укладка бетона, как правило, осуществляется «насу-
хо» в теплоизолирующей водонепроницаемой опалубке.
Необходимость учета особенностей бетонирования
оголовка паромной переправы (А1И = 2 м-1) в г. Совет-
ская Гавань (порт Ванино) при температуре наружного
воздуха —15° С и температуре морской воды —1°С
(температура морской воды при солености 3,5% может
понизиться до —1,9° С) потребовала проведения специ-
альных теплотехнических исследований в институте
ЦНИИС Минтрансстроя. Для разработки рекомендаций
по бетонированию в холодной воде в лаборатории гид-
равлических и электрических аналогий института прово-
дились исследования на гидравлическом интеграторе
В. С. Лукьянова. Целью проведения исследований явля-
лось определение характера формирования температур-
ных полей в бетоне конструкции при выдерживании ее в
холодной воде. По полученным температурным режимам
509
осуществлялся расчет прочности бетона к моменту осты-
вания до 0°С в наиболее опасных с точки зрения замер-
зания участках конструкции. Таким участком являлся
причальный выступ размером 70X50 см.
Строительство паромной переправы Ванино—Холмск
осуществлялось в основном с применением монолитного
железобетона. Более 3000 м3 бетона было уложено в зим-
ний период с применением метода термоса и комбини-
рованного метода термоса с периферийным прогревом
поверхностей бетонных устоев паровыми регист-
рами.
В зимний период 1973 г. осуществлялось бетонирова-
ние причального пирса. Конструкция причального пирса
была выполнена из массивного стального шпунта тол-
щиной 20 мм с железобетонными оголовками (рис. 12.25).
Для защиты шпунта от коррозии в зоне переменного
уровня воды предусматривалось бетонирование его ниже
горизонта воды на глубину не менее 1 м.
Производство работ и последующая выдержка бето-
на в контакте с холодной морской водой осложняется
двумя обстоятельствами: 1) прониканием холодной воды
через неплотности опалубки; 2) большим коэффициентом
теплоотдачи с поверхности опалубки в воду и в связи
с этим интенсивным охлаждением поверхностных слоев
бетона.
Чтобы исключить попадание воды в зону бетонирова-
ния оголовка, была запроектирована специальная водо-
непроницаемая опалубка, состоящая из щитов длиной
6—7 м, с таким расчетом, чтобы длина секции бетониро-
вания составляла около 20 м.
Опалубочный щит приведен на рис. 12.26. Он состоит
из лицевой части и днища. Лицевая часть набирается из
двух плотно пригнанных слоев досок толщиной 5 см. Для
обеспечения водонепроницаемости наружный щит обтя-
гивается брезентом или усиленной полиэтиленовой плен-
кой. Брезент предварительно прокрашивается суриком.
На днище опалубки в качестве теплоизоляции настила-
лись два слоя досок толщиной по 5 см.
Так как при забивке отдельные шпунтины отклоня-
лись от вертикального положения и в этих местах стенки
образовались зазоры, возникла необходимость проконо-
патить пазы между шпунтинами пенькой или другими не
пропускающими воду материалами. Выполнение этой ра-
боты под водой оказалось очень сложным и трудоемким
510
Рис. 12.25. Строительство при-
чала паромной переправы в
зимнее время
Рис. 12.26. Конструктивная
схема водонепроницаемой опа-
лубки при бетонировании ого-
ловника в холодной воде при-
чала
511
процессом, йе йсегДа приводящим к положительным ре-
зультатам.
Зазоры между днищем и шпунтовой стенкой заделы-
вались следующим образом: сверху во впадины шпунто-
вой стенки на веревке опускались мешки с бетоном, за-
полненные на V2—2/з объема. Масса мешка 50—60 кг.
Мешки с бетоном опускались на металлический лист, бе-
тонная смесь расплывалась по его поверхности и пере-
крывала зазоры между стенками и днищем опалубки.
Водолаз проверял снизу плотность перекрытия зазоров и,
в случае необходимости, по его указанию, мешок при-
поднимали и перемещали в сторону. Установка опалу-
бочных щитов осуществлялась в период отлива при са-
мом низком уровне воды.
Чтобы избежать больших теплопотерь бетона через
опалубку в холодную воду, на основании теплотехниче-
ских исследований были предложены специальные меро-
приятия, позволяющие бетону твердеть в холодной воде
до приобретения им прочности, равной 70% марочной.
На основании анализа результатов натурных наблю-
дений и расчетов [16] было установлено, что коэффици-
ент теплообмена между опалубкой и водой достаточно
велик. Поэтому при исследовании температурных полей
в твердеющем бетоне на гидравлическом интеграторе
В. С. Лукьянова расчет осуществлялся без учета терми-
ческого сопротивления между поверхностью опалубки
и водой.
Как показали предварительные расчеты, для получе-
ния прочности бетона 70% от /?28 в наиболее ответствен-
ных участках причального выступа при начальной темпе-*
ратурс бетона 30—35° С необходима деревянная щитовая
опалубка толщиной 10 см (возможно и применение бо-
лее эффективного утеплителя — пенопласта толщиной не
менее 5 см).
Выступающие части оголовка пирса, имеющие модуль
поверхности Мп^2, а также углы выступов, соприкасаю-
щихся с наружным воздухом, и незаопалубленные по-
верхности бетона, должны быть защищены от охлажде-
ния толем и слоем опилок (толщина не менее 15 см) или
шлаковатой (толщина 3—5 см) при температуре на-
ружного воздуха до —15° С. При более низких темпера-
турах толщину теплоизоляции следует определять по рас-
чету с учетом максимально возможного увлажнения теп-
лоизоляционных материалов в процессе производства
512
работ. Так как колебания температуры наружного воЗл
духа и влажности в прибрежных районах значительны,
предусматривалась специальная защита от атмосферных
осадков и охлаждения.
Как уже отмечалось выше, в качестве несущего эле-
мента оголовков пирса применялся металлический шпунт,
выполнявший одновременно и роль арматуры. В тепло-
техническом отношении металлический шпунт представ-
ляет собой участок интенсивного теплообмена между бе*
тоном и водой.
В связи с этим, чтобы устранить теплопотери через
шпунт, его обогревали при помощи паровых труб d =
= 764-86 мм, укладываемых по обе стороны шпунта под
водой. Подача пара по трубам осуществлялась предва-
рительно до начала бетонирования и поддерживалась
на протяжении всего периода выдерживания бетона. При
этом вода в зоне паровых труб нагревалась и восходя-
щий теплый поток воды создавал положительную темпе-
ратуру (5° С) на внешней поверхности опалубки.
Для поддержания положительных температур и соз-
дания благоприятного термопапряженного состояния бе-
тона, а также для надежной изоляции между бетоном
и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в
зимнее время в случае необходимости укладывать под-
водным способом в опалубку тампонажный слой бетона
толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы ого-
ловка пирса. В тампонажный слой предварительно перед
бетонированием укладывались паровые трубы.
Перед бетонированием тампонажного слоя для пред-
отвращения его замерзания, а также для обогрева ме-
таллического шпунта вода в опалубке в месте укладки
бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С.
Тампонажный слой бетона укладывался с температурой
12° С на днище опалубки под воду.
Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми
трубами непрерывно в течение 1 —1,5 сут. После отвер-
девания тампонажного слоя бетона предполагались от-
качка воды из опалубки, последующая установка арма-
туры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уло-
женного тампонажного слоя бетона и бетонирование
«насухо».
Несмотря на выполнение всех мероприятий, преду-
смотренных рекомендациями, обеспечить полную непро-
ницаемость опалубки не удалось, поэтому бетон уклады-
33—23
513
вален частично в воду. Укладка бетона осуществлялась
методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при
вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая
верхние слои. При этом с водой соприкасался ограничен-
ный объем бетона.
Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота
бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м.
При укладке бетона велся контроль за температурой,
Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транс-
портируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор конт-
рольных образцов из каждой партии бетона.
Учитывая, что условия подогрева заполнителей и во-
ды на бетонном узле не позволяли получить товарную
смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой
20°С (бетонная смесь после укладки имела температу-
ру 12°С), было принято решение о дополнительном обо-
греве бетона паром в верхней части оголовка. С этой
целью над оголовком устраивался временный деревян-
ный короб, внутри которого прокладывались две паровые
трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб
изолировался толем.
Как показал анализ температурных полей в теле ого-
ловка и причального выступа, полученных на гидроинтег-
раторе В. С. Лукьянова, с учетом подачи пара в верхнюю
область оголовка, наблюдалось бурное тепловыделение
в центре оголовка и в выступе.
В результате этого температура бетона поднялась во
всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону
набрать прочность 70% от /?2в в течение трехсуточного
срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях
бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное
состояние. После остывания бетона до 0° С высверлива-
лись керны из бетона, находящегося в зоне переменного
уровня воды, для последующего испытания бетона на
морозостойкость.
Учитывая особые условия бетонирования оголовка
причального пирса, в процессе выдерживания устанавли-
вался контроль за температурой твердеющего бетона,
начиная с момента укладки и до набора прочности не
менее 70% от /?28- Было выбрано 5 точек для замера
температур в одном сечении блока бетонирования: в
выступающих углах конструкции, у металлического
шпунта над водой и под водой и в центре конструкции.
При этом особое внимание обращалось на температуру
514
углов и выступающих частей, которая обязательно заме-
рялась на расстоянии 5 см от угла выступающих частей
конструкции. В первые сутки температуру бетона изме-
ряли 3—4 раза, а в последующем — 2 раза в сутки.
Измерение температуры в теле бетона осуществля-
лось с помощью скважин, изготовленных из труб диа-
метром 25 мм. Конец трубы заваривался и проверялась
ее герметичность. Перед замерами в скважину заливали
соленую воду на высоту 80 мм. Измерение температуры
осуществлялось при помощи спиртовых термометров.
В случае аварийной остановки в подаче пара специаль-
ными мероприятиями, разработанными на месте произ-
водства работ, предусматривалось отепление верхней
части оголовка слоем сухих опилок толщиной не менее
15 см. Принимая во внимание тяжелые условия эксплуа-
тации бетона оголовка паромной переправы, а также
неблагоприятное термопапряженное состояние конструк-
ции, было принято решение не снимать опалубки ого-
ловка, находящегося под водой, для обеспечения требу-
емой морозостойкости и трсщиностойкости бетона.
Выполнение всего комплекса мероприятий по уклад-
ке и выдержке бетона в холодной воде при отрицатель-
ной температуре наружного воздуха позволило осущест-
вить бетонирование причального пирса в короткие
сроки.
Аналогичные температурные условия (температура
воды от —1,9 до 8° С) имели место при строительстве
одного из причалов в полярной области нашей страны
[16]. Опорами тяжелых морских причалов являлись бу-
ронабивные сваи, представляющие собой металлическую
цилиндрическую оболочку диаметром 1,6 м, высотой
15—20 м и толщиной стенки 16 мм, внутри которой мон-
тируется армокаркас; затем оболочка заполняется мо-
нолитным бетоном под водой.
Особенности строительства вызвали необходимость
проведения теплофизических исследований режимов
твердения бетона в оболочках. Исследования проводи-
лись в лаборатории теплофизических исследований
ВНИПИТеплопроекта. В результате анализа условий
бетонирования было установлено, что режимы тверде-
ния бетона в оболочке во многом предопределяются теп-
лообменом между оболочкой сваи и водной средой. Рас-
четом был предварительно определен коэффициент
теплообмена.
33*
515
Анализ значений коэффициентов теплообмена свиде-
тельствует о высокой интенсивности теплосъема на обо-
лочке сваи. В этих условиях укладка в металлическую
опалубку подогретых бетонных смесей приводит к рез-
кому охлаждению бетона в периферийных зонах, особен-
но в защитном слое бетона толщиной 12 см, что отража-
ется на температуре бетона в центре массивной конст-
Рис. 12.27. Распределение температур в подводной конструкции свай
при различных способах выдерживания
/, 2—с периферийным электрообогревом; 3, 4 — с естественным обогревом;
5, 6 — с тепловой изоляцией (сплошные линии — температура в периферийном
слое, пунктирные —в центре сваи; А — схема расположения термопар)
рукции сваи, препятствуя развитию экзотермических ре-
акций гидратации цемента в бетоне (рис. 12.27).
Бетонирование сваи выполнялось гидротехническим
бетоном марки 300. Необходимая пластичность бетонной
смеси — осадка конуса 22 см при В/Д = 0,4 — достига-
лась увеличением расхода цемента (600 кг/м3) и добав-
кой 0,18% ССБ.
Бетонирование сваи велось непрерывно на всю про-
ектную высоту. Скорость движения смеси по бетонолит-
ной трубе не превышала 0,12 м/с.
После окончания бетонирования сваи до отметки, от-
деляющей подводный бетон от укладываемого «насухо»,
вода из оболочки откачивалась, после чего удалялся
516
верхний слой бетона толщиной 25 см и верхний торец
сваи укрывался слоем опилок толщиной 10 см.
Начальная температура уложенной бетонной смеси
из-за потерь тепла при транспортировании и укладке
через бетонолитную трубу составила 10° С. При темпера-
туре воды, равной 4° С, температура бетона в середине
защитного слоя составляла в первый период 6° С. Расчет
прочности бетона при термосном выдерживании сваи по-
казал, что приобретение бетоном прочности 50% от Т?2в»
необходимой для восприятия сваей механических нагру-
зок, происходит достаточно медленно. Так, бетон в за-
щитном слое приобретает необходимую прочность через
10—15 сут. Таким образом, выявляется необходимость
ускорения твердения бетона в свае, контактирующей с
водой. Замер температур в основании сваи показал, что
в этой зоне температура на 25—30° выше, чем в зоне
контакта с водой.
С целью устранения больших перепадов температуры
по высоте сваи была предложена теплоизоляция ее ме-
таллической оболочки намокающими и пенамокающими
материалами. В качестве намокающей теплоизоляции
применялся минеральный войлок толщиной 15 см, а в
качестве ненамокающей изоляции — пористая резина
толщиной 0,02 м.
Монтаж изоляции на оболочку сваи выполнялся бан-
дажами, длина которых равна периметру сваи, а высота
составляет 0,5—1 м.
Поскольку стоимость намокающей и ненамокающей
изоляции примерно одинакова, то в качестве оптималь-
ной рекомендуется применять изоляцию из пористой ре-
зины. Применение тепловой изоляции подводной части
сваи интенсифицирует процесс твердения бетона в обо-
лочке и ликвидирует температурный перепад по высоте
сваи. Однако и при этом бетон в защитном слое приоб-
ретает требуемую прочность лишь через 7 сут после
окончания бетонирования. Поэтому был применен элект-
ропрогрев (рис. 12.28) защитного слоя током понижен-
ного напряжения (30—50 В) с использованием в качест-
ве электродов армокаркаса (фаза) в металлической обо-
лочке (земля). Предотвращение замыкания их между
собой обеспечивалось заменой металлических упоров-
фиксаторов армокаркаса на текстолитовые. Число
трансформаторов и схема их соединения между собой
определялись расчетом в зависимости от изменения
517
удельного электрического сопротивления твердеющего
бетона и принятой скорости прогрева.
Электропрогрев начинался через 18—20 ч после окон-
чания бетонирования сваи, в результате чего достигался
максимальный эффект в снижении температурного пере-
пада по сечению сваи и расхода электроэнергии. Про-
Рис. 12.28. Схема периферийного электропрогрева бетона в конст-
рукции сваи
/ — металлическая оболочка; 2 — арматурный каркас; 3 — направляющие из
текстолита; 4 — тепловая изоляция; 5 — кабель низкого напряжения; 6 — пони-
зительный однофазный трансформатор; 7 — кабель заземления; 8 — контактор;
9 — промежуточное реле; 10 — контактный гальванометр; // — дифференциаль-
ная термопара; /2 — изолирующие опоры
518
грев защитного слоя осуществлялся со скоростью 3—5°
до температуры, близкой к температуре бетона в цент-
ральных зонах сваи (30—35°С). Затем прогрев осу-
ществлялся таким образом, чтобы температура бетона
в защитном слое была на 5—8° ниже температуры основ-
ного массива (см. рис. 12. 28). Общая продолжительность
электропрогрева составляла 15—20 ч. Требуемая проч-
ность бетона в защитном слое достигалась при электро-
нагреве через 3 сут после окончания бетонирования.
Результаты испытаний показали, что искусственный
прогрев защитного слоя выполнял роль терморегулятора
изоляции для развития внутренних экзотермических про-
цессов в твердеющем бетоне. Поэтому данный метод бе-
тонирования можно назвать методом регулируемого
термоса.
Выдерживание бетона в конструкциях, находящихся
в зоне переменного уровня воды (оголовки сваи и рост-
верки), осуществляется по методу термоса. Температура
уложенной смеси должна составлять 15—20° С. При этом
тепловой защитой бетона ростверка служит его постоян-
ная опалубка (два слоя досок толщиной по 4 см с поли-
изобутиленовой прокладкой между ними). Открытая
поверхность бетона ростверка изолируется двумя слоя-
ми пергамина или толя со слоем опилок толщиной до
15 см (или слоем шлаковаты толщиной 10 см) между
ними.
На наружную поверхность свай следует наносить те-
пловую изоляцию в виде бандажей из пористой резины
толщиной 4 см. Бандажи, заполненные шлаковатой, в
зоне переменного уровня применять нельзя.
ГЛАВА 13
БЕТОНИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРОТИВОМОРОЗНЫХ ДОБАВОК
ВЫБОР ВИДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДОБАВОК
Одним из методов зимнего бетонирования является
применение бетонов, твердеющих на морозе. Этот метод
заключается в использовании смесей с химическими до-
бавками, понижающими температуру замерзания жид-
кой фазы и обеспечивающими твердение бетона при от-
5ig
рицательных температурах. Строительными нормами и
правилами в качестве добавок допущены: хлористые со-
ли (NaCl и CaCU), нитрит натрия (NaNOs) и поташ
(К2СО3). Другие противоморозные добавки могут при-
меняться в соответствии со специальными инструкциями
в опытном порядке. Например, разработаны и внедряют-
ся в производство такие новые противоморозные добав-
ки, как нитрат кальция — мочевина (НКМ), аммиачная
вода (NH4OH) нитратнитритхлорид кальция — мочеви-
на (ННХКМ), сода — поташ — пластификатор (СПП).
Противоморозные добавки применяются при возведе-
нии монолитных и сборно-монолитных конструкций из
тяжелых и легких бетонов, а также при заделке стыков
сборных конструкций. Этот метод рекомендуется для кон-
струкций с модулем поверхности более 3, если он в дан-
ном случае экономичнее других, а также если свойства
такого бетона отвечают требованиям проекта. Данный
метод зимнего бетонирования в ряде случаев выгодно
применять в сочетании с другими методами, например
с термосом и предварительным разогревом смесей.
Бетоны с противоморозными добавками допускается
применять при условии набора ими критической проч-
ности до замерзания не менее 5 МПа, а при повышенных
требованиях к морозостойкости и водонепроницаемости
бетона (Мрз более 100 и В более 2)—не менее 50%
проектной прочности.
Не разрешается применять бетоны с противомороз-
ными добавками в следующих случаях: а) в предвари-
тельно-напряженных конструкциях; б) в частях конст-
рукций, расположенных в зоне переменного уровня воды;
в) в железобетонных конструкциях, находящихся в зоне
воздействия блуждающих токов, т. е. на расстоянии до
100 м от открытых источников постоянного тока высокого
напряжения (железнодорожные и трамвайные линии,
цеха электролиза, ЛЭП); г) при возведении монолитных
вентиляционных труб, силосов, башенных градирен и
других специальных конструкций. Бетоны с добавками
хлористых солей, НКМ, ННХКМ и СПП не могут при-
меняться также в конструкциях, на поверхности которых
недопустимы высолы.
Бетоны с противоморозными добавками можно ис-
пользовать только в том случае, если во время выдержи-
вания их до приобретения критической прочности темпе-
ратура бетона не опускалась ниже —10° С при примене-
520
нии хлористого натрия; —15° С при совместной добавке
хлористых солей (NaCl+CaCl2) и нитрита натрия;
—20	—25° С при применении поташа, НКМ, СПП. При
температурах, ниже указанных, бетон замерзает, и его
твердение практически прекращается.
Интенсивность нарастания прочности бетона с добав-
ками на портландцементах зависит в основном от рас-
четной (средней) температуры твердения бетона
(табл. 13.1).
Таблица 13.1
НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ
ДОБАВКАМИ НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ						
Вид добавки	Расчетная (сред- няя) температура твердения бетона, °C	Прочность, % ОТ Т?28, При твердении на морозе в возрасте			
		7 сут	14 сут	| 28 сут	90 сут
Хлористый натрий	—5	35	65	80	100
Хлористый натрий	— 10	25	35	45	70
с хлористым каль- цием	—15	15	25	35	50
Нитрит натрия	—5	30	50	70	90
	— 10	20	35	55	70
	— 15	10	25	35	50
Поташ	—5	50	60	75	100
	— 10	30	50	70	90
	— 15	25	40	60	80
	—20	20	30	50	75
	—25	15	25	40	65
СПП	—5	40	50	70	95
	— 10	30	40	65	90
	— 15	20	30	60	80
	—20	15	20	30	50
ННХКМ	—5	50		85	100
	— 10	30		60	90
	— 15	25		55	80
	—20	20		45	70
	—25	12	—	30	45
Аммиачная вода	— 10		25	55	100
	—20		20	45	90
	—25		15	30	70
521
Бетон с противоморозными добавками, набравший на
морозе критическую прочность, после оттаивания и
28-суточного твердения при температуре выше 0°С при-
обретает прочность не менее 100% от R28-
Бетонные смеси с хлористым натрием, нитритом нат-
рия, аммиачной водой и НКМ при нормальной темпера-
туре смеси (15—20° С) хорошо укладываются и характе-
ризуются нормальными сроками схватывания. Для до-
стижения морозостойкости от 100 до 200 циклов
рекомендуется применять комплексные добавки НКМ,
СПП, поташ-пластификатор (ССБ или СДБ), хлористые
соли с пластификатором. Морозостойкости свыше
200 циклов можно добиться только при сочетании этих
добавок с воздухововлекающими — СНВ, СПД, мыло-
нафтом.
Бетоны с хлористыми солями могут применяться в
бетонных конструкциях и конструкциях, армированных
нерасчетной арматурой с защитным слоем бетона не ме-
нее 5 см (фундаменты ленточные под стены и оборудо-
вание, стены подвалов, временные дороги, подготовки
под полы, укрепления откосов земляных сооружений).
Использовать их для замоноличивания стыков сборных
железобетонных конструкций, а также в конструкциях,
имеющих выпуски арматуры или стальные закладные
части, без специальной их защиты антикоррозионными
покрытиями не допускается.
Бетоны с добавками нитрита натрия, НКМ, поташа,
СПП, аммиачной воды можно применять в бетонных и
железобетонных конструкциях (фундаменты под обору-
дование, эстакады, монолитные стены, колонны, балки,
ригели, плиты перекрытий, перегородки, армированные
дороги).
Добавку ННХКМ рекомендуется применять в указан-
ных железобетонных конструкциях, если отношение ни-
тратнитрита кальция к хлориду кальция не более 1 1.
Определение оптимального количества противомороз-
ной добавки имеет важное значение, так как недоста-
точное количество соли может вызвать преждевременное
замерзание бетона, а избыток ее — замедление тверде-
ния и удорожание стоимости бетона. При назначении оп-
тимального количества добавки исходят из расчетной
(средней) температуры твердения бетона за период его
выдерживания с учетом возможной минимальной его
температуры до набора критической прочности.
522
Расчетная (средняя) температура воздуха на период
выдерживания бетона до приобретения им требуемой
прочности определяется по данным прогноза погоды или
многолетним среднемесячным температурам воздуха в
районе строительства (прил. 1). Ориентировочные сроки
набора требуемой прочности устанавливаются по
табл. 13. I. Расчетная температура твердения бетона для
конструкций с модулем поверхности свыше 12 принима-
ется равной средней температуре воздуха.
Если в течение сроков, указанных в табл. 13. 1, бетон,
к которому предъявляются требования по морозостой-
кости или плотности, может охладиться до температуры
ниже расчетной, то количество добавки назначается по
минимальной температуре этого периода выдерживания.
При несоответствии темпа твердения бетона заданному
проектом производства работ рекомендуется повысить
расчетную (среднюю) температуру твердения за счет
утепления конструкции. Количество добавок в зависи-
мости от расчетной (средней) температуры твердения
бетона определяется по табл. 13. 2.
Для бетонов с противоморозными добавками реко-
мендуется применять портландцементы с содержанием
C3S более 50% и С3А —от 7 до 10%. Применять шлако-
и пуццолановые портландцементы ввиду замедленного
темпа твердения бетона нежелательно, а в бетонах, к ко-
торым предъявляются требования по Мрз>100, запре-
щается. Наиболее эффективными являются быстротвер-
деющие портландцементы и портландцементы марок 500
и 600.
В бетонах с добавкой нитрита натрия наиболее целе-
сообразно использовать портландцементы с содержани-
ем трехкальциевого алюмината не более 6%, а с добав-
ками хлористых солей и поташа — не более 9%. При
добавке одного хлористого натрия, как более нейтраль-
ной соли, содержание трехкальциевого алюмината в це-
менте может быть выше указанных значений. Приме-
нять пластифицированные портландцементы рекоменду-
ется для бетонов с добавками, вызывающими ускоренное
загустевание бетонной смеси, а также при повышенных
температурах.
Не останавливаясь на теории процессов твердения
бетонов с противоморозными добавками, отметим, что
для достижения одинаковой удобоукладываемости смеси
расход воды на единицу объема у них получается мень-
523
сл Таблица 13.2
ьо
РЕКОМЕНДУЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО ПРОТИВОМОРОЗНЫХ ДОБАВОК
Расчетная (сред- няя) температура твердения бетона, °C	Количество безводных солей, % от массы цемента						Концентрация NH4OH (аммиач- ная вода), %
	ЫаСЦ-СаС12	NaNo2	Са (Nos)2+ 4-нкм	К2СО34-СДБ	( NfljCOg-f-K 2СО3 ) ~f- +СДБ	ннхкм	
—5	3+0	5	2,5+2,5	5	5+(0,5—0,75)	4	—
— 10	3,5+1,5	7	4,5+4,5	7	7+(0,75—1)	8	8
— 15	3+4,5	10	9+3	10	10+(1—1,25)	10	—
—20	—	—	11,25+3,75	12	12+(1—1,25)	12	12
—25	—	—	—	15	—	15	—
—30	—	—	—	—	—	15	15
ше, чем у обычных бетонов, т. е. без добавок солей. Этим
в значительной мере можно объяснить увеличение проч-
ности и морозостойкости бетона с добавками солей по
сравнению с его марочной прочностью. Водоцементное
отношение у бетона с добавками солей получается мень-
ше, чем у обычного (эталонного), изготовленного из рав-
ноконсистентных смесей. В раннем возрасте кинетика
твердения получается неодинаковой, поэтому сопостав-
лять показатели следует в возрасте до 180—360 сут.
Степень гидратации цемента у бетона с химическими
добавками несколько повышается за счет образования
комплексных соединений.
Заполнители для тяжелых и легких бетонов с проти-
воморозными добавками должны удовлетворять требо-
ваниям действующих ГОСТов. При использовании едких
щелочей (поташа, нитрита натрия и хлористого натрия)
не следует применять аморфные и плохо закристаллизо-
ванные кремнесодержащие заполнители, такие, как опал,
халцедон, обсидиан, цеолит.
В результате взаимодействия между щелочами и ак-
тивным кремнеземом (кремнекислотой) в бетоне могут
появляться внутренние напряжения, которые, развива-
ясь, вызывают большие усилия на растяжение и приво-
дят к образованию трещин. Это необходимо учитывать
особенно при бетонировании конструкций, предназначен-
ных для использования в условиях повышенной влажно-
сти (свыше 60%).
Заполнители не должны содержать включений льда,
снега и смерзшихся комьев песка. При наличии в песке
крупных смерзшихся комьев его следует подогревать до
температуры 5—10° С. Щебень и гравий на своей поверх-
ности не должны иметь пленки глинистых и илистых
примесей, а также льда. После перерыва в работе, а так-
же при снегопадах места выемки крупных и мелких за-
полнителей из штабелей рекомендуется укрывать щита-
ми, матами, рубероидом и т. п.
Для приготовления растворов солей и бетонных сме-
сей пригодна любая вода, годная для питья. Химические
соединения, применяемые в качестве добавок в бетон,
должны удовлетворять требованиям соответствующих
ГОСТов и ТУ [71].
Для получения проектной прочности в более корот-
кие сроки при обосновании допускается увеличение мар-
ки бетона против проектной на одну ступень. Водоце-
525
мсптнос отношение бетонной смеси должно быть не
более 0,65, а для бетонов, к которым предъявляются
повышенные требования по морозостойкости (Мрз>
>100) —не более 0,5. Подбор состава бетона изложен
в главе 10.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА ЗАВОДАХ
Для правильного дозирования и равномерного рас-
пределения противоморозных добавок их вводят в состав
бетонной смеси в виде водного раствора рабочей концент-
рации. Рабочий раствор приготовляется смешиванием
концентрированных растворов солей с водой до введения
в бетоносмеситель. Соотношение между растворами и
водой устанавливается при подборе состава бетона.
В зависимости от местных условий производства работ
рабочий раствор готовится в специальных емкостях или
непосредственно в дозаторе для воды по принятой тех-
нологической схеме. Дозируется раствор по массе (или
объему), как это принято на бетонном заводе.
Концентрированные растворы приготовляют путем
растворения определенного количества солей в воде по
возможности более плотными, не допуская выпадания
солей в осадок. Для получения, например, раствора хло-
ристого натрия плотностью 1,172 при 20° С растворяют
0,299 кг соли на 1 л воды. После полного растворения
компонентов с помощью ареометра проверяют плотность
полученного раствора и доводят до заданной добавле-
нием соли или воды. Для повышения скорости растворе-
ния добавок рекомендуется подогревать воду, при необ-
ходимости— дробить соли, перемешивать раствор меха-
нически, сжатым воздухом или острым паром.
Рабочий раствор аммиачной воды приготовляют в
герметически закрывающемся расходном баке смешени-
ем концентрированного аммиачного раствора с обычной
водой.
Приготовляют и хранят растворы солей при положи-
тельной температуре в тщательно очищенных и промы-
тых емкостях, защищенных от попадания в них атмо-
сферных осадков. Объемы емкостей рассчитываются с
учетом возможности непрерывной работы в течение сме-
ны. Концентрированные растворы перед приготовлением
526
рабочего раствора, а последний — перед подачей в бе-
тоносмеситель тщательно перемешиваются.
Приготовление растворов добавок на заводах товар-
ного бетона осуществляется, как правило, в специально
оборудованном помещении, сблокированном со зданием
завода или отнесенном от него на расстояние 10—20 м.
Современные заводы товарного бетона имеют свои ку-
старные установки для приготовления растворов добавок,
которые располагаются в тесных, малоприспособленных
помещениях. Количество противоморозных добавок в
бетонах в 5—10 раз превышает количество добавок при
производстве сборного железобетона, поэтому для их
приготовления требуются большие емкости.
Здесь освещается опыт эксплуатации установок на
некоторых предприятиях Красноярского края. На Кор-
кинским заводостроительном комбинате (Красноярск)
такая установка размещена в здании бывшего гаража
для электрокар. Она позволяет выпускать бетон с добав-
кой NaCl и комплексной добавкой №С1+СаС12+СДБ
для изготовления бетонных неармированных конструк-
ций. Основное количество бетона выпускается с добавкой
хлористого натрия, который доставляется в железнодо-
рожных вагонах и хранится под навесом россыпью, от-
куда автосамосвалами перевозится к установке. Хлори-
стый кальций хранится в металлических бочках, СДБ —
в мешках.
Установка имеет несколько емкостей, расположенных
па нулевой отметке и в приямках: 1) для приготовления
концентрированных растворов NaCl и СаС12; 2) для хра-
нения и расходования рабочего раствора NaCl+CaCl2;
3) для приготовления раствора СДБ; 4) для хранения
и расходования раствора СДБ рабочей концентрации.
Загрузка хлористых солей в емкости для получения кон-
центрированных растворов 'осуществляется мостовым
краном и бадьями. СДБ загружается вручную. Подогре-
ваются растворы острым паром, для перемешивания
применяется сжатый воздух. Дозируются растворы доба-
вок на замес бетона через весовой дозатор воды, уста-
новленный на бетонном заводе.
Преимущества данной установки заключаются в по-
лумеханизированной загрузке солей и возможности вы-
пуска бетона с трехкомпонентной добавкой NaCl+
Д-СаС12+СДБ. Однако она имеет существенные недо-
статки: 1) отсутствие оборудования для одновременного
527
выпуска бетона с добавками, не вызывающими коррозии
арматуры (К2СО3+СДБ или ЫаМОг); 2) малый объем
емкостей; 3) отсутствие емкости для добавки, повышаю-
щей морозостойкость бетона (типа СНВ, СПД); 4) от-
сутствие механического перемешивания растворов (опыт
показывает, что нередко при трехсменном выпуске то-
варного бетона перемешивание сжатым воздухом при
растворении сухих добавок недостаточно эффективно и
сдерживает общий темп работы).
В Ачинске рядом с бетонным заводом строительной
базы треста Ачинскалюминстрой построено специальное
здание установки для приготовления химических доба-
вок (рис. 13.1). В нем имеется подвальная часть, что
вместе с рациональной компоновкой оборудования су-
щественно расширило возможности производства. Поми-
мо бетонов с добавками хлористых солей и СДБ там
могут выпускаться бетоны с добавкой поташа и пласти-
фикатора (К2СО3+СДБ), применяемые для сооружения
монолитных железобетонных конструкций.
Преимуществом данной установки является возмож-
ность одновременного выпуска бетона для армированных
и неармированных конструкций, что обеспечивается до-
статочным количеством емкостей. К недостаткам следует
отнести отсутствие механизированной загрузки емкостей
и механизированного перемешивания растворов, а также
отсутствие емкости для СНВ или СПД.
Как и в Красноярске, в пос. Маклаково установка не
была предусмотрена при строительстве завода. Позже к
нему сделали пристройку с подвалом, в которой разме-
стили необходимое оборудование. Установка позволяет
выпускать бетоны с добавкой СДБ (в целях экономии
цемента); с добавкой СНВ (для конструкций с высокой
морозостойкостью) и с комплексной противоморозной
добавкой К2СО3+СДБ.
Поташ, СДБ и СНВ хранят в мешках, поташ — в
штабеле на нулевой отметке внутри здания, СДБ и
СНВ — под навесом. Поташ через расходный бункер по-
ступает в емкость для приготовления концентрирован-
ного раствора, откуда насосом перекачивается в емкость
для хранения и расхода рабочего раствора. СДБ приго-
тавливается в двух емкостях, установленных на отметке
+ 1 м и расположенных непосредственно на емкости хра-
нения и расхода рабочего раствора. Подача растворов
СДБ и СНВ в дозаторное отделение осуществляется при
528
0009
Лжм/юдбала
Разрез!-!
Рис. 13.1. План и разрез здания уста-
новки для приготовления водных
растворов химических добавок
(Ачинск)
Ялам на omnfj,
План на е/пм
Смеси/пе/ияь/е
е/чности
Рис. 13.2. Типовая уста-
новка для приготовле-
ния химических добавок
помощи насоса, установленного на нулевой отметке.
В дозаторном отделении имеются мерные бачки для до-
зирования растворов добавок. Отмеривание определен-
ного количества растворов добавок, необходимого для
замеса бетона, осуществляется при помощи нижнего вен-
тиля мерного бачка.
Таким образом, на предприятиях стройиндустрии
проблемы экономии цемента, зимнего бетонирования, по-
вышения морозостойкости бетона решаются путем при-
менения химических добавок, в том числе многокомпо-
нентных. Однако успешному решению этих проблем
мешает отсутствие необходимых производственных пло-
щадей и полного комплекта оборудования. Это объясня-
ется тем, что в проектах бетонных заводов не предусмат-
ривались подобные установки.
В новых промышленных районах Сибири и Дальнего
Востока базы стройиндустрии создаются опережающими
темпами по сравнению с другими районами. Строятся
крупные современные типовые бетонные заводы, для ко-
торых в 1972 г. был разработан типовой проект 409-28-24
«Автоматизированное отделение по приготовлению жид-
ких химических добавок в бетоны и растворы для уста-
новки производительностью 50 м3/ч». Отделение добавок
(рис. 13.2) представляет собой одноэтажное здание с
размерами в плане 12X12 м и подвальной частью
(6X6 м). Проектом предусмотрен выпуск бетона с до-
бавками СаС12, СДБ, СНВ. С целью более полного удов-
летворения потребностей строительства в бетонах с про-
тивоморозными добавками ЫаС1+СаС12+СДБ; NaNO2;
К2СО3+СДБ и др. А. Б. Модылевским предложено, не
изменяя всего проекта здания отделения добавок, толь-
ко за счет расширения подвальной части разместить не-
обходимое типовое оборудование. Для обеспечения по-
дачи растворов на бетонный завод устанавливается до-
полнительный насос. Указанные изменения будут
способствовать внедрению усовершенствованного типо-
вого проекта при строительстве заводов товарного бе-
тона. В Ангарске при заводе товарного бетона имеется
хорошо оборудованная автоматизированная установка
для приготовления водных растворов химических доба-
вок. В 1972—1973 гг. только с одной воздухововлекаю-
щей добавкой СПД завод доставил строительным орга-
низациям несколько сот кубических метров бетонных и
растворных смесей.
34*
531
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ БЕТОНОВ,
ТВЕРДЕЮЩИХ НА МОРОЗЕ
После первого опыта укладки бетона с добавками
хлористых солей на Волгодонстрое в 1952 г. такой бетон
широко применялся в Воронежской, Ярославской, Куй-
бышевской, Омской, Горьковской и Челябинской обла-
стях при возведении фундаментов, стен, строительстве
дорог, укреплении откосов. В конце 50-х — начале 60-х
годов в связи с развитием строительства в Сибири и на
севере нашей страны безобогревный метод зимнего бето-
нирования стал применяться и в суровых климатических
условиях. Например, десятки тысяч кубометров бетона
с хлористыми солями были уложены в Красноярском
крае (трест Промхимстрой) на строительстве шинного
завода, целлюлозно-бумажного комбината, завода искус-
ственного волокна и других объектах. Известен богатый
опыт применения бетонов, твердеющих на морозе, в Се-
веродвинске, на Кольском полуострове, а также в Ле-
нинграде, Москве, Челябинске.
Основной недостаток хлористых солей — коррозия
арматуры — сдерживал применение этого нового метода
зимнего бетонирования. Поэтому позднее были предло-
жены такие противоморозные добавки, как поташ,
нитрит натрия, аммиачная вода, нитрат кальция — мо-
чевина, сода — поташ — пластификатор.
Впервые замоноличивание стыков бетоном с добавкой
поташа было выполнено в 1960 г. при строительстве
цеха ДСК-3 в Автове (Ленинград). Цех перекрывался
железобетонными сборными оболочками арочно-бочарно-
го типа размером в плане 100X7,5 м. Для замоноличи-
вания швов размером в сечении 24X12 см был приме-
нен бетон марки 400 с добавкой поташа. Бетонная смесь
в условиях строительной площадки готовилась на водном
растворе поташа плотностью 1,09. С понижением темпе-
ратуры воздуха до —10...—12° С в качестве затвори-
теля применялся водный раствор поташа плотностью 1,13.
Плотность бетона стыков в контрольных образцах
через 28 сут составила 22 МПа. В 90-суточном возрасте
она увеличилась до 28,5 МПа, т. е. составила 70% марки
бетона. Это позволило весной разобрать инвентарные
металлические леса, поддерживающие оболочки, и при-
ступить к внутренним работам в цехе.
В Ленинграде зимой 1964/65 г. при температурах до
532
—25°С на одном из цехов, который возводил трест № 23
Главзапстроя, бетоном с поташом (12%) последователь-
но было замоноличено и распалублено после 7—12-су-
точного выдерживания 8 оболочек размерами в плане
36X36 м каждая. Оболочки представляли собой ребри-
стую скорлупу, опирающуюся по контуру на железобе-
тонные фермы. Для замоноличивания швов между пли-
Рис. 13.3. Монтаж оболочек, стыки которых в зимнее время замоно-
личивались бетонами с добавкой поташа (Ачинск)
тами оболочек применялся бетон состава 1 1,5 (по объе-
му). На 1 м3 бетона шло 700 кг цемента. Такой
повышенный расход цемента был вызван необходимо-
стью распалубки оболочек в возможно короткий срок
после замоноличивания. Контрольные образцы, хранив-
шиеся на оболочках, приобрели прочность бетона в 7-су-
точном возрасте 17,2 МПа (максимальная — 27,8 МПа);
в 28 суточном возрасте 22,9 МПа.
Трестом № 104 Главленинградстроя при строительст-
ве склада бумаги в пос. Шувалова под Ленинградом бе-
тоном с добавкой поташа были замоноличены стыки обо-
лочек размером 30X30 м такой же конструкции.
В Ачинске [74] трестом Ачинскалюмипстрой Глав-
красноярскстроя были замоноличены три оболочки раз-
мерами в плане 24X24 м (рис. 13.3). Работы велись при
среднесуточных температурах воздуха от —20 до —35° С.
Для замоноличивания использовали бетонную смесь,
приготовленную из песчано-гравийной смеси и цемента
марки 500 Красноярского завода в пропорции 1 1 (по
объему). В смесь добавляли поташ в количестве 15%
массы цемента и ССБ — 2%.
Основная трудность, с которой столкнулись в Ачин-
ске, как и в Ленинграде, заключалась в быстром схва-
тывании бетонной смеси после введения в нее поташа.
Это заставило применить переохлажденную бетонную
смесь, составляющие которой длительное время храни-
лись на морозе и поэтому имели температуру, близкую
к температуре наружного воздуха.
Понижение температуры воздуха до —30° С во время
замоноличивания и твердения бетона в двух оболочках
не оказало существенного влияния на набор им прочно-
сти, которая достигла 20 МПа в 7-суточном возрасте.
При замоноличивании третьей оболочки и ее твердении
в течение недели понижение температуры доходило до
—35° С. Прочность бетона в 7-суточном возрасте была в
этой оболочке примерно на одну треть меньше прочности
бетона в первых двух.
С 1967—1968 гг. началось широкое применение бето-
нов с добавкой поташа и ССБ при возведении монолит-
ных железобетонных конструкций в промышленном
строительстве Сыктывкара и Ижевска. На строительстве
Селенгинского целлюлозно-картонного комбината в Бу-
рятской АССР было уложено около 1000 м3 бетона с
добавкой 15% К2СО3+1% ССБ. При этом экономия на
1 м3 бетона марки 150 и 200 составляла свыше
3 руб.
В пос. Маклаково Красноярского края на строитель-
ство лесопромышленного комплекса трестом Красно-
ярсклеспромстрой ежегодно укладывалось около
5 тыс. м3 бетона с комплексной добавкой К2СО3+СДБ.
В настоящее время в связи с пуском Ачинского гли-
ноземного комбината, выпускающего поташ, эта добавка
стала местной для Восточной Сибири и начала широко
применяться в промышленном, жилищном и сельскохо-
зяйственном строительстве. Монтаж каркасов 9-этажных
жилых зданий новой серии Ш-97 осуществлялся с при-
534
менением добавки К2СО3+СДБ для замоноличивания
стыков (рис. 13.4).
Для совершенствования безобогревного метода зим-
него бетонирования НИИЖБ и Красноярским Пром-
стройниипроектом была разработана противоморозная
добавка сода — поташ — пластификатор (СПП). Добав-
Рис. 13.4. Крупнопанельный 9-этажный жилой дом серии Ш-97
(Красноярск), построенный с заделкой стыков раствором с пота-
шом и СДБ
ка СПП представляет собой комплексное соединение,
состоящее из двойной соли №2СО3-К2СОз и концентра-
тов ССБ или СДБ. Соль Na2CO3-K2CO3 (соотношение
соды к поташу 1 1,5) является промежуточным продук-
том содового производства при получении глинозема в
цветной металлургии. Стоимость 1 т двойной соли 70 руб.,
что в 2,5 раза меньше стоимости нитрита натрия и
в 1,5 раза—поташа. Комплексная противоморозная до-
бавка СПП по своему влиянию на рост прочности бетона
при отрицательных температурах до —15° С значительно
превосходит хлористые соли и нитрит натрия.
535
Нитрит натрия в качестве противоморозной добавки
для монолитного железобетона успешно применяется
с 1966 г. Сначала эта добавка получила широкое распро-
странение на объектах Главмосстроя и Академстроя в
Новосибирске, а затем — на строительстве лесохимиче-
ского комбината в Сыктывкаре, дока в Северодвинске,
промышленных объектов на Урале и др. В частности,
26-этажные административные корпуса на проспекте
Калинина в Москве возведены с частичным применением
бетона, затворенного водным раствором этой добавки.
Теперь бетоны с добавкой нитрита натрия применяются
в жилищном, гражданском и промышленном строитель-
стве Москвы и Московской области, Ленинграда, Толь-
ятти, Харькова, Куйбышева.
В Московской области монолитные конструкции про-
мышленных и жилых зданий осуществляет трест Мос-
облстрой Главмособлстроя. Интересен опыт возведения
этим трестом двухсекционных 16-этажных зданий в
скользящей опалубке в г. Фрязино. Первое здание было
целиком построено в летних условиях (1970 г.), а второе
возводилось в летний и зимний периоды 1971 г. Дома
выполнялись по проекту института Мосгражданпроект.
Каждый дом в плане имел форму двух спаренных, но
смещенных по отношению друг к другу прямоугольников
размером 32,7X23,8 м: конструктивная схема — с наруж-
ными и внутренними несущими стенами; основной шаг
продольных стен — 4,2 м, поперечных — 3 и 3,9 м; высо-
та каждого этажа в свету — 2,5 м, а общая высота зда-
ния— около 50 м (рис. 13.5). Конструкция наружных
стен — трехслойная общей толщиной 40 см. Внутренний
слой выполнен из тяжелого бетона толщиной 20 см, сред-
ний — утепляющий — из пеностекольных блоков толщи-
ной 10 см размером 40X40 см, наружный — из бетона
толщиной 10 см. Стены, находящиеся внутри здания,
возведены из монолитного бетона толщиной 20 см, пере-
крытия— из железобетона толщиной 14 см. Лестничные
марши выполнены из сборных элементов с одной моно-
литной полуплощадкой толщиной 14 см. Общий расход
бетона составил 3885 м3, из них на стены — 2878 м3, на
перекрытия — 1007 м3. Расход арматуры — 42 кг на 1 м3
бетона.
Скользящая опалубка была разработана институтом
Промзернопроект п состояла из металлических щитов,
домкратных рам, внутренних и наружных подвесных
536
п
й
ill
>1
ж.
ж ,’ig • w •
Рис. 13.5. Строительство 16-этажного жилого дома (г. Фрязино) из
монолитного железобетона с добавкой нитрита натрия
- Ш-> Ж <| w
‘ ж v« ~ **
1 Sil
”.
Hl
.if. а
 ИЖ
Ш »
«

. . .-• • *«**

пш
! m

подмостей, рабочего настила и гидрооборудования для
подъема. Подача бетона осуществлялась при помощи
двух башенных кранов. Бетонирование стен каждого
этажа начиналось с заполнения опалубки бетонной сме-
сью. Подъем опалубки с синхронным включением всех
домкратов начинался после того, как нижний слой бето-
537
на приобретал способность сохранять приданную ему
форму.
В соответствии с нормативными документами в зим-
них условиях следовало пользоваться методом выдержи-
вания бетона в тепляке с калориферным отоплением либо
другими методами прогрева бетона. Однако предвари-
тельный технико-экономический расчет обогревного ме-
тода в сравнении с беспрогревным не выявил его преиму-
ществ. Поэтому, учитывая технические трудности обогре-
ва бетона, на строительстве был применен беспрогревный
метод возведения монолитных бетонных конструкций.
В качестве противоморозной добавки для бетона был
выбран нитрит натрия. Бетонная смесь в течение дли-
тельного времени (3,5—4 ч) сохраняла свою подвиж-
ность и удобоукладываемость на морозе. Это качество
нитрита натрия позволило готовить бетон большими
порциями по несколько замесов в одну машину и обеспе-
чило нормальную транспортировку смеси из Мытищ во
Фрязино (около 30 км) и выгрузку ее из самосвалов, а
также ритмичную подачу бетона на рабочий настил с
последующей укладкой в дело.
В среднем прочность бетона в стенах при температуре
около —10° С составляла за 1 сут твердения 0,2—
0,3 МПа, за 3 сут— 1,5—2 МПа, за 7 сут—3—6 МПа, а
к месячному возрасту бетон с нитритом натрия приобре-
тал прочность 15—21 МПа, или 83—116% своей мароч-
ной прочности (при марке бетона 200).
В результате строительства монолитного дома во
Фрязино было установлено, что нитрит натрия при темпе-
ратуре воздуха до —15°С обеспечивает бетону необхо-
димую интенсивность твердения как в раннем возрасте,
так и в более позднем, что позволило поднимать опалуб-
ку со скоростью 2,7 м (1-й этаж) за 3 сут и обеспечило
общую прочность и устойчивость всех этажей здания,
возведенных в зимних условиях без прогрева.
В отличие от монолитного 16-этажного дома во Фря-
зино, состоявшего из двух спаренных блок-секций, 17-
этажное здание было запроектировано из одной секции.
Проект выполнялся ЦНИИЭП жилища, а строительство
велось Минэнерго СССР. Здание имеет в плане ориги-
нальную форму многоугольника, вписанного в квадрат
с размерами сторон 26,3 м. Стены как внутренние, так
и наружные являются несущими. Полная высота здания
57,4 м (рис. 13.6).
538
Рис. 13.6. Строительство 17-этажного монолитного жилого дома
в скользящей опалубке (г. Фрязино) с добавкой нитрита натрия
Конструкция наружной стены — трехслойная толщи-
ной 40 см. Два внешних слоя выполнены из тяжелого
бетона толщиной 20 см внутри здания и 10 см снаружи.
Промежуточный термоизоляционный слой — из плит пе-
нополистирола размером 60X75X5 см каждая. Внутрен-
ние стены — из сплошного монолитного железобетона
толщиной 20 см. Перекрытия толщиной 14 см решены
также в монолитном варианте.
539
Предварительно разработанный проект производства
работ в зимних условиях предусматривал возведение
зданий в тепляке из специального брезентового шатра.
Под шатер в период бетонирования стен и перекрытий
должен был подаваться подогретый воздух от калорифе-
ров мощностью 315-103 кДж/ч. Однако трудности изго-
товления и установка шатра, организация круглосуточ-
ного дежурства при обогреве, малоэффективный конт-
роль прочности прогреваемого бетона стен, а также ряд
других технических трудностей заставили искать
другое решение. По предложению Э. А. Бравинского
(ЦНИИСК), бетонирование конструкций осуществля-
лось безобогревным методом с использованием добавки
нитрита натрия [5,63]. При средней температуре возду-
ха до —15° С эта добавка за первую половину суток обес-
печивала бетону прочность 0,1—0,3 МПа, что оказалось
достаточным для непрерывного бетонирования стены со
скоростью один этаж за 2 сут, или 130—140 см в сутки.
При этом обеспечивалось нормальное скольжение опа-
лубки по бетону без срывов и сползаний бетона, в ре-
зультате чего освобожденная от опалубки стена сохраня-
ла приданную ей форму. В дальнейшем прочность бето-
на в стене все время возрастала и по завершении
строительства здания в основном достигла полной про-
ектной прочности.
На основе работ, выполненных в Одесском инженер-
но-строительном институте (Е. Д. Кузьминым), большое
распространение в гидромелиоративном строительстве
получило применение добавки аммиачной воды. В част-
ности, с 1971 по 1974 г. в системе Минводхоза СССР объ-
ем укладываемого бетона с этой добавкой составил
300 тыс. м3.
Управление Крымканалстрой ежегодно в зимний пе-
риод укладывает в значительных объемах в облицовку
Северо-Крымского канала и его ветвей монолитный бе-
тон, имеющий проектную марку по прочности, морозо-
стойкости и водопроницаемости соответственно 200,
Мрз 150 и В-4. На этой стройке приготовление бетонной
смеси осуществляется при помощи установок непрерыв-
ного действия С-780. Использование аммиачной воды
позволяет уменьшить расход воды по сравнению со
смесью без добавок и обеспечить удобоукладываемость
смесей в течение требуемого времени (до 2 ч).
Уложенный в тело облицовки канала бетон с добав-
540
кой NH4OH твердеет сравнительно медленно. Например,
при выдерживании бетона в течение 20 сут при темпера-
туре —10 —27°С, затем 25 сут — при —10...5°С и
48 сут при температуре от —5 до 15° С в возрасте 7, 28,
90 и 180 сут он приобрел 15, 50, 80 и 100% марочной
прочности.
Испытания образцов, твердевших в естественных ус-
ловиях, на попеременное замораживание и оттаивание
показали, что морозостойкость бетона с добавкой ам-
миачной воды соответствует Мрз 150, а водопроницае-
мость — В-6.
Особое значение при укладке бетона, затворенного
аммиачной водой, имеет уход за ним. Опыт показал, что
после укладки бетона необходимо обеспечить сохран-
ность аммиака в нем до тех пор, пока бетон не наберет
20—25% прочности, то есть практически в течение 10—
20 сут в зависимости от наружной температуры и кон-
центрации добавки. Аммиак улетучивается в основном
из верхнего (1—2 см) слоя бетона. В результате проис-
ходит замерзание этого слоя, а после его оттаивания —
крошение. В нижних слоях бетон сохраняет все требуе-
мые характеристики.
Для предотвращения испарения аммиака бетон необ-
ходимо покрывать либо полиэтиленовой пленкой, при-
груженной грунтом или теплоизоляционными материа-
лами, либо пленкообразующими материалами (лак эти-
ноль, битумная эмульсия). Последние рекомендуется
применять для ухода за обычным бетоном при его даль-
нейшем твердении.
Применение добавки аммиачной воды на строитель-
стве Северо-Крымского канала позволило получить эко-
номию по сравнению с методами паро- и электропрогре-
ва в сумме 12—14 руб. на Гм3 уложенного бетона.
Иркутским дорожно-строительным трестом в зоне
водохранилища Усть-Илимской ГЭС с 1968 г для за-
творения бетонных смесей при устройстве оголовков,
лотков и забивки пазух железобетонных труб также при-
менялась аммиачная вода. Расход цемента при этом со-
ставляет от 320 до 380 кг на 1 м3 при В/Д=0,5 с осад-
кой смеси 4—5 см (на красноярских и ачинских порт-
ландцементах).
Для затворения бетона используется техническая ам-
миачная вода, широко применяемая в сельском хозяйст-
ве в качестве удобрения. Техническая аммиачная вода
541
разбавляется обычной водой до 10—12% концентрации.
При этом обеспечивается сохранность жидкой фазы в бе-
тоне и набор прочности при температуре до —30° С, т. е.
более низкой, чем при использовании других химических
добавок. Для сохранения концентрации аммиачной воды
в бетоне все открытые поверхности плотно закрываются
толем.
Особенность бетонов, затворенных аммиачной во-
дой, заключается в медленном нарастании прочности,
что не позволяет использовать его в конструкциях, ко-
торые по условиям работы должны подвергаться внеш-
ним воздействиям в раннем возрасте. С наступлением
положительных температур прочность бетона интенсив-
но нарастает и к годичному возрасту в 1,5 раза превы-
шает проектную прочность. Удорожание бетона, уложен-
ного в зимних условиях с применением аммиачной воды,
по сравнению с летним составило не более 3 руб. на
1 м3.
ГЛАВА 14
ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКА МОНОЛИТНЫХ
БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
О РАЗВИТИИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА
Практика производства бетонных и железобетонных
работ в зимних условиях показала, что наиболее мо-
бильным и эффективным является метод электропрогре-
ва и обогрева бетона с помощью различных электрона-
гревательных приборов и устройств. Наряду с методом
термоса электротермообработка получила на зимних
стройках самое широкое распространение. В последние
годы электротермообработка бетона в монолитных кон-
струкциях и изделиях заводского изготовления начина-
ет применяться в значительных масштабах и за рубе-
жом— во Франции, в Финляндии, Канаде, США, Чехо-
словакии, Японии.
При производстве работ на строительных площадках
различные способы электропрогрева и обогрева находят
применение не только в зимних, но и в летних условиях.
Например, электротермообработка применяется при
542
строительстве зданий и инженерных сооружений во
Франции, в Алжире, Испании, Италии в условиях сухо-
го и жаркого климата. Для твердения бетона суровыми
климатическими условиями являются не только север-
ные районы с низкими отрицательными температурами,
но и южные, в которых относительная влажность возду-
ха в жаркие месяцы годы падает до 15—30%.
Электропрогрев бетона с помощью стальных
пластинчатых электродов был впервые описан в жур-
нале «Betong» А. Брундом и X. Болином в 1931 г.
(Швеция).
В своих работах они показали, что электропрогрев
может служить средством не только защиты бетона от
мороза, но и ускорения его твердения. В их статье было
отмечено, что с точки зрения ускорения твердения бето-
на электропрогрев оказывает такое же действие, как и
другие методы прогрева.
Интересно, что еще в 1927 г. на международном кон-
грессе по строительным материалам метод электропро-
грева предлагался для ускоренного испытания активно-
сти портландцемента. Однако не только это предложе-
ние, но и более позднее выступление в печати А. Брунда
и X. Болина не привлекло внимания строителей различ-
ных стран. В СССР, начиная с 1932 г., исследованиями
в области электропрогрева бетона стали заниматься
многие научно-исследовательские институты и лабора-
тории крупных строек (трест «Строитель» и Металл-
строй в Москве, Тагилстрой на Урале, строительные ор-
ганизации Украины и др.).
До второй мировой войны, как известно из опублико-
ванных работ, электропрогрев бетона за рубежом при-
менялся на строительстве лишь отдельных объектов
в Голландии, США, Швейцарии и то в опытном поряд-
ке. Широкого распространения там он не получил.
Как было отмечено на первом международном сим-
позиуме по зимнему бетонированию 1956 г. в Дании
X. Итакуро и Я. Ичики, на северных островах Японии
американцы стали широко применять электропрогрев
железобетонных конструкций в холодное время года,
начиная с 1950 г. Благодаря работам советских ученых
и деятельности французской фирмы ЕМП (К. Мартине)
в последние годы различные способы использования
электрической энергии стали все больше применяться за
рубежом как при возведении монолитных конструкций,
543
так и при изготовлении изделий из сборного железо-
бетона.
Наиболее полная разработка теории и широкое внед-
рение электропрогрева в практику строительства осу-
ществлены в СССР. Первая инструкция по электропро-
греву бетона и железобетона была разработана ЦНИПС
еще в 1933 г. Начиная с 1934 г. применение этого мето-
да у нас в стране регламентируется техническими усло-
виями на производство строительных работ. Он быстро
вышел из стен лабораторий на строительные площадки
и сыграл большую роль в ликвидации сезонности в стро-
ительстве в годы первых пятилеток. Особенно большую
роль сыграл электропрогрев при строительстве промыш-
ленных зданий и сооружений в суровых климатических
условиях Урала и Сибири в годы Великой Отечествен-
ной войны. В процессе оказания технической помощи
зимним стройкам в эти годы многие положения в обла-
сти электропрогрева бетона были усовершенствованы и
получили дальнейшее развитие (периферийный электро-
прогрев, применение новых разновидностей электродов,
нагрев конструкций с помощью стальной проволоки в
качестве сопротивления).
В настоящее время электротермообработка со всеми
ее разновидностями заняла ведущее место среди других
методов зимнего бетонирования. Многие крупные строи-
тельные тресты (Магнитострой, Тагилстрой, Челябме-
таллургстрой, Череповецметаллургстрой и др.) ежегод-
но в зимних условиях, а при изготовлении некоторых
изделий на полигонах и в теплое время года подверга-
ют электротермообработке по 30—50 тыс. м3 бетона.
Теперь трудно назвать такую передовую стройку, на ко-
торой не применялись бы разновидности метода электро-
термообработки бетона и железобетона. В зимние меся-
цы 1971 г. только с применением электроразогрева бе-
тонной смеси, по данным Госстроя СССР, на зимних
стройках было уложено 710 тыс. м3 бетона.
В последние годы наряду со значительным развити-
ем основного метода — электродного прогрева бетона —
были предложены или получили большое применение:
электроразогрев бетонных смесей [1,70], индукционный
нагрев [4], контактный и конвекционный обогрев конст-
рукций с помощью электронагревательных устройств
[72]. В настоящее время разработаны и освоены на
практике следующие методы: 1) электродный прогрев
544
Таблица 14.1
МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА И РАЦИОНАЛЬНЫЕ
ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Название	Применение	Способы и режимы термообработки
1. Электро- прогрев: а) электрод- ный (сквоз- ной)	Прогрев монолитных бетонных и железобетон- ных конструкций путем пропускания тока через всю толщу бетона. Наи- более эффективен для колонн, стен, перекры- тий и перегородок, фун- даментов толщиной до 40 см	Медленный	подъем температуры (не более 20 град/ч). В качестве электродов используют- ся стержни и струны диаметром не менее 6 мм или полосы ши- риной не менее 15 мм, выполненные из листо- вой стали и нашиваемые на внутреннюю поверх- ность опалубки
б) перифе- рийный	Прогрев периферийных зон бетона массивных и средней массивности бе- тонных и железобетон- ных конструкций. При- меняется в качестве од- ностороннего прогрева конструкций, имеющих толщину не более 20 см, и двухстороннего про- грева при толщине изде- лий и конструкций более 20 см	Поддерживание тем- пературы в периферий- ных слоях на 5—10° ни- же или на уровне тем- пературы внутри. В ка- честве электродов при- меняются стержни, по- лосы, ленты, закреплен- ные на опалубку или на специальные щиты
в) с исполь- зованием ар- матуры в ка- честве элек- тродов	Прогрев конструкций, армированных отдель- ными, не связанными между собой стержня- ми, с использованием арматуры как одной из фаз электротока при стальной опалубке	Температура бетона возле арматуры не дол- жна превышать 90° С
35—23
545
Продолжение табл. 14.1
Название	Применение	Способы и режимы термообработки
2. Нагрев бе- тона в электро- магнитном по- ле (электро- нагрев или ин- дукционный нагрев)	Нагрев железобетон- ных конструкций линей- ного типа с равномерно распределенной по сече- нию арматурой путем устройства индуктора вокруг элемента. При- меняется при прогреве колонн, стволов труб и силосов, при замоноли- чивании стыков каркас- ных конструкций	Температура на кон- такте арматуры или фор- мы с бетоном не долж- на превышать 90° С
3. Электро- обогрев: а) с помощью высокотем- пературных нагревателей инфракрасно- го излучения	Обогрев бетона осу- ществляется по перифе- рии конструкции путем подачи тепла непосред- ственно на бетон или через опалубку	Контактный или кон- векционный обогрев осу- ществляется с обязатель- ной защитой неопалу- бленных поверхностей от потерь влаги
б) с помощью низкотемпе- ратурных электрона- гревателей	Обогрев конструкций с помощью вмонтиро- ванных электронагрева- телей в опалубку или в греющие маты и одеяла	Контактный обогрев осуществляется по мяг- ким режимам. Опалуб- ка или маты с вмонти- рованными электрона- гревателями	должны иметь теплоизоляцию с наружной стороны для предупреждения тепло- потерь в окружающую среду	
4. Электро- разогрев: а) предвари- тельный элек- троразогрев бетонной смеси б) то же, с повторным вибрирова- нием в фор- мах	Разогрев	бетонной смеси вне формы. Смесь укладывают и уплотня- ют в горячем состоя- нии Смесь укладывают в форму, уплотняют, за- тем разогревают и под- вергают повторному виб- рированию	Для конструкций с Мп<6 и /н-в не более 20е С требуемая проч- ность достигается путем термосного выдержива- ния. Для конструкций с Мп >6 необходим до- полнительный прогрев или обогрев бетона То же
546
(собственно электропрогрев); 2) нагрев в электромаг-
нитном поле (индукционный); 3) обогрев различными
электронагревательными устройствами (контактный,
конвекционный, в том числе инфракрасного излучения);
4) предварительный электроразогрев бетонных смесей,
который является разновидностью основного электродно-
го прогрева бетона (табл. 14.1).
При предварительном разогреве бетонной смеси, в
отличие от медленного электродного прогрева бетона в
конструкциях, представляется возможным поднимать
температуру до требуемого уровня за любой промежуток
времени, обычно за несколько минут.
Электрообогрев с помощью электронагревательных
устройств осуществляется путем подачи тепла к поверх-
ности бетона от источников превращения электрической
энергии в тепловую — нагревателей инфракрасного излу-
чения или низкотемпературных нагревателей (сетчатых,
проволочных, стержневых, ТЭНов и др.). Во внутренние
слои конструкции тепло передается путем теплопровод-
ности, конвективно или радиационно (излучением).
Нагрев бетона в электромагнитном поле осуществля-
ется путем передачи тепла от разогревающихся вихре-
выми токами стальных элементов опалубки, арматуры и
закладных частей. Непосредственного воздействия на бе-
тон электромагнитное поле с применяющимися на прак-
тике параметрами тока не оказывает, и во внутренние
слои материала тепло передается путем теплопровод-
ности или конвективно в камерах.
Образующиеся при твердении бетона фазовый состав
новообразований и структура при обеспечении соответ-
ствующих температурно-влажностных условий идентич-
ны составу и структуре бетонов, пропаренных и твердею-
щих в нормальных условиях.
Существование различных способов электротермооб-
работки позволяет в каждом конкретном случае (для
различных конструкций и условий их изготовления) вы-
брать наиболее эффективный и экономичный.
Более широкому использованию электрического тока
для тепловой обработки бетона способствует также стро-
ительство новых электростанций в различных районах
страны и снижение стоимости электроэнергии.
Проведенные НИИЖБ работы по изучению характе-
ра формирования электрического и температурного по-
лей в конструкциях при электротермообработке, по изы-
35*
547
сканию оптимальных режимов разогрева и последую-
щего выдерживания тяжелых и легких бетонов, по
исследованию массообмена, удельного электрического-
сопротивления и деформаций свежеуложенного бетона
в процессе его твердения позволили разработать и пред-
ложить ряд режимов и способов электротермообработ-
ки, обеспечивающих сокращение длительности прогрева
конструкций и изделий, а также научно обосновать эф-
фективность применения предварительно разогретых
электрическим током бетонных смесей, в том числе с по-
вторным вибрированием разогретых смесей в формах
и др.
ЭЛЕКТРОДНЫЙ МЕТОД ПРОГРЕВА БЕТОНА
Прогрев бетона электрическим током основан на
принципе преобразования электрической энергии в теп-
ловую. Достигается это путем включения бетона как
сопротивления в цепь переменного тока промышленной
частоты с помощью металлических электродов. При
этом происходит непосредственный прогрев бетона, а не
окружающей среды, как это имеет место при использо-
вании других методов тепловой обработки. Благодаря
применению переменного тока явления электролиза в це-
ментном тесте в процессе прогрева практически не про-
исходит.
Принцип использования электрического тока для
прогрева бетона и железобетона основан на законе
Джоуля — Ленца.
Q=3600/W\
где Q—количество теплоты, выделяемой при прохождении тока,
кДж;
/ — сила тока, А;
—сопротивление прогреваемого бетона, Ом;
Т—время прохождения тока, ч.
Затрата 1 кВт-ч электроэнергии эквивалентна
3617,57 кДж тепла.
Входящие в состав бетона цемент, крупные и мелкие
заполнители в сухом состоянии обладают высоким со-
противлением и являются плохими проводниками элек-
трического тока. Только вода является той составляю-
щей, присутствие которой в бетоне резко понижает его
сопротивление. Благодаря этому свежеуложенный бетон
548
является проводником, который разогревается при про-
хождении через него электрического тока.
Удельное сопротивление бетона резко меняется в за-
висимости от количества и качества жидкой фазы. В на-
чальный период до конца схватывания цемента удельное
сопротивление понижается. Это соответствует пе-
риоду времени, в который происходит растворение щело-
чей и минералов цементного клинкера. Благодаря рас-
творенным веществам токопроводящие свойства жидкой
фазы возрастают, т. е. явление носит электролитический
характер. В этот период времени удельное сопротивле-
ние бетона зависит только от его состава и температуры
(при повышении температуры удельное сопротивление
водных растворов уменьшается). В дальнейшем при
твердении бетона его удельное сопротивление начинает
возрастать. Это объясняется уменьшением количества
жидкой фазы в результате взаимодействия воды с ми-
нералами цементного клинкера и частичного ее испаре-
ния. При достижении бетоном 50—60% прочности от
проектной сопротивление его возрастает в несколько раз
и поддержание в нем температуры на заданном уровне
может быть обеспечено только значительным повышени-
ем напряжения. Как правило, при достижении бетоном
указанной прочности дальнейший (без увлажнения)
прогрев его становится нецелесообразным, так как это
связано с большим расходом электроэнергии.
В связи с изложенным при электропрогреве бетона
необходимо стремиться к сохранению в нем достаточно-
го количества влаги. Прогрев бетона при помощи элек-
тродов осуществляется при пониженных (50—100 В) или
при повышенных (220—380 В) напряжениях тока сети.
В первом случае прогрев осуществляется с помощью по-
низительных трансформаторов.
Преимущество электродного прогрева бетона по
сравнению с электрообогревом заключается в увеличе-
нии КПД энергии. Быстрее достигаются повышенные
температуры с более равномерным распределением тем-
пературных полей. Поэтому электродному прогреву сле-
дует отдавать предпочтение перед другими способами
электротермообработки.
Удельное электрическое сопротивление бетона не яв-
ляется постоянной величиной, а изменяется в процессе
его твердения (рис. 14.1). Введение в бетон химических
добавок — электролитов приводит к значительному
549
уменьшению электросопротивления бетона. Введение же
поверхностно-активных и воздухововлекающих веществ
(СДБ, СНВ, ГКЖ) существенно его не изменяет.
Процесс изменения электросопротивления характери-
зуется тремя периодами. В первый (начальный) период
значение его уменьшается до 0,5—0,85 своего начально-
го значения из-за увеличения концентрации электроли-
тов в жидкой фазе и подвижности ионов при увеличении
температуры бетона. Во втором периоде сопротивление
достигает минимального значения и некоторое время
Рис. 14.1. Изменение
удельного электрического
сопротивления бетона с
В/Д=0,65 и расходом
цемента 300 кг/м3
1 — прогрев при /=60° С;
2 — то же, при /=80° О
практически стабилизируется вследствие равновесной
насыщенности раствора жидкой фазы. В третьем перио-
де сопротивление интенсивно возрастает вследствие ад-
сорбционного и химического связывания воды, а также
частичного ее испарения в процессе прогрева. Интенсив-
ность роста электросопротивления тем быстрее, чем вы-
ше температура и больше продолжительность изотер-
мического выдерживания бетона.
С повышением сопротивления уменьшается тепловы-
деление в прогреваемых материалах, чем и объясняется
снижение температуры бетона в процессе длительного
прогрева. При электропрогреве, как правило, следует
применять малоподвижные бетонные смеси с осадкой
конуса 2—5 см.
При прогреве бетона на пористых заполнителях в на-
чальный период электрическое сопротивление выше, чем
у бетона на плотных заполнителях с таким же расходом
цемента и воды. По мере подъема температуры жидкая
550
фаза мигрирует из заполнителей в растворную часть
вследствие расширения воздуха и электросопротивление
понижается.
Электропроводность стальной арматуры неизмеримо
больше, чем бетона, а поэтому при прогреве железобе-
тона ток преимущественно проходит по арматуре. Этим
и объясняется неравномерность распределения электри-
ческих и тепловых полей в железобетонных конструкци-
ях, а также перегрев бетона вблизи электродов и арма-
туры. В различных точках прогреваемых конструкций
температура бетона не должна отличаться более чем на
15° С по длине и на 10° С по сечению. Включать ток при
электропрогреве конструкций необходимо с таким рас-
четом, чтобы температура бетона не упала ниже 3—5° С.
Повышать температуру как по условиям твердения бе-
тона, так и по условиям уменьшения потребляемой мощ-
ности следует постепенно. Во всяком случае температу-
ра бетона в опалубке монолитных конструкций должна
подниматься со скоростью не более 15—20° С/ч.
Температура изотермического прогрева для бетонов
на быстротвердеющих цементах не должна превышать
60—70° С, а на шлакопортландцементах и нормальных
портландцементах 80—90° С. Чем меньше модуль по-
верхности, тем меньше должна быть и максимально до-
пускаемая температура в конструкции.
Обычно для прогрева монолитных конструкций элек-
трический ток подводится от трансформаторов через
распределительные щиты и софиты с помощью металли-
ческих электродов. Электропрогрев железобетонных кон-
струкций, как правило, осуществляется через понизи-
тельные трансформаторы. Неармированные бетонные и
малоармированные железобетонные конструкции (с на-
сыщением арматурой не более 50 кг/м3 бетона) могут
прогреваться и от сети с напряжением тока до 220 В
(иногда до 380 В). Поэтому при больших объемах работ
и недостатке трансформаторов такие конструкции, как
фундаменты, полы и т. п., следует прогревать током по-
вышенного напряжения, а трансформаторы использовать
для прогрева железобетонных конструкций.
Выбор того или иного способа электропрогрева бе-
тона зависит от размера и конфигурации конструкции,
характера армирования, имеющегося оборудования
и др.
Независимо от выбранного способа к работам по
551
электропрогреву разрешается приступать лишь при на-
личии соответствующих технических расчетов и схем,
устанавливающих порядок работы по бетонированию и
обогреву, увязку со смежными работами, потребное ко-
личество оборудования, пиковые мощности, расход энер-
гии и т. п. До начала работ должен быть установлен,
а при ведении работ тщательно соблюден режим элек-
тропрогрева и остывания конструкций, обеспечивающий
бетону до замораживания достижение необходимой
прочности и в то же самое время гарантирующий от пе-
ресушивания бетона у электродов и нагревательных
приборов, а также от появления трещин в бетоне.
Электродный способ прогрева нашел наиболее ши-
рокое распространение потому, что благодаря включе-
нию тела бетона в электрическую цепь достигается срав-
нительно равномерный прогрев конструкций и потери
тепла сводятся к минимуму.
Для присоединения электродов к проводам, идущим
от распределительных щитов, применяются софиты,
представляющие собой деревянную доску длиной 3—4 м,
шириной 16—20 см и толщиной 2,5—4 см с роликами. На
роликах укрепляются изолированные провода, к кото-
рым присоединяются провода электродов. Благодаря ре-
гулированию напряжения тока при работе с трансфор-
маторами на строительстве можно поддерживать тем-
пературу бетона по требуемому графику и обеспечивать
при этом безопасность работ.
Применяемые для электропрогрева электроды под-
разделяются на пластинчатые, полосовые (ленточные),
стержневые и струнные (табл. 14.2). Пластинчатые элек-
троды располагаются в двух противоположных плоско-
стях конструкции и подключаются к разным фазам. Они
обычно изготавливаются из листового железа толщиной
0,5—1,5 мм. Пластины-электроды прикрепляются к вну-
тренней стороне деревянной опалубки.
Основоположники электропрогрева бетона, шведские
инженеры А. Брунд и X. Болин, в своих опытах приме-
няли пластинчатые электроды, почти целиком закрыва-
ющие боковые поверхности конструкций. На наших
стройплощадках способ подведения тока к бетону с са-
мого начала был видоизменен: вместо сплошных пла-
стин, требующих значительного расхода железа, начали
применять пластины с меньшей площадью. Практика
показала, что и это не является оптимальным решени-
552
Таблица 14.2
ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДОВ
Тип	Описание	Время усгановки и подсоединения	Материал, харак- терные размеры
Пластинчатые	Сплошные пластины, це- ликом закрыва- ющие противо- положные пло- скости по мень- шей стороне (толщине) кон- струкции	До бетони- рования	Кровельная сталь	либо «высечка» при обшивке дере- вянной опалуб- ки; листовая сталь или про- катные профи- ли при исполь- зовании в ка- честве электро- дов металличе- ской опалубки. Размеры соот- ветствуют раз- мерам конст- рукции или из- делия
Полосовые	Полосы, за- крепленные на некотором рас- стоянии одна от другой на элементах опа- лубки или на- кладных щи- тах	Закрепление на опалубке до бетонирования; закрепление на накладных щитах	Кровельная сталь (ленточ- ные электро- ды), листовая сталь. Шири- на электродов 20—50 мм
Стержневые	Стержни, ус- танавливаемые (забиваемые) в бетон или за- крепляемые на опалубке	До и после бетонирования	Круглая сталь диамет- ром 6—12 мм
Струнные	Струны, за- крепленные вдоль оси длин- номерных кон- струкций	До бетониро- вания; подсое- динение после бетонирования	То же
553
см, поэтому у нас вскоре нашли широкое распростране-
ние стержневые электроды. Теория расчета расстанов-
ки и техника применения стержневых электродов, осо-
бенно в сильно армированных конструкциях, в начале
30-х годов были разработаны: А. К. Рети, К. П. Семен-
ским, Р. В. Вегенером.
В целях экономии расходуемого металла для сквоз-
ного прогрева вместо пластинчатых электродов реко-
мендуется применять
полосовые (рис. 14.2).
Полосовые электроды
изготовляют из ли-
стовой стали и различ-
1(разо
в ,	8
Зраза Зраза Нраза
Рис. 14.3. Схема одностороннего раз-
мещения полосовых электродов при
периферийном прогреве
Рис. 14.2. Схема двухстороннего раз-
мещения полосовых электродов при
сквозном прогреве конструкции
В — толщина конструкции; а — ширина
электрода; в —расстояние между электро-
дами
ных отходов строительного производства. Они нашива-
ются на внутреннюю поверхность деревянной опалубки.
Полосовые электроды часто используются на прак-
тике и для периферийного прогрева (рис. 14.3). В этом
случае они также располагаются на поверхности кон-
струкции и ток между соседними разноименными элек-
тродами протекает в периферийном слое, толщина кото-
рого равна примерно 0,6 В. При большой толщине (бо-
лее 0,2 м) конструкций периферийный электропрогрев
осуществляется на двух противоположных или на всех
поверхностях конструкций. При отсутствии полосовой
стали на практике часто применяется круглая (катанка)
Стержневые, или, как их иногда называют, шиповые
электроды изготовляются из обрезков арматурной стали
диаметром 6—12 мм, длина которых зависит от сечения
прогреваемых конструкций. Стержневые электроды за-
кладываются в бетон перпендикулярно оси конструкции
через открытую поверхность или через отверстия, про-
сверленные в опалубке. Применяются они главным об-
разом для прогрева колонн, балок, плит и стен толщи-
ной более 0,15 м.
При стержневых поперечных электродах редко про-
исходят короткие замыкания, которые, кстати сказать,
легко устраняются. Установка стержневых электродов
при прогреве железобетонных колонн и балок приведе-
на на рис. 14.4. На ней также указан способ подключе-
ния электродов к софиту при прогреве бетона трехфаз-
ным током. Дыры для установки электродов сверлят пос-
ле установки арматуры перед укладкой бетонной смеси.
Стержневые электроды нашли весьма широкое рас-
пространение в практике электропрогрева каркасных
железобетонных конструкций. Однако во многих случа-
ях следует воздерживаться от применения стержневых
электродов (из-за порчи опалубки и сложности подвод-
ки тока) и переходить, например, на нашивные и струн-
ные.
При прогреве конструкций большой протяженности
(колонны, балки, сваи, опоры) применяют струнные
электроды (рис. 14.5).
Струнные (продольные) электроды изготовляются
из арматурной стали диаметром 6—12 мм. Их устанав-
ливают с применением изоляторов и с подвеской к арма-
туре параллельно оси конструкции отдельными звенья-
ми длиной 2,5—3,5 м. Концы звеньев отгибаются под
прямым углом и выводятся наружу через отверстие
в опалубке. Они могут быть использованы в качестве
двух-трех электродов или одной фазы арматуры (сталь-
ной формы). На рис. 14.6 указано размещение струн,
когда арматура используется в качестве второй фазы.
При прогреве железобетонных колонн одновременно
с балками практикуется применение стержневых элек-
тродов вместе со струнными, (рис. 14.7). В этих случаях
во избежание короткого замыкания электроды должны
тщательно крепиться к арматуре и быть хорошо изоли-
рованы от нее.
Бетонирование монолитных железобетонных пере-
крытий успешно осуществляется с использованием
струнных электродов, располагаемых в термоактивном
слое (в опилках). Отогнутые концы для удобства под-
водки тока выводятся в одно место (рис. 14.8). Опыт ра-
боты с продольными (струнными) электродами выявил
простоту их монтажа и распалубки, а также достижение
равномерного прогрева конструкций.
555
Рис. 14.4. Электропрогрев железобе-
тонных конструкций при помощи
стержневых электродов
Цифры /, /Д III обозначают номера фаз
трехфазного тока, к которым присоединя-
ются электроды (/, 2, 3)
Рис. 14.5. Установка струнных элект-
родов в колонне
/ — струнные электроды; 2 — арматура;
1ф, 2ф — фазы
556
Рис. 14.6. Размещение струнных электродов внутри железобетонной
конструкции квадратного сечения с использованием рабочей армату-
ры в качестве одной фазы
а — с четырьмя арматурными стержнями в углах; б — с часто расположенными
арматурными стержнями или в металлической, а также деревянной, обшитой
кровельной сталью, форме
Рис. 14.7. Расположение стержневых и струнных электродов при про-
греве железобетонных колонн и балок
/ — стержневые электроды; 2 —струнные электроды; 3 —крюки для временно-
го крепления струнных электродов; 4 — толь; 5 — опилки; 6 — софит или изоли-
рованные провода; 7 — арматура; 8— изоляция из толя; 9 — стержневые элек-
троды (d=12 мм); /0—вязальная проволока; // — электрод; /2 —отпайка шну-
ра от софита; /3—жилы шнура, присоединяемые к электроду; /4 —отгибае-
мые жилы
557
2
J J
Рис. 14.8. Установка
струнных электродов
в термоактивной опа-
лубке перекрытия
/ — бетон; 2 — питающая
сеть;	3 — электроды;
4 — опилки; 5 — рубероид
или толь; 6 — опалубка
Рис. 14.9. Электро-
прогрев железобетон-
ного подколонника
/, 2, 3—электроды (d=
= 10—12 мм)
Зимой 1941/42 г. на строительстве одного из ураль-
ских заводов все железобетонные подколонники под ме-
таллические колонны были прогреты электротоком при
помощи струнных электродов. Струнные электроды диа-
метром 10—12 мм устанавливались перед укладкой бе-
тона вертикально на всю высоту подколонников. В ниж-
ней части (в подушках) в бетон открытых поверхностей
втапливались горизонтальные струны. Несмотря на зна-
чительное насыщение подколонников арматурой, элек-
троды, как правило, устанавливались без специальных
креплений (рис. 14.9). Электроды тщательно устанавли-
вались в процессе укладки бетона, причем не допуска-
лось приближать струны к арматуре подколонников
ближе чем на 5 см.
Подколонники в значительной своей части были воз-
ведены на промороженном грунте, так как в большие
морозы до начала укладки грунт успевал промерзать на
глубину 20—40 см.
Поскольку грунт был сухой и представлял собой
плотные глины и суглинки, а бетон после укладки под-
вергался электропрогреву, не было необходимости про-
водить оттаивание грунта. При этом учитывалось также,
что основание подколонников большей частью залегало
ниже глубины промерзания грунта, благодаря чему впо-
следствии на такой глубине должны были установиться
положительные температуры за счет тепловых свойств
грунта. Опыт работы показал, что требования в части
оттаивания грунта в аналогичных случаях являются из-
лишними. Чтобы не допустить подмораживания железо-
бетона у мерзлого основания при укладке арматуры,
арматурную сетку устанавливали в подушку на половин-
ках кирпича. После укладки бетонной смеси и включения
тока через трансформаторы температура в подколенни-
ках поднималась до 60—70° С. При этом наиболее вы-
сокая температура отмечалась в подушках подколонни-
ков. Скважины для измерения температуры при прогре-
ве подколонников располагались в четырех точках:
№ 1—вверху, № 2 — посредине, № 3 — на уступе баш-
мака и № 4 — в месте примыкания рандбалки.
Температурный режим прогрева подколонников при
укладке подвижной бетонной смеси (осадка конуса
5—7 см) на шлакопортландцементе приведен в табл. 14.3.
Прогрев бетона продолжался до момента приобретения
им 70% прочности, заданной по проекту марки.
559
Таблица 14 3
ТЕМПЕРАТУРА БЕТОНА ПРИ ЭЛЕКТРОПРОГРЕВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
подколенников
Время начала прогрева, ч	Фундамент № 10				Фундамент № 11			
	скважина № 1	скважина № 2	скважина № 3	1 1 скважина Xs 4	скважина № 1	скважина № 2	скважина Хе 3	скважина Хе 4
2	20	26	28	26	26	28	30	25
4	26	30	34	30	38	39	40	36
5	34	39	45	42	42	44	46	44
8	45	48	54	48	48	50	53	50
10	52	55	60	52	50	54	58	50
12	56	58	62	54	54	57	65	52
14	58	62	65	56	55	60	68	53
16	64	66	68	58	58	64	70	54
18	64	67	69	60	58	66	72	54
20	62	66	70	62	60	65	70	54
22	60	64	75	62	58	62	66	55
24	60	63	76	58	56	60	65	55
26	58	62	74	51	55	59	63	53
28	56	60	72	48	52	56	60	50
30	54	61	70	44	49	52	57	46
32	53	60	70	36	46	48	53	44
34	51	59	68	30	45	47	50	42
36	49	54	62	24	44	45	47	39
38	46	51	58	22	38	40	45	38
40	42					20	35	38	42	36
42		—	—	—	32	36	—	32
Когда мощность трансформаторов не позволяла при-
нять весь поток бетона под электропрогрев, прибегали
к комбинированному способу выдерживания. В этих слу-
чаях в подушки подколенников горизонтальные электро-
ды не закладывали, и необходимая температура дости-
галась за счет пуска пара в котлован, закрывавшийся
брезентом или соломитом.
В качестве второго примера применения струнных
электродов можно привести прогрев железобетонных ко-
лонн под котлы ТЭЦ одного завода в Сибири.
560
На забетонированной в декабре 1942 г. плите с 31 ян-
варя 1943 г. начали укладку бетонной смеси в железо-
бетонные колонны под котлы ТЭЦ. Колонны имели се-
чение 1X0,9X0,9 и 0,9X0,7 м. Так как общая высота
колонн превышала 7 м, бетонирование проводилось
в два яруса. Чертеж колон-
ны с расположением элект-
родов при бетонировании в
первом ярусе приведен на
рис. 14.10.
Как видно из этого ри-
сунка, прогрев колонны осу-
ществляется через 8 элект-
родов из 12-миллиметровой
арматурной стали, заложен-
ных в теле бетона. Электро-
ды привязывали проволокой
к арматуре с внутренней
стороны. Во избежание ко-
ротких замыканий электро-
ды в местах подвязки их
А -л
изолировали от арматуры
толем или изготовленными
из раствора изоляторами.
Для прогрева уступов
опорной плиты колонны ус-
танавливались дополнитель-
но стержневые электроды.
Опалубка состояла из хоро-
шо сплоченных щитов, изго-
товленных из 50-миллимет-
ровых досок. В каждой ко-
лонне в бетоне с двух сторон
делали 6 температурных
скважин глубиной 5 см.
Рис. 14.10. Схема располо-
жения струнных электродов
и температурных скважин в
колоннах под котлы ТЭЦ
(в уступах плиты установ-
лены стержневые электро-
ды)
Скважины устраивали на
уступе, посредине бетонируемой части колонны и вверху.
Кроме того, сверху устраивали скважину для периодиче-
ской проверки температуры бетона с торца. Впоследст
вии для уменьшения теплопотерь сверху торцовую часть
колонны засыпали шлаком. Температура бетона через
9 ч поднялась до 72—78° С, а затем медленно начала
снижаться. Для поддержания температуры ток периоди-
чески включался и выключался.
36-23
561
После отключения тока охлаждение бетона до 3—
5° С продолжалось в течение 46 ч. При этом температу-
ра наружного воздуха держалась в пределах —30
...—35° С. За время охлаждения бетона до 0°С после вы-
ключения тока тепловой баланс увеличился на 750 гра-
дусо-часов, т. е. твердение бетона продолжалось еще
2 сут при положительной температуре.
Проведенные замеры температуры в бетоне ряда ко-
лонн спустя 2—3 сут после отключения тока показали
примерно ту же картину. Расчет же показывает, что
охлаждение бетона до 0°С теоретически должно про-
изойти значительно раньше. Так, например, после окон-
чания прогрева колонны сечением 0,9Х0,7 м, когда бы-
ла зафиксирована температура в скважинах 28, 32 и
36° С, через 68 ч соответственно отмечена температура
2, 6 и 8° С. Первая точка относится к подколоннику
(уступу), вторая — к средней части колонны, третья —
к верхней части. В этот период средняя температура на-
ружного воздуха составляла —12° С. Участок, где нахо-
дились колонны, не был защищен от ветра. Скорость
ветра, по данным местной метеорологической станции,
определялась в 5—6 м/с.
Наблюдения потвердили, что при определении сро-
ков прогрева бетона для достижения заданного процен-
та прочности необходимо учитывать последующее твер-
дение бетона (после выключения тока) до момента пол-
ного охлаждения. Если принять в расчет твердение
бетона в период его остывания, можно сократить длитель-
ность электропрогрева и тем самым сэкономить элект-
роэнергию. При этом длительность электропрогрева
бетона можно сократить тем больше, чем массивней
конструкции и чем выше температура наружного воз-
духа.
Прогрев партии контрольных образцов при значи-
тельно меньшем количестве градусо-часов, чем при прог-
реве колонн, обеспечил прочность бетона 70—80% от /?28-
Прогрев колонн, за которыми велись наблюдения, про-
должался при постоянном напряжении тока 60 В. Срав-
нивая температуру скважин, относящихся к собственно
колонне (а не к подколоннику), видно, что существенной
разницы не наблюдалось. Применяя более высокое нап-
ряжение тока или изменяя его по ходу прогрева, коли-
чество электродов можно уменьшить вдвое против при-
менявшегося вначале.
562
мощи
совой
Электроды могут быть расставлены не через 30, а
через 45 см, что дает экономию металла и сокращает зат-
раты труда. При уменьшении количества электродов
вдвое надо тщательно изолировать их от арматуры во
избежание коротких замыканий, так как через 3 электро-
да труднее будет осуществить прогрев.
Зимой 1941/42 г. в Тагилстрое была прогрета при по-
струнных электродов железобетонная стенка кок-
батареи. Бетонную смесь укладывали непосредст-
Рис. 14.11. Подпорная
стенка коксовой батареи,
прогретая при помощи
'	струнных электродов
1 — электроды струнные; 2 — плавающие электроды;
3 — температурно-усадочные трещины (через 1,5—2 м)
венно на замерзший бетонный фундамент. Работы про-
водились при температуре наружного воздуха —20...
...—25° С, бетонная смесь применялась литая. Железо-
бетонная стенка имела двойную сетку арматуры. Внача-
ле бетон укладывали на высоту 1 м с установкой в этой
части вертикальных электродов диаметром 12 мм. Затем
продолжали работы по укладке бетона с установкой вер-
тикальных и горизонтальных (плавающих) электродов
(рис. 14.11).
Температура поднималась с нормальной интенсивно-
стью до 60—65° С, остывание до 0° после окончания про-
грева длилось примерно 1 сут. Спустя некоторое время
после распалубки на участке длиной в 20 м с двух сто-
рон появились вертикальные трещины шириной 2—3 мм
(не сквозные) на расстоянии 1,5—2 м одна от другой.
Книзу трещины уменьшались. Появление трещин яви-
лось следствием усадки бетона и температурных дефор-
маций, которые в стенке длиной до 100 м достигли боль-
36*	563
ших размеров. Поэтому такие сТенкй, так Же как и стен-
ки резервуаров, следует бетонировать и прогревать
отдельными отсеками, оставляя разрывы не менее
0,7 м.
В морозы бетонную смесь надо начинать укладывать
до момента замораживания ранее уложенных участков
или, если они уже замерзли, нужно устанавливать допол-
нительные электроды непосредственно на поверхности
замороженного бетона.
При электропрогреве бетона фундаментных плит
коксовых печей обычно применяют стержневые элект-
роды, устанавливаемые вертикально. Таким -образом,
исключается возможность коротких замыканий с сеткой
арматуры, укладываемой вверху плиты. Однако весь
производственный процесс и последующая срубка выс-
тупающих наружу концов электродов представляют
большие неудобства в работе. Поэтому при прогреве плит
коксовых печей электродным способом целесообразно
применять продольные струнные электроды. В этих слу-
чаях арматура должна быть опущена несколько ниже
или, наоборот, электроды следует устанавливать в бетон
под сеткой. При бетонировании фундаментных плит
коксовых батарей электропрогрев хорош тем, что при
нем удаляется лишняя вода из бетона, укладываемого
на кладку из огнеупорного кирпича. Огнеупорная клад-
ка, как известно, не допускает способов работ, приво-
дящих к ее увлажнению.
Прогрев конструкций полосовыми электродами. По-
лосовые электроды изготовляются из кровельной ста-
ли или из обрезков листового металла. Старый металл
может быть использован только после освобождения
поверхности от краски и ржавчины. Это дает возмож-
ность использовать всякого рода отходы листовой стали.
Для прогрева конструкции полоски прикрепляют к внут-
ренней стороне деревянной опалубки.
Полосовые электроды применяются для прогрева
ленточных фундаментов, слабо армированных стенок,
резервуаров, колец, крупных блоков и при периферий-
ном электропрогреве.
При армированных конструкциях полосовые электро-
ды нашивают на опалубку с таким расчетом, чтобы они
не касались арматуры.
Полосовые электроды применяются, например, для
периферийного электропрогрева при бетонировании
564
Рис. 14.12. Периферийный элек-
тропрогрев железобетонного
фундамента под молот
/ — шлаковая засыпка толщиной
8—10 см; 2 — стержневые электроды
(d=12 мм; /“30—40 см); 3 —полосо-
вые электроды; 4—опалубка;
5 —кирпичная стенка в 1,5 кирпича
40 50
Рис. 14.13. Электронагреватель-
ная панель
/ — толь; 2 — контактный болт (d=
= 12 мм); 3 —стальная шина (50Х
Х4 мм); 4 —шурупы для крепления
стальной шины; 5 —опилки или
шлаковая вата
массивных фундаментов под молоты. Расположение
электродов показано на рис. 14.12. Так как к горизон-
тальной поверхности бетона пластинчатые электроды
плохо пристают, их заменили стержневыми. Удобнее же
вместо стержневых применять плавающие электроды,
втапливаемые в бетон.
Наиболее удобным применением такого типа элект-
родов является устройство нагревательных панелей для
565
нагрева плит сверху. Типовое решение такой нагрева-
тельной панели представлено на рис. 14.13. Нагрева-
тельная панель состоит из дощатого щита толщиной
25 мм, с размерами в плане 1,2X0,6 м. С нижней сто-
роны щитов нашиваются полосы из листовой стали ши-
риной 50 мм или из полосовой стали 4X50 мм.
Прогрев железобетонной плиты над подвалом глав-
ного павильона ВДНХ осуществлялся при помощи на-
Рис. 14.14. Электропрогрев железобетонного борова регенераторов
при помощи нашивных электродов
1 — электроды; 2 — скважины глубиной 10 см через 1 м
гревательных панелей с нашитыми полосовыми электро-
дами.	__
Для уменьшения теплопотерь в большие морозы па-
нели утепляются сверху опилками или шлаком. В этом
случае панель представляет собой короб с прикреплен-
ным к нижнему щиту верхним щитом из легких досок
толщиной 13 мм или фанеры с утеплителем. Нагрева-
тельные панели чаще всего употребляются для прогрева
железобетонных плит междуэтажных перекрытий. При
прогреве ленточных фундаментов и стенок полосовые
электроды следует нашивать на сборные щиты опалуб-
ки, чтобы электроды можно было сохранить для повтор-
ного использования.
К этому же типу электродов можно отнести нашив-
ные электроды, изготовляемые из круглой арматурной
566
стали диаметром 6 мм. Электроды этого типа, как и
пластинчатые, нашиваются на опалубку с внутренней
стороны до установки арматуры. Примером применения
нашивных электродов из круглой арматурной стали
диаметром 6 мм может служить прогрев стенок желе-
зобетонных боровов регенераторов мартеновских печей.
Расположение нашивных электродов для этого случая
показано на рис. 14.14. Нижние стенки прогревались
Рис. 14.15. Температурный режим прогрева стенки железобетонного
борова трубы регенератора
плавающими электродами. Электроды были пришиты
гвоздями.
Данные о температурном режиме прогрева стенок
боровов приведены на рис. 14.15.
Прогрев бетона проводился при одном и том же нап-
ряжении тока. При этом подъем температуры в стенках
боровов продолжался целые сутки, а после достижения
65° С, когда омическое сопротивление бетона сильно
возросло, температура его стала падать. В результате
прогрева прочность бетона (при марке НО) на портланд-
цементе марки 400 достигла более 50% проектной
марки.
Комбинированное и групповое применение электродов.
Кроме рассмотренных основных способов подведения
тока к бетону и железобетону в практике электропрог-
рева применяются комбинированные способы подведе-
ния тока, а также прогрев с использованием стальной
арматуры конструкций.
567
Например, при прогреве балок или колонн с высту-
пающими консолями и капителями для подведения тока
применяются продольные и стержневые электроды. В за-
висимости от конфигурации конструкций часто бывает
целесообразно комбинировать продольные или стержне-
вые электроды с пластинчатыми или полосовыми. При
прогреве сборных железобетонных элементов для под-
ведения тока иногда используется арматура. При этом
рабочая или монтажная арматура конструкций присое-
диняется к одной из фаз. Вторая фаза (а при трехфазном
/678
Рис. 14.16. Блок для тун-
неля метро, прогревав-
шийся через арматуру
монтажных сеток
1 —’ сетка; 2 — ниши
токе и третья) присоединяется к электродам. Прогрев
с использованием арматуры как электрода применялся,
например, весной 1942 г. при изготовлении сборных ко-
лонн на Магнитострое. Внутри тела железобетонных
колонн вдоль их оси закладывались две пары струн.
В консолях и выступах одна из фаз включалась в стерж-
невые электроды.
Во время строительства первой очереди Московского
метрополитена на заводе, изготовлявшем крупные бло-
ки для устройства туннеля, бетон прогревался с исполь-
зованием монтажной арматуры. Расположенные в теле
блоков каркасы двух арматурных сеток служили элек-
тродами для подведения тока (рис. 14.16). Несмотря на
то, что бетон применялся трамбованный и сетки нахо-
дились на расстоянии 0,55 м друг от друга, прогрев бе-
тона блоков велся весьма интенсивно. В месте распо-
ложения арматурных корзинок в нишах блоков обычно
имело место пересушивание бетона; поэтому в процессе
прогрева его периодически поливали водой. Прогрев
блоков осуществлялся током напряжением 220 В. В про-
цессе прогрева блоки разбивались на группы таким
568
образом, чтобы можно было применять напряжение от
37 до НО В. Блоки в цепь трехфазного тока включались
группами последовательно. По мере увеличения омичес-
кого сопротивления бетона в процессе электропрогрева
напряжение тока повышалось за счет уменьшения коли-
чества блоков в каждой группе. Способ электропрогрева
с использованием арматуры в качестве электрода может
быть допущен и в других случаях изготовления штучных
элементов.
Размещение электродов в бетоне должно обеспечи-
вать такое распределение тока, при котором исключает-
ся опасный перегрев приэлектродных зон бетона и обес-
печивается равномерный нагрев конструкции. Вместе
с тем электроды должны быть расположены так, что-
бы потребляемая в бетоне при данном напряжении
мощность соответствовала той, которая необходима
(табл. 14.4) по тепловому расчету для осуществления
заданного режима прогрева. Для достижения этого
НИЛЭС рекомендован способ группового размещения
электродов, при котором в каждую фазу включается не
один, а несколько электродов (рис. 14.17). При такой
Таблица 14.4
РАССТОЯНИЕ b И h МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ ДИАМЕТРОМ 6 мм
(ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК)
Напряже- ние, в	Обозна- чения	Расстояние, см, при наибольшей мощности, кВт/м3								
		2,5	3			6		8	9	10
51	Ь	39	36	32	28	26	25	23	22	21
	h	15	13	12	10	10	10	8	7	7
65	b	51	48	42	37	34	32	30	28	24
	h	14	13	11	Ю	9	8	8	7	7
87	b	71	65	57	51	47	43	41	38	36
	h	13	13	11	10	9	8	8	7	7
106	b	89	81	71	63	58	54	51	48	46
	h	14	12	11	9	9	8	7	7	7
220	b	192	175	152	146	124	115	108	102	96
	h	13	12	10	9	8	8	7	7	7
Примечание. Значения b и h определены по номограммам, раз-
работанным на кафедре теоретических основ электротехники Москов-
ского ордена Ленина энергетического института. При переходе к од-
нофазной схеме питания значение b остается неизменным, a h при-
нимается на 10—15% меньше.
569
сложной конфигурации конструкций следует применять,
как это указано на рисунке, различного типа электроды.
Расстояние b и h между электродами при диаметре
электродов 6 мм рекомендуется выбирать, руководст-
вуясь табл. 14.4.
Для мощности, потребляемой при разогреве бетона,
удельное омическое сопротивление может быть принято
равным 40—60 ом-м, а в последней стадии изотерми-
ческого прогрева —80 ом-м.
Рис. 14.17. Электропрогрев железобетонно-
го ребристого перекрытия с групповым рас-
положением электродов
1 — софит; 2 — нагревательные панели; 3 — груп-
повое расположение электродов
Данные табл. 14.4 для напряжения 220 В предус-
матривают расстановку электродов в неармированном
бетоне.
В процессе твердения удельное сопротивление бетона
соответственно изменяется. В связи с этим изменяется и
мощность, которая при наличии нескольких ступеней мо-
жет регулироваться путем замены одной ступени напря-
жения другой.
Периферийный электропрогрев бетонных и железо-
бетонных конструкций. Способ периферийного электро-
прогрева массивных конструкций был применен зимой
1941/42 г. на строительстве Чебаркульского завода. Воз-
ник он в связи с необходимостью срочно сдать фунда-
менты под монтаж технологического оборудования.
Поэтому, несмотря на массивность фундаментов, при
производстве работ в морозы, достигавшие—45° С,
570
требовался искусственный прогрев бетона, который ав-
тором совместно с Л. А. Комиссаровым (НИЛЭС) и был
предложен в виде периферийного электропрогрева. Позд-
нее периферийный электропрогрев нашел широкое расп-
ространение на стройках Урала и Сибири.
Периферийный электропрогрев заключается в прог-
реве внешних слоев бетона небольшой толщины, грани-
чащих с опалубкой, мерзлой землей или наружным воз-
духом.
Периферийный электропрогрев отличается следую-
щими достоинствами:
1)	обеспечивает достижение в кратчайший срок на-
ружными слоями бетона прочности, достаточной для сда-
чи массива под нагрузку (например, под монтаж обору-
дования) ;
2)	не допускает охлаждения и замораживания бето-
на, соприкасающегося с наружным воздухом и мерзлым
грунтом;
3)	содействует более быстрому нарастанию прочнос-
ти бетона в средней части массива;
4)	способствует устранению дополнительных напря-
жений в бетоне, вызываемых значительными перепадами
температуры бетона внутри и на поверхности массива.
Применение этого метода может быть допущено:
1) при бетонировании небольших массивов с моду-
лем поверхности 2—5 в тех случаях, когда при малоэк-
зотермичных цементах количество тепла, развивающе-
гося в конструкции, недостаточно для необходимого теп-
лового режима твердения, а способы внешнего обогрева
(пропаривание, термоактивная опалубка, обогрев лучи-
стой теплотой) оказываются менее экономичными и удоб-
ными в производстве работ;
2) при бетонировании значительных массивов с мо-
дулем поверхности менее 2 в тех случаях, когда бетон
укладывается в котлован враспор с промерзшими стен-
ками, а также когда применяемые цементы не могут
обеспечить в заданные сроки необходимой прочности
конструкции при бетонировании по способу термоса.
Прогрев может быть осуществлен как при помощи
понизительных трансформаторов (ток с напряжением
50—110 В), так и непосредственно от сети напряжением
220 В.
Бетон должен быть утеплен слоем опилок 3—5 см
или другими теплоизоляционными материалами.
571
Типы и размеры электродов, а также возможные спо-
собы их размещения зависят от напряжения в питаю-
щей сети, рода прогреваемых конструкций и порядка
бетонирования.
Для улучшения контакта между электродами и бе-
тонной смесью при укладке последней следует приме-
нять вибрирование, что особенно необходимо при нашив-
ных электродах.
При укладке бетона в железобетонные конструкции
необходимо соблюдать минимальные расстояния меж-
ду электродами и арматурой, указанные в табл. 14.5.
При укладке бетона на промерзшее основание в
случае, если толщина промерзшего слоя грунта превы-
шает 15% высоты бетонного массива, наряду с перифе-
рийным электропрогревом боковых и верхних слоев мас-
сива рекомендуется осуществлять электропрогрев и
нижних его слоев. При этом электроды из круглой или
полосовой стали укладывают непосредственно на грунт
основания
Электропрогрев наружных слоев массива рекомен-
дуется проводить при температуре не выше 40—50° С;
Таблица 14.5
НАИМЕНЬШИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДАМИ И АРМАТУРОЙ
ПРИ ТРЕХФАЗНОМ ПРОГРЕВЕ, м
Электроды		Напряжение, В
групповые	|	одиночные	
4	0,05	51
4	0,07	65
6	0,1	87
6	0,15	106
скорость подъема температуры должна быть 4—
6сС/ч. Положительная температура поддерживается
в течение срока, обеспечивающего получение в прогре-
ваемых конструкциях не менее 50% проектной прочнос-
ти бетона. В тех случаях, когда при сдаче под монтаж
часть конструкции должна иметь более высокую проч-
ность, необходимо применять дополнительное утепление
массива или более эффективный прогрев.
Остывание конструкции, как правило, должно про-
текать со скоростью 2—3°С/ч. Распалубка или снятие
теплоизоляционного слоя с поверхности бетонных мае-
572
сивов выполняются лишь при разнице температур бето-
на и окружающей среды не более 20° С.
Регулировать скорость снижения температуры бето-
на можно постепенным снятием теплоодежд конструк-
ций, а также повторными включениями тока.
Измерять температуру следует в толще массива на
глубине 5—10 см.
Периферийный электропрогрев бетона, безусловно,
является более экономичным, чем обогрев бетона раз-
личного типа печами сопротивления и термоактивной
опалубкой. Этот способ очень часто можно рассматри-
вать как дополнительное мероприятие при бетонирова-
нии по способу термоса.
В качестве примера применения способа периферийного электро-
прогрева массивной конструкции приведем случай с бетонированием
фундаментов под компрессоры объемом по 90 м3 бетона. Укладка
бетона проводилась в морозы —15...—20° С, и фундаменты необхо-
димо было немедленно сдать под монтаж компрессоров.
Вслед за окончанием земляных работ начали укладывать бетон
на талое основание, но враспор с промороженными стенками котло-
вана. К моменту бетонирования, т. е. к февралю, грунт промерз на
глубину до 2 м. При этих условиях был применен электропрогрев
бетона в наружных слоях фундамента. Поскольку бетон укладывали
враспор с подмороженными стенками котлована, по периметру фун-
дамента почти на всю высоту устанавливали электроды из круглой
арматурной стали, а сверху втапливали в бетон плавающие элек-
троды.
Для уменьшения теплопотерь и испарения влаги открытые по-
верхности бетона сверху засыпали слоем опилок толщиной 3—5 см.
Бетон в наружных слоях фундамента за 10 ч нагрелся до темпера-
туры 60° С. После поддержания температуры на этом уровне в те-
чение нескольких часов ток был выключен. Остывание фундамента
продолжалось более 8 сут, в течение которых бетон приобрел доста-
точную прочность.
Этот случай является характерным примером того,
что во многих конструкциях необходимо только нагреть
бетон до требуемой температуры и предоставить ему
возможность охлаждаться. При периферийном прогреве,
как и в других случаях, желательно располагать эле-
ктроды группами.
Пример такого группового расположения приведен
на рис. 14.18. При такой схеме расположения электродов
периферийный прогрев массивных бетонных конструкций
может производиться с напряжением 220 В.
В случае, указанном на рис. 14.19, при использова-
нии напряжений 51 и 65 В следует устанавливать по 2
электрода рядом, а для напряжений 87 и 106 В — по 3.
573
При использовании же напряжения 220 В в группе
должно быть 5 электродов рядом. Толщина прогревае-
мого слоя при периферийном электропрогреве бетонных
конструкций равна половине расстояния между разно-
именными электродами. Следует иметь в виду, что при
этом расходуется более 90% всей мощности, затрачи-
ваемой на электропрогрев.
Рис. 14.18. Расположение электро-
дов для периферийного электро-
прогрева бетонных конструкций
при пониженном напряжении тока
Рис. 14.19. Расположение элек-
тродов для периферийного про-
грева бетона при напряжении
220 В
Приведенные примеры применения нашивных элект-
родов могут быть использованы не только для перифе-
рийного прогрева конструкций, но и для прогрева пол-
ного сечения конструкций небольшого сечения и при
обетонировании металлических конструкций. Этим спо-
собом прогрева широко пользовались при строительст-
ве высотных зданий в Москве.
На строительстве объектов нефтяной промышленно-
сти в Ангарске нашитые на опалубку струны превраща-
лись в нагревательные элементы. Как это было показа-
но в работе Н. П. Газенко, при струнах сопротивления
нет утечки тока через арматуру в землю, отсутствует
опасность замыканий с хомутами арматуры, а также не
имеет значения отставание струн от бетона. Этот спо-
соб уместно применять для обогрева рабочих швов при
замоноличивании сборных конструкций, при греющей
металлической опалубке, а также для прогрева раство-
ра подливки оборудования.
574
Комбинированное применение метода термоса с пе-
риферийным электропрогревом бетона. Технические ус-
ловия на зимние работы, как правило, рекомендуют
применять способ термоса. Способ термоса в практике
зимних работ нашел широкое распространение при бе-
тонировании массивных конструкций, особенно когда
применяются быстротвердеющие (высокотермичные)
цементы, вводятся ускорители твердения, применяется
вибрирование бетонной смеси при ее укладке, а также
когда имеются хорошие теплоизоляционные материалы
и достигаются повышенные температуры укладываемой
бетонной смеси.
При бетонировании каркасных железобетонных и иных
конструкций технические условия рекомендуют приме-
нять способы искусственного обогревания бетона: элект-
ропрогрев (или электрообогрев), пропаривание, выдер-
живание в тепляках и т. п. Однако на практике трудно
установить бесспорную границу для применения того
или иного способа, исходя только из массивности кон-
струкций. На выбор способа зимнего бетонирования
оказывают влияние наружная температура, применяе-
мые цементы, температура бетонной смеси при укладке
ее в конструкции, необходимые сроки распалубки и дру-
гие факторы. В связи с этим при бетонировании мас-
сивных конструкций иногда приходится прибегать к до-
полнительному обогреву бетона пуском пара под укры-
тие или путем применения термоактивной опалубки.
При укладке бетона враспор с замороженным грун-
том, а также при бетонировании конструкций, имеющих
выступы или тонкостенные перегородки (хотя они явля-
ются частью монолитной конструкции), экзотермичес-
кое тепло не может обеспечить в них положительной
температуры. В этих случаях, следует прибегать к ком-
бинированию способа термоса с прогревом бетона на
отдельных участках конструкции. Использование экзо-
термического тепла в массивной части конструкции
уменьшает объем работ по дополнительному обогреву
бетона и снижает расход электроэнергии. Расход элект-
роэнергии и особенно мощность при периферийном
прогреве в значительной степени зависят от армирования
конструкции: чем больше процент армирования, тем
больше пиковая мощность при включении, и наоборот.
Более благоприятное положение создается при неарми-
рованном бетоне. При больших значениях модуля по-
575
верхности (более 5) конструкций периферийный про-
грев теряет свой смысл, ибо прогревом в этом случае
охватывается весь объем бетона.
После выключения тока наружные слои бетона рань-
ше охлаждаются и подвергаются усадке больше, чем
ядро массива. Это обстоятельство не следует упускать
из виду, оно обязывает строителей применять специаль-
ные мероприятия по медленному нагреву и охлаждению
бетона в массивах.
Значение этих явлений вытекает из расчета темпера-
турных напряжений, возникающих в бетоне. При разни-
це между температурой бетона поверхностного слоя и
температурой бетона в толще конструкций в 1°С растя-
гивающие напряжения в наружном слое равны 0,1 МПа.
Получаемое при температурном перепаде 20° С растяги-
вающее напряжение 2 МПа можно считать для бетона
марки 200 критическим. При большем перепаде бетон
данной марки в поверхностных слоях следует армиро-
вать.
Чтобы избежать быстрого охлаждения поверхности
бетона, надо следить за его температурой, особенно при
сильных ветрах. Во избежание быстрой усадки бетона,
которая может удвоить напряжения, нельзя допускать
интенсивного охлаждения еще достаточно влажного бе-
тона.
При бетонировании фундаментов и иных массивных
конструкций на грунте следует назначать такой порядок
выемки земли, при котором обеспечивается укладка бе-
тона на талое, не промерзшее основание. Если окажет-
ся необходимым, то заранее открытое на морозе основа-
ние следует утеплять до начала укладки бетона или
отогревать с применением таких способов, которые не
приводят к увлажнению грунта. Наиболее просто этот
вопрос решается в тех случаях, когда основание котло-
ванов отрывается ниже глубины промерзания грунта.
В этих случаях котлованы следует закрывать сверху и
утеплять, обеспечивая таким образом положительные
температуры в стенках и на дне котлована за счет тепло-
вых свойств нижележащих слоев грунта. При наличии
материковых непучинистых грунтов, тем более, когда
глубина заложения конструкции находится ниже глуби-
ны промерзания грунта, укладка бетонных массивов,
например с модулем поверхности менее 2, может про-
водиться и на подмороженный грунт.
576
По опыту Запорожстроя и данным наблюдений ав-
тора сделаны предложения, дающие возможность в ряде
случаев экономить средства и сокращать потребность
в рабочих. Если глубина промерзшего слоя грунта
превышает 15% толщины слоя возводимого на нем мас-
сива, сухой грунт, не вызывающий осадки, может быть
отогрет вместе с прогревом бетона. В этом случае элект-
роды из круглой или полосовой стали укладывают по
дну котлована, т. е. в подошву фундамента. Прогрев
бетона и отогревание земли происходит точно так же,
как и в остальных наружных слоях бетонных массивов.
Это может быть сделано вначале с устройством бетон-
ной подготовки, вслед за которой укладывают бетон
основной части конструкции.
Практика показывает, что при низких отрицатель-
ных температурах и при большой продуваемости тепло-
защиты метод термоса не всегда может обеспечить тре-
буемые положительные температуры в бетоне даже
массивных конструкций. Труднее достигнуть в течение
длительного периода времени положительных темпера-
тур в надземных конструкциях и частях конструкций,
выступающих из земли. Отсутствие на стройках таких
утеплителей как минеральный войлок, солома и шеве-
лин, заставляет строителей часто переходить на допол-
нительный обогрев конструкций. Практика работ на
строительстве уральских заводов показала, что без до-
бавочного обогрева открытых, даже массивных конст-
рукций, в большие морозы сохранить в бетоне положи-
тельные температуры очень трудно. При этом процесс
нарастания прочности бетона протекает очень долго.
В качестве примера можно привести укладку бетона в морозы
—30 —40° С в фундамент под пресс. Фундамент имел объем 300 м3,
нижняя часть его представляла собой массивную сплошную подушку,
а сверху выступали тонкостенные конструкции с различными канала-
ми (рис. 14.20).
Такой фундамент по срочности работ не мог быть забетониро-
ван в большие морозы только способом термоса без дополнитель-
ного обогрева. Поэтому все выступающие части и открытые поверх-
ности фундамента были прогреты электротоком при помощи струн-
ных и плавающих электродов. Нижняя, массивная, часть фундамента
получила необходимую положительную температуру за счет теп-
ловыделения цемента без применения искусственного обогрева. При-
нятый комбинированный способ дал возможность через 36 ч после
окончания укладки бетона сдать фундамент под монтаж. Благодаря
соблюдению условий постепенного нагревания и охлаждения бетона
в конструкциях фундамента, несмотря на большие морозы, никаких
температурных трещин не было обнаружено.
37—23
577
Электропрогрев раствора подливки под оборудование
и металлические конструкции. От подливаемого под
оборудование и металлические конструкции раствора
или бетона требуется быстрое затвердевание независимо
от времени года. В зимний период эти работы являются
Рис. 14.20. Комби-
нированное при-
менение перифе-
рийного электро-
прогрева с мето-
дом термоса при
бетонировании
фундамента под
пресс
1 — стержневые элек-
троды; 2 — уровень
пола; 3— плавающие
электроды
крайне неудобными, поскольку для создания благопри-
ятного температурного режима для небольшого слоя
подливки приходится затрачивать большое количество
тепла. Подливку обычно укладывают на замороженный
железобетонный фундамент, и она соприкасается со
станками и металлическими конструкциями с большим
отрицательным тепловым потенциалом. Такие работы
зимой очень редко выполнялись. Там, где это было край-
не необходимо, прибегали к пропариванию или устройст-
ву местных тепляков.
Электропрогрев подливки впервые начали применять
зимой 1941/42 г. при массовой подливке раствора на
стройках Урала. В этом случае прежде всего нагревался
раствор, а затем уже непосредственно прилегающие к не-
му части фундамента и металла монтируемого оборудо-
вания. В подливке раствора или бетона под оборудование
и конструкции закладывались электроды диаметром 6—
10 мм; их длина зависела от размеров подливки и обо-
рудования. Электроды устанавливались на расстоянии
5—10 см друг от друга. Вследствие малых расстояний
между электродами и станиной подливаемого оборудо-
вания происходило бурное образование тепла, которое
усиленно поглощалось холодным металлом и бетоном.
Расстояние между электродами и металлом станины или
колонн доходило до 2—3 см, так что основные токи цир-
кулировали через тело металла. Вместе с подливкой на-
578
Рис. 14.21. Элек-
тропрогрев рас-
твора при уста-
новке колонны
(схема подключе-
ния электродов)
/, 2, 3—электроды;
4 — металлическая
колонна; 5—раствор;
6— опалубка; 7 — же-
лезобетонный фунда-
мент
гревался установленный агрегат. Бетон фундамента под
агрегатом или металлическими конструкциями отогре-
вался на глубину до 30—40 см.
При больших морозах, чтобы избежать примерзания
во время подливки раствора к металлу, а также чтобы
получить лучшее сцепление подливки
с фундаментом и оборудованием, ока-
залось необходимым последние пред-
варительно обогревать паром.
На рис. 14.21 показано расположе-
ние электродов и подключение их при
прогреве в подколонниках на строи-
тельстве одного из заводов на Урале.
Электроды включались на три фазы,
при прогреве подливки станков — на
две фазы, а третья присоединялась к
станку. В колодцы анкерных болтов
подколонников вставлялось по два
электрода, третьим электродом слу-
жил сам анкерный болт, соединенный
со станиной.
Раствор для подливки, как правило,
применялся марки 140, толщина слоя
составляла от 4 до 15 см. Электропро-
грев подливки продолжался от 18 до
24 ч. Температура раствора обычно до-
стигала 60—90° С, а при толстом слое
подливки и увеличенном расстоянии
между электродами только 25° С.
Подъем температуры продолжался 2—
4 ч.
Самые высокие температуры отме-
чались в местах частого расположения
электродов и тонкого слоя подливки.
При слое подливки 4—6 см раствор за-
мерзал до включения тока. При близком расположении
электродов температура раствора после включения тока
независимо от замерзания поднималась довольно быстро.
Подливка подогревалась только через трансформаторы, пони-
жавшие напряжение до 70—80 В. Кроме специальных трансформато-
ров для электропрогрева использовались сварочные трансформато-
ры, соединенные в трехфазную систему.
При выполнении работ в отапливаемых помещениях при темпе-
ратурах, близких к 0°, как правило, можно обходиться без искусст-
венного обогрева подливки.
37*
579
В этих случаях следует применять быстротвердеющие цементы
и добавки катализаторов. При наличии подливки значительной тол-
щины и интенсивного тепловыделения такие цементы, как глинозе-
мистый, сами обеспечивают необходимый режим на первое время
твердения.
Подливка из раствора 1 3 на портландцементе марки 500 с вве-
дением 3% СаСЬ применялась, например, на алюминиевом заводе в
тепляке турбогенератора и в помещении воздуходувки. Применение
высокосортного цемента и хлористого кальция было вызвано необ-
ходимостью быстрого монтажа и пуска агрегатов. Для снижения
расхода цемента в раствор добавляли гравий крупностью до 10 мм.
Глиноземистый цемент применялся при подливке мотор-генераторов
в отапливаемом помещении, где держались положительные темпера-
туры. Подливка из раствора на глиноземистом цементе с добавлени-
ем гравия накладывалась на железобетонный фундамент,* забетони-
рованный на портландцементе. Сцепление подливки со старым бето-
ном было хорошим. Как правило, растворная или бетонная смесь
подливки должна быть весьма подвижной, способной легко затекать
под оборудование или конструкции. Для уплотнения подливки там,
где это можно, следует осуществлять трамбование и подбивку нагре-
той щебенки или более густого бетона. При небольшой площади
подливки, где легко обеспечить укладку ее с уплотнением, следует
применять смесь пластичной и даже густой консистенции. Тщательное
уплотнение и подбивка подливки вглубь под оборудование или кон-
струкции дает возможность избежать образования воздушной про-
слойки.
В некоторых случаях подливку бетона приходится выполнять с
созданием гидростатического давления. Так, например, подливку
днищ кауперов на строительстве Чусовского завода вели раствором
литой консистенции через трубки диаметром 75 мм при высоте их
1,5—2 м. Для удобства конец трубки снабжался воронкой, через ко-
торую подавался раствор. При заполнении пространства между фун-
даментом и днищем каупера создавалось такое давление, что раствор
выталкивался вверх через соседние отверстия. В этом случае отделя-
лась прежде всего вода, а раствор соприкасался с металлом днища
кауперов. По опыту строительства в Ангарске подливку можно про-
гревать и с помощью струй сопротивления.
Прогрев бетона током повышенного напряжения че-
рез электроды. Применение электродного способа про-
грева бетона часто ограничивалось из-за отсутствия
на постройках необходимого количества понизительных
трансформаторов. Большой объем бетонных работ и
срочность сдачи конструкций под нагрузку, начиная
с зимы 1941/42 г., заставили строителей перейти на ряде
строек Урала и Сибири на прогрев бетона при повышен-
ных напряжениях. Прогрев конструкций в этих случаях
осуществлялся непосредственным включением бетона в
электрическую сеть с напряжением 220 В.
При прогреве бетона от сети путем вывода нулевого
провода можно снизить напряжение с 380 до 220 В. Не-
посредственный прогрев от сети может применяться толь-
580
ко при укладке бетона в неармированные и малоарми-
рованные конструкции (фундаменты под оборудование
и здания, бетонные полы и т. д.).
При прогреве конструкций током повышенного на-
пряжения рекомендуется применять струнные нашивные
или стержневые электроды. Во избежание смещения
электродов при укладке бетона необходимо при установ-
ке их тщательно закрепить до бетонирования. Длина ра-
бочей части струн при этом не должна превышать
3—3,5 м.
Для достижения более равномерного распределения
тока в массе бетона при прогреве армированных конст-
рукций электроды должны быть расставлены так, чтобы
расстояния между ними были вдвое больше расстояния
между электродами и арматурой.
Чтобы обеспечить поддержание необходимой темпе-
ратуры на второй стадии прогрева (при схватившемся
и твердеющем бетоне), рекомендуется устанавливать за-
пасные электроды на расстояниях, вдвое меньших про-
тив указанных выше. По мере твердения бетона и умень-
шения его электропроводности эти запасные электроды
включаются под рабочее напряжение. Для крепления
струн перпендикулярно электродам через 1,2—1,5 м под-
кладываются деревянные бруски. Открытую поверхность
бетона покрывают толем, а затем слоем опилок или
шлака.
Электропрогрев полов, фундаментов и периферийный
прогрев массивных конструкций может быть осуществ-
лен также посредством электродных щитов.
Для уменьшения большой нагрузки в начальной ста-
дии прогрева и устранения перегрева бетона у электро-
дов необходимо иметь повышенное удельное омическое
сопротивление бетона к мом.енту включения тока. Для
этого следует укладывать бетонную смесь с осадкой ко-
нуса 2—4 см.
При возведении бетонных и бутобетонных фундаментов на стро-
ительстве одного из заводов на Северном Урале зимой в 1942/43 г.
применялся электропрогрев током при напряжении 380 В. Фунда-
менты под стены здания представляли собой сплошную ленту длиной
66 м с температурно-осадочным швом через 33 м. По высоте фунда-
мент представлял собой ступенчатую конструкцию. Общая высота
составляла 3,45—3,7 м. Толщина верхней части фундамента 0,6 м,
а понизу (у подошвы) — 1,8 м. К ленточным фундаментам примыка-
ли фундаменты пилонов с шагом 6 м, которые в верхней части име-
ли сечение 2,05Xh3 м. Пилоны выступали внутрь здания, они рас-
581
считаны па восприятие крановой нагрузки и служат опорами для
деревянных ферм покрытия. Ширина подушки пилонов составляла
3,25 м. В целом фундамент под стены вместе с пилонами является
монолитным.
В период производства бутобетонных работ в ноябре наружная
температура колебалась от 0 до —10° С. В это время грунт промерз
еще на небольшую глубину, поэтому бутобетон (частично бетон без
добавления бута) укладывали в отрываемые траншеи, не успевшие
промерзнуть. Самую нижнюю часть (подушку) фундаментов во всех
случаях укладывали враспор с грунтом. По мере укладки бетона
с введением бута на месте
Рис. 14.22. Электропрогрев бутобе-
тонного фундамента от сети напря-
жением 380 В
1, 2, 3 — электроды
устанавливали электроды.
После окончания про-
грева подушки фундамента
укладывался бутобетон во
втором уступе. При этом в
зависимости от рельефа
местности укладка прово-
дилась в опалубку или врас-
пор со стенками траншеи.
Прогрев бутобетона осу-
ществлялся при помощи
вертикально устанавлива-
емых электродов по перифе-
рии фундамента.
Верхняя часть фунда-
мента почти во всех случа-
ях выполнялась с примене-
нием опалубки. Электроды,
так же как и во втором ус-
тупе, устанавливали верти-
кально по периферии фун-
дамента (рис. 14.22). Элек-
троды диаметром 6—8 мм
прикрепляли к опалубке, а
диаметром 10—12 мм — за-
бивали в бетон вдоль опа-
лубки. Расстояние между электродами составляло 0,7 м. Электроды
в нижнем слое бетона фундамента устанавливали по окончании ук-
ладки бетона, а при бетонировании верхних слоев — в процессе
укладки вдоль стенок траншей. При укладке бутобетона без опа-
лубки достигалась экономия лесоматериалов, но бутобетона рас-
ходовалось больше.
Бут применялся из прочной породы доломитизированного из-
вестняка. Он обогревался только при понижении температуры на-
ружного воздуха до —10° С острым паром прямо в штабелях под
укрытием. Температура бетонной смеси при укладке была 10—15° С
и часто снижалась до 4—8° С. После укладки бута температура бу-
тобетона понижалась, а к моменту включения тока она обычно на-
ходилась в пределах 2—5° С. Ток включался после того, как участок,
подготовленный к прогреву, освобождался от рабочих. Этот отрезок
времени во всяком случае не превышал 8 ч. Температура бутобето-
на поднималась до 30—55° С и поддерживалась на этом уровне 40—
80 ч. Изотермический прогрев продолжался до момента накопления
582
1800—2400 градусо-часов. Температура бутобетона поддерживалась
посредством периодического включения и выключения тока. Сравни-
тельно низкие температуры прогрева применялись потому, что за не-
достатком отпускаемой энергии приходилось очень часто отключать
ток. Для замера температуры устраивались скважины глубиной
0,15—0,25 м сверху фундаментов на расстоянии 2—2,5 м друг от
друга.
Как видно из приведенных данных, применить способ термоса
не представлялось возможным вследствие низких температур бетона
и бута, тем более что здание должно было быть сдано в эксплуата-
цию зимой. Температура наружного воздуха все время понижалась,
что приводило при отсутствии искусственного обогревания к сокра-
щению сроков охлаждения бутобетона. При укладке бутобетона не
сразу на всю высоту фундамента не представлялось возможным от-
казаться от прогрева и нижней подушки. Прогрев производился с
таким расчетом, чтобы к моменту отключения тока бутобетон при-
обрел прочность 50% от 7?28-
По проекту требовалась марка бутобетона фундамента 90, а бе-
тон подавался марки ПО. Применялся портландцемент марки 400.
В бетоне содержался известняковый щебень и очень мелкий песок
с модулем крупности 1. Бетонная смесь укладывалась подвижная с
осадкой конуса 5—6 см. Вибрирование бутобетона выполнялось не
во всех случаях.
Распалубленные после прогрева и полного остывания фундамен-
ты имели удовлетворительный внешний вид и требуемую прочность.
Однако вокруг электродов бетон был перегрет, он выделялся своим
светлым цветом, электроды свободно отделялись от тела фундамен-
та. Там, где электроды были несколько заглублены в тело бетона, но
поверхности последнего вдоль электродов с двух сторон наблюда-
лись трещины. Эти трещины носили чисго местный характер и не
отражались на качестве бутобетона в целом.
Опыт показал, что прогрев бетона при таком высоком напряже-
нии без периодического отключения, тем более при поддержании
высоких температур, допускать нельзя. Местный перегрев при про-
греве от сети может быть устранен путем последовательного вклю-
чения 3—4 электродов от одной фазы. Тогда напряжение и плот-
ность тока уменьшатся пропорционально количеству соединенных
вместе электродов, а следовательно, не будет иметь места и пере-
грев бетона у электродов. Поэтому прогрев ленточного фундамента
рекомендуется вести, подключая его участками по одной фазе к не-
скольким электродам с каждой стороны, а не чередовать подклю-
чение фаз вдоль всей линии электродов. Нагрузку на все три фазы
можно регулировать по количеству подключенных участков.
Обогрев бетона током повышенного напряжения на-
гревательными приборами. В практике использования
тока повышенного напряжения для обогрева строитель-
ных материалов и конструкций нашли применение раз-
личного вида нагревательные приборы (печи сопротив-
ления). Нагревательные приборы обычно применяются
для обогрева бетона и кладки с поверхности (отража-
тельная печь конструкции Семенского, печи типа
«бандуры» Богатырева и др.). На некоторых стройках
находили применение также нагревательные приборы,
583
Закладываемые в тело конструкции: катушки А. А. Гар
маша и В. Г Пухальского, цилиндры И. И. Богатырева
и др. Вследствие повышенных теплопотерь и трудностей,
связанных с достижением равномерного прогрева конст-
рукций, печи сопротивления не нашли широкого распро-
странения в строительстве. Однако они успешно приме-
нялись и могут быть рекомендованы для прогрева желе-
зобетонных плит междуэтажных перекрытий, полов,
а также в тех случаях, когда электродный прогрев менее
Рис. 14.23. Общий вид конст-
рукции отражательной печи
/ — обшивка из досок 80X25 мм;
2— фанера; 5 —брусок (40X25 мм);
4 — провод 1,5 мм; 5 — отверстие
для планки со спиралями; 6 — ас-
бест
удобен или невозможен из-за отсутствия трансформа-
торов.
Использование нагревательных приборов дает воз-
можность прогревать бетон и другие материалы от сети с
напряжением 380—220 В без применения дефицитных
трансформаторов.
В практике зимнего бетонирования имели место слу-
чаи, когда, учитывая характер железобетонных конст-
рукций, приходилось отказываться от пропаривания и
электродного прогрева и переходить на наружный элек-
трообогрев. Так, на строительстве одного из высотных
зданий, где применялась жесткая и густая обычная ар-
матура, пропаривание могло вызвать коррозию армату-
ры из-за соприкосновения арматуры с устремляющимся
684
вверх острым паром, что недопустимо для такого долго-
вечного сооружения. В то же время электродный прогрев
был отклонен по мотивам сложности установки электро-
дов из-за очень густой арматуры. Поэтому обогрев желе-
зобетонных перекрытий был произведен при помощи от-
ражательных печей К. П. Семенского. Отражательные
печи применялись НИЛЭС при укладке бетонных полов
и перекрытий на строительстве высотного здания универ-
ситета и на Магнитострое.
Конструкция отражательной печи и схема ее включе-
ния приведены на рис. 14.23. Печь представляет собой
деревянный утепленный короб с параболическим днищем,
образующим отражательную поверхность. Источником
тепла в печах служат нагревательные спирали или труб-
чатые нагревательные элементы, устанавливаемые вдоль
фокусной оси параболического днища. Нагревательные
приборы могут сыграть ценную роль в качестве допол-
нения к способу термоса и при сборных конструкциях.
Комбинированное применение способа термоса с поддер-
жанием положительной температуры окружающей сре-
ды за счет включения нагревательных приборов непо-
средственно от сети оправдало себя в практике зимнего
бетонирования на строительстве одного из заводов. При-
менение нагревательных приборов исключает опасность
коротких замыканий, которые возможны при употреб-
лении нагревательных панелей и пластинчатых элек-
тродов.
Прогрев конструкций в электроопалубке. Кроме не-
посредственного прогрева бетона, кладки, грунта при по-
мощи электродов и обогрева различного типа печами
сопротивления в практике зимних работ нашел примене-
ние способ так называемой термоактивной опалубки.
Под термоактивной опалубкой подразумевается тепло-
вая рубашка, создаваемая вокруг всей конструкции или
на открытой поверхности. Тепловая рубашка обычно
устраивается из влажных уплотненных опилок, в которые
предварительно закладываются электроды (рис. 14.24).
Для повышения электропроводности опилки смачива-
ют раствором какой-либо соли. Опилки должны быть
свободными от металлических включений. Ток подводит-
ся к слою опилок стержневыми или струнными электро-
дами. Опилки нагреваются до 80—90° С.
Термоактивная опалубка применяется при прогреве
монолитных железобетонных плит, полов, стыков сбор-
585
ных конструкций для отогревания замороженных участ-
ков бетона, для обогрева наружных слоев небольших
массивов и т. п.
Стержневые электроды устанавливаются после за-
сыпки и уплотнения опилок на расстоянии от опалубки,
равном 7з толщины слоя опилок, через 0,5—0,6 м друг от
друга при напряжении тока 380 В и через 0,3—0,4 м при
напряжении тока 120—127 В. После установки электро-
Рис. 14.24. Прогрев сты-
ка сборных железобе-
тонных конструкций в
термоактивной опалубке
1 — опилки; 2 — стержневые
электроды диаметром 12 мм
дов опилки смачивают. Струнные электроды устанавли-
вают до засыпки опилок.
Термоактивная опалубка может применяться как
средство дополнительного обогрева конструкций, бето-
нируемых по способу термоса. При прогреве железобе-
тонных плит и открытых поверхностей бетона слой опи-
лок следует укладывать на рубероид или толь,
расположенный непосредственно на бетоне. Вследствие
повышенных теплопотерь расход электроэнергии при
термоактивной опалубке больше, чем при прогреве элек-
тродами.
Так же как и при обогреве печами сопротивления, при
термоактивной опалубке необходимо строго соблюдать
все противопожарные мероприятия.
Для отогревания замороженного бетона целесооб-
разно использовать индукционные токи.
Электропропаривание бетонных и железобетонных
конструкций. Бестрансформаторный электропрогрев бе-
тона при помощи нагревательных спиралей может быть
применен в ряде случаев для создания паровой бани. Это
586
легко может быть осуществлено при наличии конструк-
ций замкнутого контура, изолированных от окружающей
среды. Путем излучения тепла нагревательными спира-
лями и испарения при этом воды внутри замкнутого объ-
ема можно создать благоприятные условия для тверде-
ния бетона.
При этом способе после окончания укладки бетона конструкции
закрывают сверху, а внутри образующихся тепляков включают на-
гревательные спирали, подвешиваемые на роликах (рис. 14.25). Под-
Рис. 14.25. Элек-
тропропаривание
фундамента под
пресс
1 — засыпка землей
по доскам; 2—план-
ка для крепления
спиралей; 3— спира-
ли; 4— противни
(500X400X300 мм);
5 — фундамент
ключать спирали можно непосредственно в сеть напряжением 120—
220 В (рис. 14.26). Для создания влажностной среды внутри тепля-
ков под спиралями необходимо устанавливать противни с водой.
Излучаемое спиралями, изготовленными из 3-миллиметровой сталь-
Рис. 14.26. Схе-
ма включения спи-
ралей при элек-
тропропаривании
1 — вольтметр	до
400 В от сети 220 В;
2 — амперметр	до
200 А; 3 — перекидной
рубильник (3X200 А);
4 — спирали
ной проволоки, тепло вызывает испарение воды из металлических
противней, находящихся на 20—30 см ниже спиралей. Проволока
спиралей нагревается докрасна. Регулируется температура пере-
ключением спиралей на звезду или треугольник.
При закрытии сверху прогреваемых конструкций температура
бетона достигала 60—80° С. Длительность электропропаривания уста-
навливалась в зависимости от применяемых цементов и температур,
587
достигаемых внутри бетона. В практике применения электропропарй-
вания подъем до указанной выше температуры происходил в тече-
ние 10—15 ч. После достижения требуемой температуры спирали
можно включать лишь на небольшие промежутки времени. Посте-
пенное охлаждение бетона до 0° С длилось несколько дней. Так,
например, в фундаменте под пресс объемом 59 м3 в феврале 1942 г.
(на постройке одного из уральских заводов) удалось сохранять по-
ложительные температуры в течение 10—14 сут. Бетон получил вы-
сокую прочность; испытанные контрольные образцы (находившиеся
внутри тепляка) после открытия имели прочность 17 МПа, т. е. вы*
ше проектной марки. Электропропаривание может находить широкое
применение при бетонировании фундаментов под оборудование
(пресс-молотов, имеющих замкнутый контур), а также в отдельных
случаях при тепловой обработке сборных конструкций в специаль-
ных камерах.
Способ электропропаривания удобно применять также при изго-
товлении бетонных и железобетонных труб. При этом внутри труб
устанавливаются электропечи, а торцы для сохранения тепла закры-
вают. После включения электропечей температура внутри труб до-
вольно быстро повышается до 90—100° С. Благодаря парообразова-
нию за счет выделения воды из тела бетона в образуемом замкнутом
пространстве создаются выгодные условия для электропропаривания
бетона труб.
Как известно, транспортирование и установка труб в
камерах пропаривания обычно связаны с большими
трудностями. Пользуясь данным способом ускорения
твердения бетона, весь процесс производства труб мож-
но организовать так, что он будет проще и экономичнее,
чем с применением камер пропаривания.
Когда изготовляются мелкие железобетонные изде-
лия (ступени, плиты, мелкие блоки), при отсутствии на
площадке пара можно также рекомендовать строителям
применение электропропаривания в специальных ка-
мерах.
Проектирование производства работ при использова-
нии электропрогрева. Электропрогрев бетонных и желе-
зобетонных конструкций должен быть организован и вы-
полнен в увязке с общим ходом производства строи-
тельных работ.
При выборе способов зимнего бетонирования следует
прежде всего, исходя из объема предстоящих работ, вы-
явить наличие на строительной площадке электроэнер-
гии, оборудования, проводов, а также подготовленных
кадров.
После установления возможности и целесообразно-
сти применения электропрогрева, а не каких-либо дру-
гих способов зимнего бетонирования, выясняют размер
суточного потока бетона. Чтобы избежать перегрузки
588
в электросети и оборудовании, необходимо обеспечить
бесперебойную и равнопоточную подачу бетонной смеси
под прогрев. Для этого на весь период электропрогрева
конструкций составляется график укладки бетона по
строительной площадке, устанавливается необходимая
сменность и порядок обслуживания электропрогрева.
Лица, связанные с электропрогревом, должны ознако-
миться с общестроительным проектом, а также с проек-
том организации производства работ и разобраться
в конструкциях, подлежащих прогреву. В соответствии
с формой, размерами и характером армирования отдель-
ных элементов устанавливаются способы подведения то-
ка, размеры и количество электродов. Удобнее всего
произвести классификацию элементов по их размерам
и форме.
При разработке проекта производства железобетон-
ных работ необходимо своевременно составить сводную
ведомость расположения и требуемого количества элек-
тродов по конструкциям (табл. 14.6). В этом случае ра-
бочие чертежи на опалубку и арматуру будут разраба-
тываться с учетом требований электропрогрева. На ос-
новании сводной ведомости установки электродов в
конструкциях строительной мастерской выдается заказ
на заготовку электродов, нагревательных панелей, софи-
тов и др. По этим данным лицо, ведущее работы по элек-
тропрогреву, устанавливает электроды в конструкциях.
После выявления всего объема и характера работ наме-
чается потребность в обслуживающих кадрах, расста-
новке оборудования и т. п. в соответствии с проектом
организации работ.
Для достижения необходимого качества железобетонных работ
при электропрогреве необходимо выполнять определенные требова-
ния. Бетонную смесь, например, надо применять малоподвижную—
с осадкой конуса от 2 до 5 см. Применение сильно подвижных бетон-
ных смесей не рекомендуется.
При наличии механизмов, обеспечивающих надежное уплотнение
смесей, следует применять более жесткие бетоны. Температура смеси
при укладке в конструкции средней массивности должна быть не ни-
же 10° С, а в конструкции с модулем поверхности более 12 — не ни-
же 15° С. К моменту начала прогрева температура бетона не долж-
на быть ниже 3° С.
Во избежание местного перегрева бетона и короткого замыка-
ния надо непрерывно следить за тем, чтобы во время бетонирования
электроды не смещались с первоначального положения и не прика-
сались к арматуре. Шуровать и вибрировать смесь следует так, что-
бы шуровки или рабочая часть вибратора не попадали на электроды.
Балки, как правило, следует бетонировать целиком; в местах со-
589
ш Таблица 14.6
с©
° ВЕДОМОСТЬ ЗАГОТОВКИ И УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОДОВ
В КОНСТРУКЦИЯХ
№ п.п.	Наименование конструкции	Схема расположения электродов	Характеристика электродов	Количество электро- дов и конструкций
1	Колонна 1000X900	° °	(М2 \3500, Р Струна	8X4
				
2
Колонна
900X700
3
Колонна
700X700
6X2
4X6
4	Балка 1400Х1Ю0	QJ5	*	'	d*12 |	\b3500	5X3
прикосновения бетона с мерзлой каменной кладкой необходимо укла-
дывать дополнительные электроды, обеспечивающие лучший обогрев
участка, примыкающего к кладке, и тщательно следить за прогре-
вом опорных участков балок и плит. Бетонирование балок ребристых
перекрытий следует выполнять одновременно с плитой.
При бетонировании плит надо избегать скопления воды или це-
ментного молока на поверхности, следить за соблюдением требуемой
толщины верхнего защитного слоя бетона и созданием ровной по-
верхности плиты, обеспечивающей плотный контакт бетона с элект-
родами панелей. При бетонировании тонких плит нельзя применять
бетон с крупным гравием.
Бетонирование плиты надо заканчивать таким образом, чтобы
всю поверхность можно было полностью покрыть нагревательными
панелями или электрическими печами. Нельзя оставлять незабетони-
рованными примыкающие к плите бортовые балочки и карнизы, ина-
че в дальнейшем придется развозить бетон по перекрытию, находя-
щемуся под током. Бетонирование следует обрывать с таким рас-
четом, чтобы расстояние от рабочего шва до ряда электродов, на-
ходящихся на бетоне, не превышало 10 см.
При бетонировании высоких колонн и рамных конструкций с пе-
рерывами, в несколько приемов, по окончании каждой смены для
безопасности необходимо делать на внешней стороне опалубки мет-
ку на уровне верхнего слоя бетона, чтобы знать, какие из электро-
дов следует включать в цепь, а какие выключать. Крайние электро-
ды прогретых участков конструкций, примыкающих к стыкам све-
жего бетона, следует включать повторно.
При больших колебаниях силы тока после включения нагрузки
и при медленном повышении температуры в бетоне необходимо про-
верить состояние контактов и изменить напряжение тока. Электроды,
возле которых наблюдается кипение, особенно в период схватыва-
ния бетона, следует временно отключить. Если кипение происходит
возле всех электродов, то напряжение тока должно быть снижено.
Во время прогрева необходимо обеспечить равномерный темпе-
ратурный режим бетона во всей конструкции; в случае необходи-
мости следует применять соответствующее утепление бетона.
При производстве работ необходимо соблюдать существующие
правила техники безопасности и противопожарной техники, приве-
денные в руководстве по электропрогреву бетона.
В целях снижения пика мощности при трансформаторном про-
греве в начальный период следует применять напряжение 50—60 В
и затем увеличивать его по мере твердения бетона.
Метод электропрогрева показал себя на практике как
самый удобный и экономичный. На стройках ряда ми-
нистерств с помощью этого метода зимой прогревают до
75% бетонных и железобетонных конструкций. На объ-
ектах Магнитостроя и Тагилстроя ежегодно прогревают
до 60 000 м3 конструкций.
В зарубежной практике метод электропрогрева бето-
на стал широко применяться в послевоенный период.
Например, в Северной Японии за 4 года на 80 объектах
было прогрето 5352 м3 бетона и железобетона при со-
оружении пирсов, отделке туннелей и наклонных шахт,
592
устоев мостов и бычков высотой до 24 м, кессонов глу-
биной до 14 м, бункеров для угля высотой 20 м и др.
Электропрогрев (как способ непосредственного прогре-
ва бетона) оказался экономичнее пропаривания и воз-
душного обогрева, поскольку опалубка обладает малой
теплопроводностью. Прогрев осуществляется точно теми
же способами, что и у нас в СССР. Для лучшей
электропроводности в бетонную смесь добавляли мор-
скую воду. Во избежание неравномерности прогрева бе-
тона в конструкциях прибегали к периодическому вклю-
чению тока через 30—40 мин. Электроды различного ти-
па (стержни, струны, полосы) устанавливали через 15—
25 см.
Стоимость электропрогрева бетона составляла 7—
10% его стоимости, а электропрогрева железобетона —
10—15% его стоимости, включая 20% затрат на обору-
дование. По сравнению с пропариванием и тепляками
электропрогрев дешевле на 30—40%.
ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Индукционный метод термообработки бетона основан
на использовании магнитной составляющей переменного
электромагнитного поля для нагрева стали вследствие
теплового действия электрического тока, наводимого
электромагнитной индукцией. При индукционном нагре-
ве энергия переменного магнитного поля преобразуется
в арматуре или стальной опалубке (форме) в тепловую
и передается благодаря теплопроводности бетона.
Индукционный нагрев может применяться при термо-
обработке железобетонных каркасных конструкций
(колонны, ригели, балки, прогоны, отдельные опоры); за-
моноличивании стыков каркасных конструкций; сталебе-
тонных конструкций; монолитных железобетонных соору-
жений, возводящихся в скользящих, подъемно-перестав-
ных и катучих опалубках (стволы труб, силосов, ядра
жесткости, коллекторы, и т. д.); при изготовлении объ-
емных и плоских изделий замкнутой формы (трубы,
опоры, колодцы, коллекторные кольца, элементы элева-
торов и т. д.).
Интенсивность источников тепла при индукционном
нагреве не зависит от физических и электрофизических
свойств бетона, как это имеет место при электродном
электропрогреве, а определяется электрическими и маг-
38—23
593
нитными свойствами источника тепла (арматуры, метал-
лической опалубки, формы или стенок камеры) и напря-
женностью магнитного поля.
Индукционный метод нагрева был впервые применен
Л. А. Комиссаровым в 1940 г. в тресте Тагилстрой при
изготовлении железобетонных труб в полигонных усло-
виях.
На строительстве высотных зданий в Москве этот ме-
тод им применялся для подогрева материалов в бунке-
рах. С помощью индукционных печей инертные материа-
лы нагревались при строительстве доменной печи заво-
да «Азовсталь».
В ИТМО АН БССР разработан метод термообработ-
ки в индукционных камерах таких изделий, как опоры
ЛЭП, плоские плиты и другие тонкостенные равномерно
армированные изделия.
В зависимости от вида и конструктивных особенно-
стей железобетонных конструкций и изделий термооб-
работка их индукционным методом может быть осуще-
ствлена по двум принципиальным схемам: по схеме
индуктивной катушки с железом и по схеме трансфор-
матора с сердечником.
Схема индуктивной катушки с железом применяется
в том случае, когда элемент железобетонной конструк-
ции, сооружения или изделия в процессе термообработки
находится в полости индукционной обмотки, выполнен-
ной в виде цилиндрического, прямоугольного, трапецие-
видного соленоида. При термообработке по этой схеме
тепло в основном выделяется в ферромагнитных элемен-
тах (арматура, жесткий каркас, стальная опалубка, фор-
ма, стенки камеры), направление которых совпадает с
направлением оси соленоида. Незначительная часть теп-
ла выделяется в металлических замкнутых элементах
(хомуты арматуры и опалубки), плоскость которых пер-
пендикулярна оси соленоида.
Электроиндукционные установки типа БПИ и Мин-
ского завода ЖБИ с теплоизлучающими поверхностями
могут быть применены для тепловой обработки изделий
из легких бетонов, изготовляемых на заводах и полиго-
нах. Установка эта представляет собой металлическую
сварную камеру прямоугольной или другой формы. По
наружному периметру установки навивается индукцион-
ная обмотка из токопроводящих шин (медь, алюминий,
сталь и др.) в жаростойкой изоляции. Поверх обмотки
желательно располагать металлический экран из листо-
вой стали толщиной 3—5 мм или магнитопроводы.
Индукционный нагрев железобетонных конструкций
удобнее осуществлять в стационарных заводских усло-
виях, чем в построечных. Тем не менее в ряде случаев
этот метод был успешно применен и в условиях зимнего
бетонирования на строительных площадках. Приведем
некоторые примеры из практики.
Рис. 14.27. Ростверки под рамы, нагреваемые индукционным мето-
дом на алюминиевом заводе в г. Шелехове (Иркутская обл.)
На строительстве корпуса алюминиевого завода
в г. Шелехове Иркутской области при температуре
наружного воздуха—10...—27° С осуществлялось бе-
тонирование ростверков под рамы электролизеров
(рис. 14.27). Конструкция цеха гидролиза позволила
применить сваи квадратного сечения, которые в верхней
части имели цилиндрическую форму. Дополнительный
объем бетона в верхней части составлял около 0,5 м3 на
сваю. Протяженность цеха (700 м) с большим количест-
вом одиночно стоящих свай позволила применить инвен-
тарную стальную опалубку с индуктором (рис. 14.28).
Индуктор выполнен из металлического кожуха, выстлан-
ного изнутри асбестокартоном, по которому навит провод
диаметром 5 мм с определенным шагом витков. Кожух
38*
595
надевается на забетонированный ростверк в стальной
опалубке, центрируется с помощью обечайки и обвязы-
вается брезентом с обручем вокруг квадратного сечения
сваи.
Сваи, наращенные новым бетоном, представляют со-
бой полуколонны цеха электролизеров. Тип своеобраз-
ных конструкций связан со специфическими условиями
заводской технологии. Опыт
применения индукционного
метода нагревания бетона
вполне себя оправдал. Тре-
буемый температурный ре-
жим для твердения бетона
был обеспечен.
В. Г. Пальчинский, про-
водивший работы по разра-
ботке и использованию дан-
ного метода, продолжил
применение его на строитель-
стве завода при сооружении
Ново-Иркутской ТЭЦ.
При возведении обычных
монолитных конструкций
индукционный метод нагре-
ва бетона пока не получил
Рис. 14.28. Схема устройства
для нагрева монолитного ого-
ловника свай инвентарным ин-
дуктором
1 — инвентарный индуктор; 2 — мо-
нолитный бетон; 3— провод диа-
метром 5 мм; 4 — стальной кожух;
5 — асбестовая изоляция; 6 — бре-
зент; 7 — свая; 8 — пояс; 9 — инвен-
тарная стальная опалубка
широкого распространения.
При сооружении конструк-
ций силосного типа этот ме-
тод был осуществлен по схе-
ме индукционной катушки с
железом. Активной поверх-
ностью при этом являлась
стержневая арматура.
Б. М. Красновским раз-
работаны интересные решения для использования индук-
ционного метода в шахтном строительстве при заморажи-
вании грунтов.
Индукционным методом осуществлялась термообра-
ботка бетона в стыках при замоноличивании сборных
конструкций в зимнее время при возведении зданий на
проспекте Калинина в Москве (рис. 14.29). Расчет и кон-
струкция нагревателей были разработаны с участием
Б. М. Красновского и Я- Р. Бессера [4]. Несмотря на
сложное устройство индуктора вокруг стыка сборных
596
Рис. 14.29. Схемы индукционного пагрева железобетонных конст-
рукций
колонн, в некоторых случаях такое решение оправдыва-
ет себя.
КОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРООБОГРЕВ КОНСТРУКЦИЙ
В последние годы вместо внешнего, по преимуществу
конвекционного, обогрева бетона с использованием элек-
тротока конструктивно разработано несколько способов
контактного обогрева. У нас в стране и за рубежом
(Франция, Финляндия) находят применение различного
вида греющие опалубки: щитовые опалубки из фанеры
с сетчатыми нагревателями, инвентарные опалубки с
греющим кабелем [72]; с использованием трубчато-
стержневых и уголково-стержневых нагревателей и др.
В Финляндии нашел применение способ обогрева моно-
литного бетона и стыков сбор-ных конструкций с исполь-
зованием проводов.
Контактный электрообогрев применяется для тепло-
вой обработки бетона и защиты его от воздействия мо-
роза при возведении монолитных железобетонных кон-
струкций. Наиболее целесообразно применять контакт-
ный электрообогрев при изготовлении конструкций с
Afn>6, возводимых в греющих подъемно-переставной и
разборно-щитовой инвентарных опалубках.
При контактном электрообогреве осуществляется не-
посредственная теплопередача от греющих поверхностей
к прогреваемому бетону. Распространение тепла в са-
597
mom бетоне конструкции происходит преимущественно
путем теплопроводности.
Конструкция греющей опалубки или термоформы (из
листовой стали, водостойкой фанеры и т. п.) должна пре-
дусматривать размещение нагревательного элемента и
эффективной теплоизоляции (минеральная вата, шлако-
вата и т. п.). Снаружи теплоизоляция защищается до-
статочно прочным листовым материалом (фанерным,
стальным и т. п.), предохраняющим ее от увлажнения
и механических повреждений.
Конструкция греющей опалубки выбирается с учетом
того, что поверхность нагревательного элемента должна
максимально перекрывать площадь щита, на котором он
размещается.
Руководство по электротермообработке [72] ре-
комендует электрообогрев конструкций выполнять с по-
мощью следующих нагревателей: 1) проволочных;
2) греющих кабелей и проводов; 3) стержневых;
4) трубчатых (ТЭНы); 5) трубчато-стержневых и угол-
ково-стержневых; 6) индукционных; 7) сетчатых; 8) пла-
стинчатых. Выбор вида нагревателя определяется типом
и размерами прогреваемой железобетонной конструкции,
опалубки, имеющимися электрическими мощностями
и т. п.
Проволочные нагревательные элементы выполняются
из проволоки с повышенным омическим сопротивлением
(типа нихром). Проволока диаметром 0,8—3 мм наматы-
вается на каркас из изоляционного материала (напри-
мер, лист асбошифера) и изолируется, например, тонко-
листовым асбестом. Проволоку нагревателя следует раз-
мещать на стороне каркаса, примыкающей к опалубке
(рис. 14.30).
В качестве греющих кабелей могут применяться элек-
трические кабели типа КСОП или КВМС. Они состоят
из константановой жилы диаметром 0,7—0,8 мм, термо-
стойкой изоляции и металлического защитного чулка.
Кабель крепится непосредственно к металлическому щи-
ту греющей опалубки или термоформы (рис. 14.31).
Сверху нагреватель покрывают асбестовым листом тол-
щиной 5 мм и слоем минеральной ваты толщиной 40—
50 мм.
Греющие провода со стальной, медной или алюминие-
вой жилой диаметром 1—2,5 мм крепятся к арматурному
каркасу или элементам опалубки. Провода должны на-
598
Рис. 14.30. Опалубка с проволочными нагревателями
а — плоский; б—круглый; в — стержневой; г — со свободно висящей проволо-
кой; 1 — проволочный нагреватель; 2— асбест листовой на жидком стекле;
3— асбестоцементный лист (жесткий); 4 — газовая труба; 5 — асбест листовой
(жесткий); 6 — асбест листовой из трубы (жесткий)
IT
Рис. 14.31. Опалубка с греющим кабелем
/ — кабель типа КСОП; 2— лист асбеста; 3— минеральная
неры; 5 —клеммная колодка; 6—стальная пластина
4 — лист фа
Рис. 14.32. Трубчато-стержневой нагреватель
/ — труба; 2 — стержень; 3 — электроизоляция
599
ходиться в бетоне по возможности на равных расстоя-
ниях друг от друга в пределах 10—30 см. Провода сле-
дует крепить таким образом, чтобы они не смещались
при бетонировании.
Греющие провода могут укладываться в виде прямо-
линейных или спиральных нитей. Спиральную проволо-
ку рекомендуется использовать тогда, когда петли ста-
новятся настолько длинными, что применение прямоли-
нейной проводки затруднительно. При спиральной
прокладке провода шнуры наматываются с равными
промежутками вокруг армированного каркаса. При тол-
щине прогреваемых изделий до 20 см петли прокладыва-
ются в один слой, а свыше 20 см — в два слоя. Во всех
случаях греющие провода не должны прикасаться к опа-
лубке.
Стержневые электронагреватели изготовляются из
стержневой арматуры стали класса А-I (ГОСТ
5781—61), марки СтЗ группы А (ГОСТ 380—71) диамет-
ром не менее 8 мм. Нагревательные элементы имеют зиг-
загообразную форму и крепятся с помощью кронштей-
нов к опалубке. Расстояние между нагревателем и опа-
лубкой должно составлять 30—50 мм.
Трубчато-стержневой нагреватель (рис. 14.32) пред-
ставляет собой арматурный стержень диаметром не ме-
нее 8 мм, на который надета труба из ферромагнитного
материала. Параметры такого нагревателя при одина-
ковых размерах элементов конструкции точно соответ-
ствуют параметрам коаксиального.
Разновидностью трубчато-стержневого нагревателя
является уголково-стержневой, представляющий собой
арматурный стержень диаметром не менее 6 мм, уста-
новленный внутри стального уголка соосно с ним. Стер-
жень изолируется от трубы или уголка асбестовым шну-
ром, навитым на стержень участками в 20—30 мм с ша-
гом 0,3—0,35 мм. Воздушный зазор между стержнем и
трубой (уголком) не должен превышать 1—1,5 мм. От-
сутствие напряжения на трубе и уголке позволяет кре-
пить такие нагреватели непосредственно к опалубке с по-
мощью сварки.
Индукционный нагреватель состоит из обмотки голо-
го или изолированного провода, образующего замкнутый
магнитопровод с металлом стальной опалубки или с ар-
матурой, если опалубка выполнена из дерева. При при-
менении обмотки из изолированного провода рекомен-
600
дуется использовать провода марки РКГМ с рабочей
температурой до 180° С. Изоляция голого провода от за-
мыкания на металлическую опалубку осуществляется,
например, асбестовым шнуром.
Выбор профиля магнитопровода определяется конст-
рукцией опалубки, схемой армирования и числом витков
электрической обмотки.
Сетчатый нагреватель представляет собой полосы
тканых сеток определенной ширины (обычно 10, 15 или
Рис. 14.33. Сетчатый нагрева-
тель в греющей опалубке
1 — лист из металла или фанеры;
2 — электроизоляция из асбеста;
3 — болты крепления; 4 — разводя-
щие шины; 5 — утеплитель; 6 — сет-
чатый нагреватель
Рис. 14.34. Пластинчатый элек-
тронагреватель
/ — электроизоляция; 2 — нагрева-
тельный элемент; 3 — теплоизоля-
ция
20 см), соединенных между собой, как правило, последо-
вательно с помощью медных шин (рис. 14.33). Материа-
лом для изготовления нагревателей могут служить сетки
из латуни, жаропрочного железа, нержавеющей стали.
Расстояние между полосами (в свету) определяется
расчетом, но, как правило, находится в пределах от 5 до
15 см.
Полосы сеток изолируются от щитов опалубки (тер-
моформы) с помощью термостойких электроизоляцион-
ных материалов, например из листового асбеста.
Пластинчатый нагреватель (рис. 14.34) состоит из
двух пластин электроизоляционного материала с зигза-
гообразно уложенной между ними металлической лен-
той. Ленты укладываются на расстоянии 10 см одна от
другой. Ширина ленты нагревателя изменяется в зависи-
мости от токовой нагрузки, применяемого напряжения
и конструктивной особенности прогреваемого изделия
и составляет, как правило, 10—30 мм.
601
Конструкция щита греющей опалубки с использова-
нием кабеля разработана ЦНИИОМТП и была успешно
применена на строительстве автозавода в Тольятти.
Для изготовления нагревательного элемента исполь-
зуют рулонный или листовой материал: медь, латунь,
кровельное железо, сталь и т. п. толщиной 0,1—0,5 мм.
Крепление пластинчатых электронагревателей к опалуб-
ке осуществляется, например, болтами или с помощью
эпоксидного клея.
Расчет нагревателей, монтируемых в греющие опа-
лубки, осуществляется в соответствии с «Руководством
по электротермообработке бетона» [72]. Важнейшим
требованием при этом является обеспечение однородных
температурных полей в бетоне в процессе обогрева его
в конструкциях.
Для электроснабжения нагревательных элементов ре-
комендуется использовать понизительные трансформато-
ры, предназначенные для производства работ в зимних
условиях и устанавливаемые на площадках вблизи со-
оружаемого объекта под навесом с таким расчетом, что-
бы не переставлять их до окончания работ.
Для ускорения производства работ с применением
контактного электрообогрева в конструкциях с циклич-
ным бетонированием в многоярусной инвентарной опа-
лубке целесообразно применять несколько комплектов
греющей инвентарной опалубки, оснащенных самостоя-
тельной сетью распределительных проводов.
Перед началом бетонирования необходимо тщатель-
но проверить путем пробного включения работоспособ-
ность систем электроснабжения и автоматического ре-
гулирования, а также нагревательных элементов в
каждом щите опалубки с помощью, например, токоиз-
мерительных клещей Ц-91.
Бетонная смесь должна укладываться в опалубку,
отогретую до положительной температуры. Если при
производстве работ используется несколько комплектов
инвентарной греющей опалубки, то необходимо также
предварительно включать нагревательные элементы опа-
лубки предыдущего яруса забетонированной конструк-
ции для прогрева бетона в зоне рабочего шва бетониро-
вания.
Для снижения температурного градиента и перерас-
пределения влаги по объему конструкции может при-
меняться импульсный способ подачи тока. Прогрев бе-
602
тона при этом может осуществляться как при наличии,
так и при отсутствии понизительных трансформаторов.
Наиболее целесообразны цикличные подачи и отклю-
чение тока, помогающие избежать пересушивания бето-
на у электродов или перегрева его у греющей опалубки.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
В 1962 г. А. С. Арбеньевым был предложен новый ме-
тод использования электроэнергии при зимнем бетони-
ровании, заключающийся в том, чтобы бетонную смесь,
доставленную на строительную площадку, перед уклад-
кой в опалубку подвергать электроразогреву [I].
Этот весьма простой в осуществлении па строитель-
ной площадке метод оказался удобным и экономически
эффективным. Практика показала, что на зимних строй-
ках стоимость укладки и выдерживания бетона в конст-
рукциях снижается на 3—5 руб. на 1 м3. Этот способ был
разработан и внедрен в производство Новокузнецким
отделением УралНИИЖБ при участии автора предло-
жения совместно с лабораторией ускорения твердения
бетона НИИЖБ [70, 72].
Сущность данного метода заключается в предвари-
тельном (до укладки) разогреве в течение 5—15 мин
электрическим током промышленной частоты бетонных
смесей, укладке и уплотнении их и последующем выдер-
живании бетона различными способами.
Предварительный разогрев бетонных смесей электри-
ческим током обладает рядом преимуществ. Он позволя-
ет сократить длительность тепловой обработки бетона,
отказаться от подогрева до высоких температур воды и
заполнителей, обеспечить выдерживание конструкции по
методу термоса. При этом можно увеличить длитель-
ность транспортирования смеси на морозе с бетоносме-
сительного узла на строительную площадку.
Уплотнение бетонной смеси в горячем состоянии иск-
лючает остаточное тепловое расширение бетона, которое
обычно имеет место при других методах тепловой обра-
ботки. Общая продолжительность термообработки бето-
на в конструкциях значительно сокращается. С повыше-
нием температуры смеси подвижность ее уменьшается,
а жесткость возрастает. Для замедления темпов загу-
стевания разогретой смеси допускается в ее состав вво-
603
дить добавки-пластификаторы, расход которых уточня-
ется опытным путем с учетом необходимости обеспечения
в заданное время требуемой прочности. В качестве та-
ких добавок допускается применять сульфитно-дрожже-
вую бражку (СДБ), винсоловую смолу (СНВ), омылен-
ный древесный пек, ГКЖ-Ю, мылонафт, абиетат натрия
и комплексные добавки после опытной проверки их ла-
бараторией применительно к местным материалам.
При подборе составов бетонных смесей, подвергае-
мых предварительному электроразогреву и обладающих
к моменту укладки в горячем состоянии пониженной
подвижностью, необходимо проверять достижение бето-
ном заданной прочности в установленные сроки.
Рабочий состав смеси с учетом увеличения расхода
воды, а если необходимо для сохранения заданного ВЩ,
то и цемента, должен назначаться по результатам опыт-
ной проверки подвижности разогретой смеси, а также
испытаний контрольных образцов, изготовленных из
пробных замесов и твердевших после укладки в услови-
ях, аналогичных производственным.
В целях обеспечения нормального распределения
и равномерного разогрева смеси в бункере рекомендует-
ся подвергать ее вибрированию в течение нескольких се-
кунд после загрузки или разогревать с одновременным
перемешиванием смеси.
Открытая часть устройства перед разогревом смеси
закрывается крышкой или гидротеплоизоляционпым ма-
териалом для уменьшения потерь тепла и влаги. Макси-
мальная температура разогрева бетонной смеси устанав-
ливается в зависимости от ряда факторов и в первую
очередь от цемента и состава смеси.
Смеси на портландцементах с содержанием С3А до
6% допускается разогревать до температуры 80—90° С,
а смеси на портландцементах с содержанием С3А свыше
6%—до 70—80° С. Максимально допустимая темпера-
тура разогрева окончательно устанавливается после
определения их загустения заводской или построечной
лабораторией. Ориентировочное значение удельной по-
требляемой электрической мощности в зависимости от
продолжительности разогрева бетонной смеси, напри-
мер от 10 до 70° С, может составлять от 200 до
500 кВт-ч.
Расход электрической энергии на разогреве 1 м3 бе-
тонной смеси зависит от температуры разогрева, конст-
604
руктивного решения нагревательного устройства, окру-
жающей среды и т. п. и ориентировочно может прини-
маться равным 0,9 кВт-ч на каждый градус разо-
грева.
Транспортировать разогретую бетонную смесь к ме-
сту укладки наиболее удобно непосредственно в емкости
разогрева (опыт Братской ГЭС, Иркутска и уральских
строек). Перегружать разогретую смесь в промежуточ-
ные емкости не рекомендуется.
Разогретая смесь должна быть уложена в опалубку
в возможно короткий срок — не более чем через 10—
15 мин.
В построечных условиях пост разогрева должен на-
ходиться в непосредственной близости от места укладки
бетонной смеси.
При разогреве объем порции смеси выбирается из ус-
ловия обеспечения требуемой производительности с уче-
том наличия электрической мощности, времени сохране-
ния подвижности разогретой смеси до ее укладки.
При определении максимального объема емкости для
разогрева следует учитывать целый ряд производствен-
ных ограничений. К ним относятся, например, грузоподъ-
емность крана или другого транспортного средства, мак-
симально допустимые габариты оборудования и др.
Количество емкостей для порционного разогрева
определяется исходя из условий бесперебойной работы.
Чтобы обеспечить равномерность скорости разогрева сме-
си, необходимо периодически очищать электроды от за-
твердевшего цементного камня, особенно при порцион-
ном способе разогрева.
Для уменьшения площади загрязнения внутренних
поверхностей установки, соприкасающихся с бетонной
смесью, целесообразно покрывать их (исключая электро-
ды) конструктивным, адгезионным и одновременно элек-
троизоляционным материалом. Для этого можно приме-
нить, например, теплостойкую резину, фторопласт или
полиэтилен низкого давления.
В процессе эксплуатации установки непрерывного
электроразогрева при перерывах в работе, превышаю-
щих 10 мин, установка должна быть освобождена от ос-
татков бетонной смеси промывкой струей воды под на-
пором.
Чтобы избежать перекоса фаз питающей сети, бетон-
ная смесь должна равномерно распределяться между
605
Рис. 14.35. Бункер для
электроразогрева бетон-
ной смеси
/ — электрод; 2 — контакт-
ная шпилька; 3 — крепление
электрода; 4—вибратор;
5 — затвор; 6 — бункер; Н,
В, L- соответственно высо-
та, ширина и длина бунке-
ра; в — расстояние между
электродами
Рис. 14.36. Установка бункеров для электроразогрева бетонных сме-
сей на двух постах, работающих поочередно
/ — бункера разогрева; 2 — деревянный настил; 3 — пульт управления; 4— ог-
раждение; 5 — контур заземления; 6 — светильники; 7—концевые выключате-
ли (блокировка); 8—вибратор площадочный; 9 — заземляющий кабель; 10 —
токоподводящий кабель; И — ворота
606
электродами нагревательного устройства. Для уменьше-
ния градиента температуры в процессе разогрева ем-
кость со стационарно закрепленными электродами необ-
ходимо заполнять бетонной смесью послойно и одновре-
менно между всеми электродами.
Чтобы смесь равномерно распределялась между труб-
чатыми и пластинчатыми электродами, их погружают в
емкость для разогрева, заполняемую смесью, при одно-
временной их вибрации.
Для обеспечения равномерного разогрева смеси элек-
троды должны быть сплошными (без отверстий). Непо-
движные электроды должны достигать днища и стенок
устройства для разогрева, покрытых изнутри электроизо-
ляционным материалом.
Транспортирование бетонной смеси с бетоносмеси-
тельного узла к месту электроразогрева осуществляется
в автосамосвалах или закрытых бункерах. Смесь в авто-
самосвалах должна укрываться, чтобы в нее не попали
атмосферные осадки.
Количество бункеров для разогрева подбирается исхо-
дя из суточного потока бетона, вида транспортных
средств, типа крана и т. п. Объем бункеров, устанавлива-
емых на посту электроразогрева, должен соответствовать
объему одновременно доставляемой с завода бетонной
смеси. Бетонная смесь из автомашин выгружается в
бункер электроразогрева и равномерно распределяется
между электродами (рис. 14.35). Для уменьшения теп-
лопотерь бункера для электроразогрева рекомендуется
утеплять. При атмосферных осадках открытая часть
бункера должна укрываться.
Для уменьшения теплопотерь с подветренной стороны
площадки рекомендуется устанавливать сплошной дере-
вянный щит высотой не менее 2 м на расстоянии 1 —1,5 м
от поста разогрева.
Электроразогрев бетонной смеси должен выполнять-
ся на спланированной горизонтальной площадке разме-
ром не менее 6,5X6 м с ограждением металлической сет-
кой высотой 1 —1,7 м.
Для непрерывной работы транспорта, бесперебойной
подачи разогретой смеси в опалубку и максимального
использования электрооборудования во времени на уча-
стке целесообразно организовать два поста электроразо-
грева, подключенных к одному пульту управления и ра-
ботающих поочередно (рис. 14.36).
607
Рис. 14.37. Предварительный электроразогрев бетонной смеси в ку-
зове автосамосвала на строительстве Братской гидроэлектростанции
Электроразогрев бетонной смеси осуществляется в
следующем порядке:
1)	два очищенных от бетонной смеси бункера уста-
навливаются на площадке для разогрева;
2)	бункера загружаются бетонной смесью с равно-
мерным ее распределением между электродами;
3)	к корпусу бункера подсоединяется провод от за-
щитного заземления, нулевой провод от питающей сети,
а затем к сети подключаются электроды;
4)	в бетонную смесь устанавливают термометры или
термодатчики;
5)	проверяется надежность контактов, после чего пер-
сонал выходит за пределы ограждения и на электроды
подается напряжение;
6)	по достижении бетонной смесью заданной темпера-
туры ток выключается, затем последовательно отклю-
чаются электроды, нулевой провод и провод защитного
заземления;
7)	бункер с разогретой смесью краном подается к
месту укладки.
Разогрев бетонной смеси в кузове автосамосвала дол-
608
Рис. 14.38. Выгрузка бетонной смеси из бункера в опалубку краном
надшахтного вентиляционного ствола
жен выполняться на специально оборудованном посту. В
этом случае целесообразно использовать большегрузные
автосамосвалы (рис. 14.37).
Доставляемая в разогретом состоянии или разогретая
в бункерах у места укладки смесь подается краном в
опалубку бетонируемой конструкции (рис. 14.38).
При возведении монолитных конструкций из разогре-
тых смесей в зимних условиях выдерживание бетона це-
39—23
609
несообразно осуществлять методом термоса, если модуль
поверхности конструкций не превышает 5. Выдерживание
бетона методом термоса должно сопровождаться тща-
тельным наблюдением за его температурным режимом.
При резком понижении температуры наружного воздуха
и появлении опасности более быстрого охлаждения бе-
тона, чем предусмотрено расчетом, конструкцию необхо-
димо укрыть дополнительным слоем теплоизоляции,
особенно углы и выступающие части. Если невозможно
путем дополнительного утепления обеспечить достиже-
ние бетоном заданной прочности к моменту замерзания,
следует применить дополнительный обогрев конструк-
ций, например горячим воздухом, паром, электронагре-
вателями и т. д.
ОБОГРЕВ ИНФРАКРАСНЫМИ ЛУЧАМИ И ДРУГИЕ СПОСОБЫ
ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ
Инфракрасное излучение при производстве железобе-
тонных работ в зимний период и при изготовлении на по-
лигонах крупногабаритных конструкций рекомендуется
применять: для отогрева промороженных бетонных по-
верхностей, тепловой защиты укладываемого бетона и
интенсификации твердения бетона, предварительного на-
грева стыкуемых частей железобетонных элементов,
арматуры, закладных деталей.
Для инфракрасного прогрева чаще всего применяют
металлические трубчатые излучатели (ТЭНы) и стержне-
вые карборундовые излучатели. ТЭНы изготовляют на
рабочее напряжение 127, 220, 380 В. Конструктивно уста-
новки представляют собой сферические или трапецеи-
дальные отражатели, во внутренней полости которых
размещаются излучатели с поддерживающими устройст-
вами. Сферические отражатели применяют при передаче
энергии излучением на расстояние до 3 м, а трапецеи-
дальные— до 1 м.
В зависимости от конструктивных особенностей тер-
мообрабатываемых элементов имеется ряд модифика-
ций установок.
Использование инфракрасного излучения у нас в
стране получило значительное распространение благода-
ря работам И. И. Богатырева и Н. Н. Данилова.
Еще в 30-е годы в газете «Техника» было опубликова-
но предложение о применении электроодеяла для обогре-
610
ва конструкций и особенно горизонтальных открытых по-
верхностей бетона. Во Франции фирмой «ЕМП» (К-Ма-
ртине) была разработана оригинальная конструкция гре-
ющего одеяла с сетчатыми нагревателями в пластмассо-
вой оболочке и с электроизоляцией из стеклоткани. Эти
греющие одеяла применяются фирмой при выполнении
работ в ряде стран. Ростовским филиалом академии ком-
Рис. 14.39. Термоэлектрический мат
мунального хозяйства предложен термоэлектрический
мат (рис. 14. 39), который может с успехом использо-
ваться при бетонировании в холодную погоду.
Кроме рассмотренных способов использования элект-
роэнергии для термообработки бетона и железобетонных
конструкций следует упомянуть и о нагревании бетона
путем закладки в тело бетона шнура «дерсикорд». Этот
способ достаточно часто применяется упомянутой выше
французской фирмой «ЕМП».
В послевоенный период электротермообработка бе-
тона и железобетонных конструкций получила дальней-
шее развитие, были предложены новые способы исполь-
зования электроэнергии. В 60-е и 70-е годы значительный
вклад в теорию и практику электротермообработки был
сделан А. С. Арбеньевым [1], В. П. Ганиным [10],
В. Я. Гецдиным[11], Б. А. Крыловым [25,], Р. А. Луки-
391
611
чевым [70, 72] Ю. Н. Абакумовым. Оригинально была
использована электроэнергия при строительстве Сара-
товской и других ГЭС, телевизионной Останкинской
башни, Новокузнецкого металлургического комбината,
Череповецкого металлургического завода и других со-
оружений.
ГЛАВА 15
МОНТАЖ И ОМОНОЛИЧИВАНИЕ СТЫКОВ СБОРНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ
ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
МОНТАЖ КОНСТРУКЦИЙ ЖИЛИЩНО-ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
В СССР наряду с расширением применения монолит-
ного бетона и железобетона объемы и темпы производства
сборного железобетона непрерывно возрастают. За 1974 г.
было выпущено в стране 108 млн. м3 сборного железобе-
тона и 115 млн. т цемента. При этом происходит значи-
тельное увеличение объемов производства легких и
ячеистых бетонов. Помимо количественного роста по-
стоянно улучшается качество и повышается заводская
готовность конструкций и их долговечность в сооруже-
ниях.
Изменение в структуре производства сборного железо-
бетона произойдет также за счет расширения применения
предварительно-напряженных конструкций с использова-
нием новых видов цемента, заполнителей и высокопроч-
ной арматуры (с пределом текучести до 400 МПа) и улуч-
шением их качества. В связи с дальнейшим ростом
крупнопанельного домостроения наиболее прогрессивным
видом конструкций становятся стеновые панели. Широ-
кое применение находят пространственные конструкции,
возрастает этажность зданий производственного, граж-
данского и жилищного назначения.
Новые конструктивные решения зданий, снижение ве-
са несущих и ограждающих элементов, применение вы-
сокопрочных тяжелых и легких бетонов привлекают вни-
мание строителей. Намечается для многоэтажных зданий
колонны изготавливать из бетонов марок 500—700.
В настоящее время, несмотря на многие преимущест-
ва, сборный железобетон во многих случаях обходится
61ft
дороже монолитного. Имеются примеры, когда стои-
мость 1 м3 сборных железобетонных конструкций состав-
ляет 45 руб., а монолитных — 30 руб. В Норильске, на-
пример, где строительство вообще обходится в несколько
раз дороже, стоимость 1 м3 монолитных свай составляет
100 руб/ м3, а сборных — 200 руб/м3. Сваи-оболочки дли-
ной 12 м, доставляемые из Ленинграда в Норильск, обхо-
дятся 500 руб. за 1 м3.
Темпы производства и качество изделий из сборного
железобетона обычно выше, чем из монолитного. Это
особенно важно при производстве железобетонных работ
в зимнее время и тем более в районах Крайнего Севера
и Восточных районов Союза, где климатические условия
очень суровые.
С каждым годом применение сборного железобетона
возрастает при возведении мостов (балки, верхнее строе-
ние), промышленных зданий, в гидротехническом, дорож-
ном и других видах строительства. Крупные конструкции,
например мостовые балки, различные оболочки, изготов-
ляются зачастую не на заводах, а у места их применения.
То же самое наблюдается и за рубежом (США, Франция,
Швейцария), где такие крупные элементы подвергаются
пропариванию под брезентовым укрытием. В Советском
Союзе длинномерные балки пролетного строения мостов
во многих случаях при твердении выдерживаются не в
паровой среде, а в воде. Для намеченного строительства
крупных оболочек в Минске с применением аглопорито-
бетона марок 300—500 нами были произведены исследо-
вания по определению воздействия отрицательных тем-
ператур на свойства бетона. При этом совместно с Бело-
русским институтом строительных материалов разрабо-
тана инструкция по электропрогреву бетона в несущих
стыках сооружений. Возведение их намечается в течение
круглого года, в том числе и в зимний период.
Новый этап в строительстве городов характеризуется
переходом на многоэтажное индустриальное возведение
зданий (9—16-этажных). В Москве при возведении 9, 16-
и даже 17-этажных опытных жилых зданий в зимнее вре-
мя для замоноличивания стыков применяют поташ или
нитрит натрия в количестве 5—15% массы цемента. Не
вызывая коррозии арматуры и закладных частей, введе-
ние добавок дало возможность (например, в Москве на
ул. Чкалова) монтировать здания в зимнее время таки-
ми же темпами, как и в летнее.
613
Все работы по монтажу конструкций надземных час-
тей зданий из элементов до 7—8 т выполняются башен-
ными кранами. Монтаж всего комплекса готовых кон-
струкций заводского изготовления является самым ме-
ханизированным процессом. Ручной труд применяется
только при строповке, установке приспособлений, обес-
печивающих устойчивость элементов в период их монта-
жа, при сварке закладных деталей и замоноличивании
стыков.
На монтаж конструкций, например, в Главмосстрое
затрачивается лишь 7—8% общей трудоемкости по воз-
ведению полносборных домов. Стоимость этих работ со-
ставляет 50% стоимости строительства зданий [4, 5, 48].
Наиболее прогрессивной формой организации произ-
водства строительных работ является монтаж надземной
части полносборных домов комплексными бригадами по
поточному методу. Эти бригады выполняют также штука-
турные, малярные работы и настилку чистых полов.
Монтаж зданий осуществляется с транспортных
средств, которые обеспечивают бесперебойное произ-
водство работ в течение круглого года. Крупные па-
нели доставляют с заводов специальными панелевозами
(рис. 15.1).
Технология монтажа полносборных жилых домов
устанавливается проектами производства работ. После-
довательность монтажа конструкций такова — вначале
монтируются все панели наружных стен без образования
жестких конструктивных ячеек, затем весь этаж запол-
няется элементами внутренних стен, перегородками и
лестницами (рис. 15.2). Применяется также и совмещен-
ный монтаж конструкций, включая и такие работы, как
штукатурные. В зимнее время при замоноличивании сты-
ков в раствор и бетон вводится добавка поташа или нит-
рита натрия. При сильных морозах (—20° С и ниже)
добавляется 15% поташа от массы цемента. Особое вни-
мание при монтаже зданий в зимних условиях обращает-
ся на тщательность заполнения бетоном вертикальных
стыков между панелями и на устройство в них тепло- и
гидроизоляции. Перед наклейкой гидроизоляции на бе-
тонную поверхность ее прогревают теплым воздухом.
После устройства гидроизоляции и установки теплоизо-
ляционного вкладыша вертикальный стык заполняется
бетоном. Наряду с противоморозными добавками при-
меняется и термообработка бетона в стыках.
614
Рис. 15.1. Универсальные панелевозы УПП-9М с тягачом МАЗ-200В,
общей грузоподъемностью 12,5 т, транспортирующие крупные же-
лезобетонные панели
Рис. 15.2. Монтаж надземной части 9-этажного панельного дома
серии 11-57
615
Для термообработки стыков применяются трубчатые
нагреватели (ТЭНы)—источники инфракрасного излу-
чения. ТЭНы помещаются в короба — металлическую
опалубку для заделки стыков. Стенки коробов, облицо-
ванные внутри алюминиевой фольгой или подкрашенные
алюминиевой огнестойкой краской, отражают инфра-
красные лучи. Применяется и электродный метод прогре-
ва бетона в стыках с помощью стержневых, плавающих и
струнных электродов.
При температуре —25° С и ниже применяется только
электротермообработка бетона в стыках. Прогрев бетона
ведется при температурах 60—70° С. Перед укладкой
смеси промороженные поверхности стыкуемых элементов
отогреваются до температуры 25—30° С.
Для заделки стыков московские строители применяют
смеси из бетона марки 200, обладающие подвижностью
8—10 см. При укладке смеси в стык обязательно приме-
няется вибрирование. Температура бетонной смеси в мо-
мент укладки не должна быть ниже 20° С. При добавке
поташа температура смеси составляет от 5 до —5° С.
Для продолжения монтажных работ прочность бетона
должна достигнуть не менее 20—40% заданной марки.
Особое значение приобретает монтаж крупнопанель-
ных зданий повышенной этажности в зимних условиях.
В этих случаях должна быть достигнута высокая проч-
ность бетона или раствора в швах несущих конструкций.
В случае затруднений в достижении необходимой проч-
ности бетона или раствора в стыках возникает вопрос о
консервации монтажных работ до весеннего потепления.
Для ускорения темпа монтажных работ строители ис-
пользуют систему отопления, которая может временно
вводиться в эксплуатацию для обогрева замоноличенных
Соединений и помещений с целью производства других
видов работ.
Крупнопанельные дома различных типов с повышен-
ной этажностью в настоящее время строятся во всех го-
родах Советского Союза. Бескаркасные дома с несущими
панелями наружных и внутренних продольных стен начи-
нали строить в Ленинграде, Москве, Березниках, Ангарс-
ке, Магнитогорске, Череповце, Донбассе и др. Вначале
применяли в больших объемах шлакобетонные, газозо-
лобетонные трехслойные и железокирпичные панели.
В настоящее время панели наружных стен изготовляют
по преимуществу однослойные из керамзитобетона, авто-
616
Рис. 15.3. Монтаж здания из железобетонных блок-квартир
Рис. 15.4. Строительство 25-этажных зданий из сборно-монолитного
железобетона в Москве на проспекте Калинина
617
клавного газобетона, начинается применение различного
типа панелей из особо легких изоляционных материалов.
Наряду с крупнопанельными зданиями в Москве и в
других городах уже строятся жилые дома из готовых же-
лезобетонных блок-квартир (рис. 15.3). Часторебристые
плиты изготовляются на заводах на вибропрокатных ста-
нах. Из панелей на заводах производится укрупненная
сборка блок-квартир, бесчердачных кровель, объемные
трансформаторные подстанции.
На проспекте Калинина в течение круглого года воз-
водились многоэтажные здания из сборного и сборно-мо-
нолитного железобетона. При выполнении монолитных
конструкций в зимнее время в бетон вводились противо-
морозные добавки в виде нитрита натрия, а при морозах
—15... —20°С — поташа (рис. 15.4).
Практика показала, что крупнопанельные жилые до-
ма повышенной этажности более экономичны, просты в
изготовлении и монтаже по сравнению с домами каркас-
ного типа [48].
Рис. 15.5. Монтаж каркасных конструкций с навесными панелями
административного 17-этажного здания
618
Многоэтажные здания гражданского назначения, та-
кие, как 30-этажное здание Совета Экономической Взаи-
мопомощи, 21-этажное здание гостиницы «Националь»,
17-этажное здание в Георгиевском переулке (рис. 15.5)
и другие возводились с использованием унифицирован-
ных каркасов. В этом случае применялись железобетон-
ные каркасы, общую жесткость обеспечили связевые
стенки. Эти стенки и несущее ядро жесткости выполня-
лись в зимних условиях с обогревом конструкций или с
добавками нитрита натрия и поташа. Фундаменты зда-
ний выполнялись в виде коробчатой железобетонной пли-
ты, в пределах которой расположены технические поме-
щения подвала. Наружные стены таких зданий выполне-
ны из легких навесных стеклопанелей 3X3,6 м, несущей
основой которых является металлический фахверк с за-
полнением панелями, состоящими из двух асбестоцемент-
ных листов с пеностеклом внутри их.
На заводах сборного железобетона применяются раз-
личные технологические схемы: поточно-агрегатная, кон-
вейерная, вибропрокатная, стендовая. К стендовой техно-
логии относится и способ кассетного производства. На-
иболее прогрессивной является конвейерная технология
(рис. 15.6), которая применяется при массовом изготов-
лении однотипных изделий, например панелей стен и пе-
рекрытий.
Стендовый способ применяется по преимуществу при
изготовлении крупноразмерных железобетонных конст-
рукций (длинномерных балок, ферм, колонн, ригелей).
Несмотря на ряд недостатков, как за рубежом (Фран-
ция, Дания), так и у нас в Союзе широкое распростране-
ние на заводах получило применение кассетной техноло-
гии. В кассетах изготовляют несущие стеновые панели,
панели перекрытий (рис. 15.7), балконные плиты и дру-
гие плоские изделия.
МОНТАЖ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Сборные конструкции и изделия в виде колонн, балок,
ригелей, стеновых и междуэтажных панелей, облицовоч-
ных плит-оболочек, свай, санитарно-технических и иных
блоков-кабин доставляют с заводов или припостроечных
полигонов на специальных транспортных средствах
619
Рис. 15.6. Конвейерная линия комбината № 2 Главмосстроя. Керам-
зитожелезобетонные панели формуются на крупных вагонетках, а
затем пропариваются в двухъярусных камерах
Рис. 15.7. Изготовление панелей по кассетной технологии системы
НИИАТ (ДСК № 1 Главмосстроя)
620
(автомашинах, трайлерах, а иногда на железнодорожных
платформах). Готовые конструкции монтируют с помо-
щью подъемных башенных, гусеничных, портальных и дру-
гих кранов грузоподъемностью от 5 до 15 т и более. При
возведении современных крупных промышленных, гидро-
технических и других сооружений, а также многоэтажных
зданий различного назначения разработаны новые типы
подъемных устройств с большим вылетом крюка для до-
ставки и установки на место конструкций. Самые круп-
ные железобетонные блоки укладывались в тело Сара-
товской ГЭС массой до 200 т. Наилучшим решением про-
изводства монтажных работ является сборка с колес. За
последние годы строительные организации, особенно
Минмонтажспецстроя, Минэнерго и строительные органи-
зации в таких городах, как Москва, Ленинград, Киев,
Волгоград, Красноярск, Баку, значительно повысили уро-
вень механизации и оснастки для производства монтаж-
ных работ. Строительные организации успешно монти-
руют крупные и укрупненные элементы у мест их подъе-
ма (силосы, резервуары, оболочки, фермы).
При возведении высотных зданий из монолитных же-
лезобетонных конструкций в 40-х и 50-х годах применяли
обетонированные стальные конструкции. При этом имел
место большой перерасход стали, так как несущая спо-
собность бетона не учитывалась. Конструкции были из-
лишне тяжелыми и крупногабаритными. При возведении
современных многоэтажных каркасных зданий (свыше
16 этажей) колонны нижних (до 15 этажей) изготовля-
ются со стальными сердечниками.
На рис. 15. 8 показаны конструкции первых этажей
18-этажного здания института хирургии им. А. В. Виш-
невского в начальный период строительства. Железо-
бетонные колонны изготовлены из высокопрочного бетона
со стальными сердечниками. Обогрев стыков колонн
сферической формы производился с помощью греющей
опалубки. Конструкция стыка и технология прогрева бе-
тона описаны ниже.
Аналогичные конструктивные и технологические ре-
шения использованы при проектировании и возведении
20-этажных гостиниц на Смоленской площади. Стенки
жесткости в плане имеют форму двутавра. Конструкция
их сборно-монолитная, из отдельных плоских железобе-
тонных панелей толщиной 20 см, соединенных между со-
бой и с колоннами сваркой закладных деталей с после-
621
Рис. 15.8. Монтаж железобетонных конструкций здания института
хирургии им. А. В. Вишневского в зимнее время
622
дующим замоноличиванием. Подача и укладка бетона
осуществлялись с помощью бетононасосов. Крупнога-
баритные железобетонные конструкции заводского изго-
товления широко используются при возведении произ-
водственных зданий на Севере, где сборным конструкци-
ям следует отдавать предпочтение перед монолит-
ными.
На рис. 15.9 приведено начало монтажа строповки
железобетонных колонн крытого катка в Норильске на
3000 зрителей. Все основные работы производились в
зимний период и на вечномерзлом грунте.
Во время посещения автором строительства там ве-
лись работы внутри обогреваемых тепляков на отдель-
ных участках. Обогрев осуществлялся с помощью элек-
тронагревательных установок с инфракрасным излу-
чением.
На строительстве объектов газопровода применяют
обычно привозные сборные изделия. На рис. 15.10 приве-
дено строительство компрессорной станции в Коми
АССР. Работы по монтажу конструкции и отделке стан-
ции велись в зимних условиях.
Применение сборного железобетона непрерывно рас-
ширяется во всех областях строительства. В гидротехни-
ческом строительстве еще в 30-х годах при сооружении
здания Волховской ГЭС оконные переплеты были изго-
товлены из железобетона, а при сооружении машинного
зала Нижне-Свирской ГЭС был применен железобетон-
ный каркас.
Начиная с 1937 г. на строительстве Рыбинской и Уг-
лической ГЭС, впервые в мире, были применены плиты-
оболочки, служившие одновременно опалубкой и обли-
цовкой железобетонных шлюзов и плотин. В дальней-
шем плиты-оболочки применялись на строительстве Вол-
годонского судоходного канала и Цимлянского гидро-
узла, Каховской, Горьковской, Мингечаурской, Волж-
ской и других ГЭС.
На строительстве Волжской ГЭС имени В. И. Лени-
на кроме плит-оболочек уже применялись сборные же-
лезобетонные балки, колонны и плиты для перекрытия
водоводов и отсасывающих труб спиральных камер. На
таких гидроэлектростанциях, как Каунасская, Кремен-
чугская, Днепродзержинская объем сборного железобе-
тона составлял около 10% общего объема бетонных ра-
бот. В гораздо большем объеме сборный железобетон
623
был применен при строительстве Саратовской и Киев-
ской ГЭС.
Практика показывает, что в гидротехническом стро-
ительстве, за исключением некоторых видов конструкций
и элементов сооружений, сборный железобетон стоит
значительно дороже, чем монолитный. Однако во многих
случаях, в том числе в условиях зимнего строительства,
производства бетонных работ в сухом и жарком клима-
те и др., применение сборного железобетона оправдыва-
ет себя.
При зимнем бетонировании вообще и в особенности
при возведении гидротехнических, промышленных, граж-
данских, аэродромных сооружений в районах Крайнего
Севера, Восточной Сибири и в районах распространения
вечномерзлых грунтов применение сборного железобе-
тона является вполне рациональным. При возведении
крупных блоков, массивных элементов выгоднее и про-
изводительнее выполнять работы из монолитного желе-
зобетона.
Вполне целесообразным, особенно на морозе, явля-
ется применение таких сборно-монолитных конструкций,
в которых сборные элементы (плиты, блоки) образуют
наружные поверхности, исключающие дорогостоящие
опалубки. В этих случаях внутренние части конструкций
выполняются из монолитного бетона, укладываемого
между заранее установленными сборными элементами.
В полносборных конструкциях бетон приходится приме-
нять только лишь для замоноличивания стыков.
При устройстве стыков, тем более водонепроницае-
мых, например при облицовке стен шлюзов, зданий ГЭС,
требуется выполнять весьма трудоемкие и ответствен-
ные работы. Замоноличивание стыков во всех случаях,
а тем более гидротехнических сооружений, является сла-
бым местом. В этом автору пришлось убедиться в про-
цессе приемки сооружений из бетона и железобетона
Волгодонского канала и Цимлянского гидроузла в
1952 г. Ввиду значительной водопроницаемости стыков
при заполнении образовавшихся пазух за плитами-обо-
лочками водой наблюдались серьезные недостатки в ка-
честве работ. Оказалось необходимым произвести тща-
тельную зачеканку швов раствором.
Для производства сборных железобетонных изделий и
конструкций на гидротехнических стройках создаются
специальные заводы и полигоны. Закрытые цеха комби-
624
Рис. 15.9. Начало работ по монтажу сборных железобетонных koi
струкций при сооружении крытого катка в Норильске
Рис. 15.10. Завершение монтажных работ при сооружении компрес-
сорной станции на газопроводе в Коми АССР
40—23
625
натов оснащаются пропарочными камерами. Например,
на строительстве Воткинской ГЭС в закрытом цехе ус-
коренное твердение бетона в изделиях осуществлялось в
18 пропарочных камерах. Длинномерные и крупные
конструкции рекомендуется на полигонах прогре-
вать или обогревать с использованием электрической
энергии.
Наиболее крупным экспериментальным сооружени-
ем, выполненным из сборного железобетона, является
Саратовская ГЭС. При сооружении ее устанавливались
сборные элементы в форме параллелепипедов размером
2X3,8X8,15 м для бычков и 1,5X4,15X12 м дЛя перекры-
тия. Всего на строительстве применен 21 вид различных
сборных элементов. Элементы стыковались путем свар-
ки выпусков арматуры в швах с последующим омоно-
личиванием бетоном. Наряду со стендовым изготовлени-
ем крупных элементов в неподвижных формах на Сара-
товской ГЭС впервые в мировой практике был применен
поточный способ производства крупных блоков с элект-
ропрогревом их в перемещаемых формах. Для этих це-
лей была запроектирована и создана оригинальная кон-
вейерная линия, в которой вместо вагонеток применялись
большой грузоподъемности железнодорожные платфор-
мы, проходившие последовательно через все рабочие по-
сты, начиная от укладки арматурных каркасов и бетона
и кончая электроразогревом бетона в ядре крупных
блоков.
Под руководством В. С. Лукьянова на основе прове-
денных больших теоретических и экспериментальных ис-
следований был разработан новый метод электропрогре-
ва массивных блоков объемом до 80 м3 бетона и массой
до 200 т каждый. Внутренний прогрев ядра блоков осу-
ществлялся с помощью заложенных в них специальных
крупногабаритных армокаркасов, служивших в качестве
электродов.
В течение круглого года, независимо от температуры
наружного воздуха, т. е. зимой и летом, осуществлялся
комбинированный метод выдерживания бетона при
твердении — метод термоса с разогревом внутренней ча-
сти массивов электротоком. С мая 1965 по сентябрь
1967 г. было изготовлено и выдержано таким способом
свыше 4000 сборных массивных блоков общим объемом
бетона 250 000 м3.
В работе подробно исследованы в натуре темпера-
626
турные режимы и термонапряженное состояние массив-
ных блоков с модулем поверхности около 1,5.
Как видно из результатов наблюдений, при тверде-
нии бетона в массивных элементах не только при отри-
цательных наружных температурах в зимнее время, но
и в другие времена года имеет место очень сложная кар-
тина непрерывно меняющихся температурных полей и
деформаций бетона в различных зонах. На различных
стадиях твердения изменяются свойства, начиная с пла-
стического состояния, модуля упругости и кончая пла-
стическими свойствами уже затвердевшего бетона во
внутренних и наружных зонах блоков.
Поэтому очень трудно рассчитать напряженное со-
стояние, а также регулировать режим прогрева и охла-
ждения бетона. При поступлении платформы с блоком
в цех тепловой обработки ядра блока подвергались
электропрогреву и начальному термосному выдержива-
нию, после чего конвейер передвигался в отделение рас-
палубливания и дальнейшего термосного выдерживания.
Далее блоки на платформах подавались к месту монта-
жа конструкций с помощью мощных крапов.
На рис. 15.11 приведен общий вид площадки по изго-
товлению и прогреву блоков на строительстве Саратов-
ской ГЭС. На строительстве Саратовской гидроэлектро-
станции для монтажа сборных элементов массой до
200 т применялись специальные козловые краны боль-
шой грузоподъемности пролетом 75 м, охватывающие
все здание станции.
В отзыве о диссертационной работе аспиранта
Н. В. Юдиной, посвященной термообработке массивных
железобетонных блоков методом внутреннего прогрева
автором на защите, отмечалось, что опыт возведения Са-
ратовской ГЭС из сборных массивных элементов пока
не был повторен на других гидротехнических стройках.
Это, по-видимому, связано со сложностью методов про-
изводства работ и более высокой стоимостью таких мас-
сивных сооружений по сравнению с выполнением их из
монолитного бетона. Одновременно отмечалось, что при-
менение Саратовского опыта сборного строительства
в гидротехнике должно оправдаться при строительстве
подобных сооружений в суровых климатических услови-
ях Крайнего Севера и Восточной Сибири, так как с эко-
номической и с технической стороны, т. е. с точки зрения
обеспечения надлежащего качества работ, сборный же-
40*
627
лезобетон является более эффективным, чем монолит-
ный. Однако в зимние месяцы для снижения температур-
ных градиентов и термонапряженного состояния в мас-
сивных конструкциях может оказаться целесообразным
одновременно с разогревом ядра и применение перифе-
рийного электропрогрева при температурах до 30... 40° С.
Рис. 15.11. Строительство Саратовской ГЭС. Завод поточного изго-
товления сборных массивных блоков
1 — формовочный цех; 2—галерея термообработки; 3—цех распалубки;
4 — галерея выдерживания
Чтобы использовать богатейшие энергетические и ми-
неральные ресурсы северных и сибирских районов на-
шей страны, в ближайшем будущем там будет разверну-
то крупное гидротехническое строительство. При этом
должны возникнуть новые прогрессивные технические
решения в проектировании и сооружении гидроэлектро-
станций и промышленно-гражданских зданий.
Одним из рациональных решений, на мой взгляд, бу-
дет применение сборно-монолитных конструкций, но в
своеобразном северном варианте. В вечномерзлых грун-
тах следует создавать внешние оболочки массивных и
средней массивности конструкций из сборных элементов
(плит-оболочек, блоков и т. п.), а внутреннюю монолит-
ную часть бетона укладывать с небольшим количеством
противоморозных и поверхностно-активных добавок.
628
Благодаря созданию защитных непроницаемых внешних
слоев для массивного бетона, который не будет соприка-
саться с вечномерзлым грунтом, миграции солей в грунт
не будет происходить.
При низкой отрицательной температуре наружного
воздуха возможны и другие решения, а именно примене-
ние бетонов, твердеющих на морозе, не с малым, а с
большим количеством химических добавок или тепло-
вой обработки в тех зонах, где не вызывается серьезного
нарушения структуры вечномерзлого грунта.
Упомянутые выше плиты-оболочки были предложены
гл. инж. Волгостроя В. Д. Журиным с целью защиты на-
ружных поверхностей бетона от воздействия водной сре-
ды и атмосферных условий вместо применявшихся ранее
деревянных опалубок. Эти железобетонные плиты-обо-
лочки изготовлялись на специальных заводах с тепловой
обработкой по умеренным режимам, чтобы не снизить
их морозостойкость. Такие плиты одновременно служат
и опалубкой при укладке бетона в конструкции гидро-
технических сооружений.
Лицевая поверхность плит при изготовлении в метал-
лических формах получается гладкой, что увеличивает
ее непроницаемость и долговечность службы. Тыловая
поверхность, наоборот, должна быть шероховатой и
иметь выпуски арматуры для более прочного соединения
плиты со свежеуложенным монолитным бетоном. После
Волгостроя плиты-оболочки нашли самое широкое при-
менение на Волгодонстрое.
На основе богатого опыта Волгостроя и Волгодон-
строя на гидротехнических стройках теперь стали широ-
ко применять железобетонные плиты-оболочки для обли-
цовки стен шлюзов, электростанций и плотин. Плиты на
этих стройках применялись площадью около 10 м2 при
толщине их 8—10 см. Масса плит составляла 2—2,5 т.
Плиты-оболочки монтируются портальным краном
грузоподъемностью 3 т (см. рис. 15.15). В зимнее время
после монтажа и приварки арматуры плит к арматуре
стен для защиты бетона от мороза и ветра плиты утепля-
ют соломенными матами или мягкими специально сши-
тыми одеялами с прокладкой шлаковаты. Деревянные
рейки, обрамляющие плиты, вынимаются после укладки
бетона в блоки и его затвердевания. Швы зачеканивают
жестким цементным раствором только при положитель-
ных температурах. В отношении водопроницаемости швы
629
облицовки плитами-оболочками являются слабым мес-
том, особенно в шлюзах.
В настоящее время типовые плиты-оболочки имеют
размеры 5X2,5X0,08 и 4,8X2,4X0,09 м, а иногда их из-
готовляют в соответствии с конфигурацией и очертани-
ем конструкций.
На строительстве Каховского гидроузла производство
плит и их конструкции были усовершенствованы
(рис. 15.12). В плите типа «Днепрострой» уменьшен
Рис. 15.12. Облицовка плитами-оболочками плотины Каховского
гидроузла
расход металла за счет сокращения количества попереч-
ных и продольных стержней.
На рис. 15.12 показан общий вид облицовки бычков
плотины Каховского гидроузла [47].
Доставляемые с заводов и полигонов сборные кон-
струкции в виде колонн, ригелей, стеновых и междуэтаж-
ных панелей, облицовочных, санитарно-технических бло-
ков и блок-квартир монтируются с применением подъем-
ных башенных, портальных, автомобильных и других
кранов различной грузоподъемности.
В мостостроении стали применять крупноблочные
сборные железобетонные конструкции массой до 25 т и
630
более. На строительстве ГЭС и судостроительных верфей
укладывались конструкции массой до 200 т.
Применяемое оборудование, а также методы монта-
жа находятся в зависимости от вида возводимых соору-
жений, типа сборных конструкций и местных условий.
При сооружении каркасно-панельных зданий основ-
ными работами, выполняемыми в зимних условиях, яв-
ляются монтаж и сварка в местах сопряжений. В про-
цессе монтажа конструкций зданий для обеспечения не-
Рис. 15.13. Монтаж колонн второго яруса с помощью кондукторов
в зимних условиях
обходимой жесткости собираемого яруса крайние
пролеты и пролеты у лестничных клеток поэтажно за-
крепляют временными крестообразными тяжами. Уста-
новка колонн высотой в 2 этажа осуществляется с при-
менением кондукторов (рис. 15.13).
631
Рис. 15.14. Строительство каркасно-панельных жилых домов в 7-м
квартале Ново-Песчаных улиц
Рис. 15.15. Монтаж металлобетонных шпренгельных ферм на строи-
тельстве здания машинно-тракторной мастерской

632
Сопряжение стыков делается жестким или шарнир-
ным (например, при болтовых соединениях). Более ин-
дустриальным и надежным для зимних условий является
способ закладки при изготовлении конструкций стальных
оголовников. В этом случае нет необходимости в замоно-
личивании стыков, как это имеет место после сварки ар-
матуры, и весь монтаж железобетонных конструкций
производится точно так же, как и металлических. Чтобы
создать необходимые условия для монтажа каждого
последующего яруса, нижележащий ярус полностью за-
моноличивается, при этом все металлические сопряже-
ния свариваются или подтягиваются на болты. На
рис. 15.14 показан монтаж крупных панелей сборных
железобетонных домов с несущими конструкциями.
На рис. 15.15 показан монтаж металлобетонных
шпренгельных ферм на строительстве машинно-трактор-
ной станции. Конструкции монтировали с помощью авто-
крана, что для сельской местности более приемлемо.
Прогоны с фермами соединяли посредством сварки зак-
ладных частей, а плиты укладывали по прогонам.
Оригинальным является возведение в Киеве гостини-
цы «Киевская Русь» на 800 мест. Гостиница состоит из
высотной 22-этажной части и трехэтажных пристроек.
Подвал в два этажа и нижние четыре этажа высотной
части выполнены в виде монолитного железобетонного
каркаса (рис. 15.16). Верхние 18 этажей возведены из
панелей с поперечными несущими стенами. Колонны
имеют сечение 1400X500 мм и 1400X750 мм. Ригели
железобетонные сечением 500X700 мм. Перекрытия
осуществляются из сборных плит размером 2X2,68Х
Х0,12 м. Строительство осуществлялось в течение круг-
лого года. Монолитный каркас высотной части возво-
дился в зимние месяцы (в конце 1973 и в первой поло-
вине 1974 г.). Бетон в монолитных конструкциях приме-
нялся марки 300. При отрицательных температурах
работы выполнялись с электропрогревом бетона. Колон-
ны бетонировались с использованием металлической опа-
лубки, утепленной снаружи минераловатными плитами.
Опалубка устанавливалась в кондукторе сразу на все
четыре этажа, т. е. на всю высоту монолитных колонн.
Ригели бетонировали в деревянной опалубке, обитой из-
нутри кровельным железом. В связи с густоармирован-
ными колоннами, ригелями и балками необходимо было
решить вопрос об изоляции электродов от стальных ар-
633
Рис. 15.16. Строительство монолитной части 22-этажной гостиницы
«Киевская Русь» в Киеве
Рис. 15.17. Стержневые электроды изолированы от стального арма-
турного каркаса полиэтиленовой пленкой
Рис. 15.18. Металлическая опалубка колонн при электропрогреве
утепляется минераловатпыми плитами
матурных каркасов (рис. 15.17). Строители успешно осу-
ществили электрозащиту с использованием полиэтиле-
новой пленки. С целью большей оборачиваемости ис-
пользования минераловатных плит после окончания
электропрогрева их снимали и заменяли соломитовыми
матами (рис. 15.18).
На многих крупных стройках в полигонных условиях
успешно применяется электропрогрев стеновых и фунда-
Рис. 15.19. Электропрогрев сборных фундаментных блоков в дерево-
металлической групповой опалубке в тресте Магнитострой
ментных блоков, свай и т. п. Первый опыт массового из-
готовления крупных блоков был осуществлен в 1934—
1935 гг. на Краммашстрое. Блоки прогревали в деревян-
ных формах с нашивными электродами из кровельной
стали.
На протяжении многих лет в тресте Магнитострой
применяется в массовом масштабе электропрогрев са-
мых разнообразных бетонных и железобетонных конст-
рукций. В зимний период ежесуточно прогревается до
500 м3 бетона.
На рис. 15.19 показан электропрогрев фундаментных
блоков из обычного бетона на полигоне. Блоки прогре-
ваются в дерево-металлической групповой опалубке.
Использованием такого метода группового прогрева
конструкций достигается большая экономия в расходе
электроэнергии.
В промышленном, жилищном, гидротехническом и
636
транспортном строительстве находят применение в боль-
шом количестве различного типа железобетонные сваи.
В настоящее время широкое применение получили желе-
зобетонные сваи в районах распространения вечномерз-
лых грунтов (Норильск, Магадан, Якутск и др.). При
этом как зимой, так и летом применяют не только сбор-
ные сваи заводского или полигонного изготовления, но и
монолитные набивные, буронабивные, а также оболоч-
ки, заполняемые бетонной смесью на месте погружения
их в грунт. Оболочки изготовляют цельными и составны-
ми, с обычной и с предварительно-напряженной армату-
рой. В Норильске при бетонировании буронабивных свай-
стоек, по предложению автора, вместо электропрогрева
бетона перешли на введение противоморозных добавок
в количестве 2—4% массы цемента.
Сваи призматические железобетонные и квадратного
сечения изготовляют из бетона марок 200—400, сечением
от 20 до 45 см, длиной до 30 м, а прямоугольные — раз-
мером 20X40 и 25X50 см тех же марок. Железобетон-
ные оболочки, изготавливаемые на заводах, представля-
ют собой пустотелые цилиндры со стенками толщиной
от 8 до 15 см, составляемые из звеньев длиной до 12 м.
Общая длина, например, оболочек, опускаемых в вечно-
мерзлый грунт (до скального основания) в Норильске,
достигает 48 м.
Для увеличения несущей способности оболочек и раз-
личных свай в их основании иногда устраивают бетон-
ные камуфлетные уширения (рис. 15.20). Этот метод в
настоящее время нашел применение во многих случаях.
Он успешно применяется и на стройках Севера, где сваи
погружаются в вечномерзлый грунт. Оболочки, доставля-
емые на Север, имеют длину до 12 м, а в диаметре до
0,8—1 м. Применяются они при* возведении зданий про-
мышленного и гражданского назначения.
Железобетонные сваи обычно изготовляют на заво-
дах и полигонах с применением паропрогрева или обог-
рева для ускорения твердения бетона. Для этих целей
реже применяется электротермообработка. Электродный
прогрев затруднителен в связи с большой насыщенностью
конструкций свай стальной арматурой, а способы кон-
тактного обогрева с помощью греющих опалубок пока
недостаточно разработаны и не внедрены в практику.
В связи с этим уместно напомнить об опыте электропрог-
рева железобетонных свай квадратного сечения у места
637
их использования при строительстве театра Советской
Армии в 1934 г. Работы по электропрогреву выполнялись
строителями при консультации А. К. Рети.
Сваи при применении электропрогрева изготовлялись
как в зимний, так и в летний период. В качестве электро-
Рис. 15.20. Железобетонные сваи и сваи-оболочки
а — призматическая; б—оболочка; в — оболочка с комуфлетным уширением:
1 — оболочка; 2 — наконечник; 3 — заряд; 4 — уширение; г — прямоугольная
шпунтовая; д — тавровая шпунтовая; е — двутавровая шпунтовая; яс—оболоч-
ка-шпунт с пазом / и гребнем 2
дов служило полосовое кровельное железо, нашиваемое
на боковую деревянную опалубку. Сваи прогревались
через трансформаторы при небольшом напряжении тока.
Это диктовалось условиями техники безопасности для
638
рабочих, поскольку укладка бетона с уплотнением и
подключением электротока велась непрерывно.
При ознакомлении с работами в июле месяце на от-
крытом полигоне на том самом месте, где теперь нахо-
дится здание театра, А. К- Рети требовал тщательного
выполнения его указаний по укрытию открытой поверх-
ности свай влажными опилками. Во избежание коротких
замыканий строго соблюдался минимально необходимый
защитный слой бетона и применялись ограничители рас-
стояния между арматурой и электродами, нашитыми на
опалубку.
При строительстве здания Московского университета
на полигоне успешно применялся электропрогрев при
изготовлении плоских железобетонных плит междуэтаж-
ных перекрытий.
ПРОГРЕВ БЕТОНА В СТЫКАХ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Возведение зданий и сооружений из сборных эле-
ментов отличается от других методов зимнего бетони-
рования тем, что вся доставляемая на строительные пло-
щадки продукция изготовляется в заводских условиях.
На месте остается только произвести замоноличивание
стыков, монтируемых на морозе конструкций. Однако эта
небольшая по объему часть работ очень трудоемкая и
сложная.
При конструировании сборных конструкций должны
быть учтены технология заводского изготовления, их
транспортирование и сборка при отрицательных темпера-
турах.
Устройство стыков должно обеспечивать устойчивость
здания до их заделки. Объем бетона или раствора сле-
дует предусматривать минимальным, а твердение их —
с применением простых и экономичных способов. Стыку-
емую арматуру следует сваривать. Стыки обяза-
тельно должны быть выполнены до устройства ог-
раждений.
Перед заделкой стыков, как правило, требуется пред-
варительный отогрев бетона в месте стыкования
элементов.
Сопряжение стыков сборных железобетонных элемен-
тов, имеющих конструктивное значение, в зимних усло-
виях осуществляется путем сварки закладных металли-
ческих частей с последующим обетонированием в основ-
639
ном с целью защиты металла от коррозии или путем
сварки гибкой арматуры и заполнения бетонной смесью
с обогревом стыков.
Если в первом случае, т. е. при жестком, а не шар-
нирном соединении, обетонирование может быть произ-
ведено в любое удобное время, то при сварке лишь вы-
пусков гибкой арматуры и при заделке таких стыков,
как соединение колонн с башмаками фундаментов, тре-
буется обогревать стыки перед укладкой бетонной смеси
и затем на период твердения бетона. При заделке швов
между панелями в зимнее время в ряде случаев возмож-
но применение растворов и бетонов с противоморозными
добавками, обеспечивающими твердение их при отрица-
тельных температурах без обогрева стыков.
Во всех случаях заделки стыков в зимних условиях
необходимо применять быстротвердеющие бетоны и це-
менты. При укладке бетонной смеси необходимо прини-
мать меры к тщательному уплотнению ее путем вибри-
рования. В тех случаях, когда применяется обогрев, нель-
зя допускать охлаждения металла и бетона ниже 5° С,
а подъем температуры следует вести равномерно и по-
стоянно до 60—80° С.
Замораживание бетона в стыках допустимо лишь пос-
ле достижения им 40% прочности от заданной марки.
Чтобы обеспечить надлежащее сцепление бетона со
стыкуемыми элементами и с металлом, необходимо тща-
тельно очистить все поверхности и предварительно обо-
гревать как затвердевший бетон, так и арматуру. Источ-
никами тепла при обогреве бетона стыков, так же как
и при обогреве стыкуемых элементов, могут служить
электрический ток, горячий воздух и пар.
Порядок и технология заделки стыков, в зависимости
от их конструкции, весьма разнообразны. По этому во-
просу издан ряд инструктивных документов различными
министерствами и ведомствами [67, 72]. В них даны ре-
комендации и указания по заделке стыков жилых и про-
мышленных зданий, гидротехнических и специальных
сооружений. Мы ограничимся изложением лишь некото-
рых положений, имеющих принципиальное значение.
Безобогревный способ заделки стыков, основанный на
применении бетонных и растворных смесей с противо-
морозными добавками, обеспечивающими их твердение
при отрицательных температурах, изложен в главе 13 и
в работах [5, 71].
640
Замоноличивать стыки в зимнее время наиболее вы-
годно с применением различных способов электротер-
мообработки. Если замоноличивать стыки бетонами с
противоморозными добавками можно при температурах
не ниже —15... —20° С, то при электротермообработке —
при любой допускаемой температуре, учитывая условий
труда строителей.
Указания, разработанные в 1968 г. Мппмонтажспец-
строем, рекомендуют замоноличивать расчетные стыки
сборных железобетонных конструкций промышленных
зданий в зимних условиях бетоном с добавкой нитрита
натрия с последующей тепловой обработкой. Такое реше-
ние кроме улучшения удобоукладываемости смеси поз-
воляет подключать ток не сразу после ее укладки.
Для предварительного отогрева стыкуемых элемен-
тов необходимо использовать греющие опалубки, лучи-
стые нагреватели, электровоздуходувки.
Наиболее эффективным, по сравнению с другими спо-
собами электротермообработки, является электродный
прогрев бетона в стыках. При электродном способе сты-
куемые элементы нельзя предварительно отогревать.
Электропрогрев подливок под колонны в стаканах фун-
даментов, а также в горизонтальных стыках между фун-
даментами или стеновыми блоками, панелями следует
осуществлять с помощью стержневых электродов без
предварительного отогрева промороженных конструкций
(рис. 15.21).
Бетонная или растворная смесь укладывается между
установленными разпофазовыми электродами. После
уплотнения включается ток, разогревается смесь и при
этом отогревается промороженное основание.
Стыки между ребристыми плитами покрытий и мно-
гопустотными панелями перекрытий при температурах
ниже —15° С рекомендуется замоноличивать бетоном
(раствором) с добавкой нитрита натрия без предвари-
тельного отогрева промороженных стыкуемых элемен-
тов. Стержневые электроды можно забивать уже в уло-
женный бетон (рис. 15.22), но необходимо обеспечить
тесный контакт электрода с бетоном. Для этого требует-
ся дополнительное уплотнение смеси после установки
электрода. В целях сокращения расхода электроэнергии
и создания равномерного температурного поля бетонные
стыки следует утеплять на ширину 0,5—0,8 м.
Наиболее сложным является обогрев стыка колонны
41—23
641
Рис. 15.21. Схема электропрогрева бетона (раствора) стыков
а — колонн с фундаментами стаканного типа; б — стеновых панелей в пазах
опорных плит; / — бетон (раствор) заделки; 2—стержневые электроды;
3 — пароизоляция; 4 — утеплитель
Рис. 15.22. Схема электродного прогрева бетона (раствора) стыков
а _ между ребристыми плитами покрытий и перекрытий; б —между пустот-
ными панелями; / — бетон (раствор) заделки; 2—стержневые электроды;
3 — пароизоляция; 4 — утеплитель
642
с ригелем прямоугольного сечения. Опалубку следует
делать в виде щита с встроенными в нее нагревателями
(рис. 15.23). Для загрузки смеси опалубка должна иметь
воронки. Для удобоукладываемости смесь применяется
подвижной консистенции. Поверхность опалубки необхо-
Рис. 15.23. Схема конструкции опалубки для заделки стыка колон-
ны с ригелями прямоугольных сечений
а —схема конструкции опалубки (для летнего бетонирования); б —схема
установки нагревательных щитов опалубки (для зимнего бетонирования) и их
подключение к электросети; / — колонна; 2 — ригель; 3—щиты греющей опа-
лубки колонны и ригелей; 4 — соединение нагревателей; 5 — сеть переменного
Тока; б—отверстия 0 8—10 мм для крепления нагревательного устройства
42*
643
димо смазывать специальными составами, обеспечиваю-
щими жирную пленку для облегчения отрыва опалубки
после окончания обогрева стыка.
Конструкция стыка колонн многоэтажных зданий с
применением греющей опалубки с проволочными нагре-
вателями изображена на рис. 15.24. Подвижная бетон-
ная смесь загружается через воронку. В тонких швах
должна производиться тщательная зачеканка, чтобы
обеспечить монолитность несущего стыка.
Рис. 15.24. Конструктивная схема греющей опалубки
а —греющей опалубки; б—щйта с проволочным нагревателем; / — проволоч-
ный нагреватель; 2 — температурная скважина; 3— колонна; 4 — бетон замо-
ноличивания; 5 — минеральная вата; б—опалубка; 7 —асбестовый картон;
3 — асбестоцементная плита; 9—шлаковата; 10 — нихромовая проволока;
11 — фазы и провода питающей электросети
644
При затруднительных случаях в полости стыка с уз-
кой щелью установки источников тепла (электронагре-
вателей, размещения электродов) обогрев бетонной сме-
Рис. 15.25. Схема устройства стыка пере-
крытия с балкой
1— балка; 2 — трубчатый электронагреватель;
3 — перекрытие; 4 — брезент; 5 — полость стыка;
6—бетон стыка; 7 — опилки, шлак, песок; 8 — ни-
хромовая проволока в диэлектрической пасте;
9 — клеммы:	10 — металлическая оболочка —
стальная труба d=14 мм
си может производиться теплом, ранее аккумулирован-
ным в массе стыкуемых элементов. Передачу тепла бе-
тонной смеси в стык в отдельных случаях приходится
осуществлять через окружающую среду. Для обогрева
стыка плиты перекрытия с балкой (рис. 15.25) в этих
случаях предварительно прогревают стыкуемые элемен-
ты. Отогрев необходимо производить на глубину не ме-
нее 10 см, для чего обычно требуется при температуре
обогревающей среды от 60 до 80° С не менее 5 ч. Ото-
645
грев стыка плиты перекрытия с балкой может быть вы-
полнен под укрытием путем продувания полости нагре-
тым воздухом.
Экономичнее и удобнее предварительный обогрев осу-
ществлять такими источниками тепла, которыми можно
потом воспользоваться для последующего прогрева бето-
на в стыке. При удобной подводке пара к месту прогре-
Рис. 15.26. Сопряже-
ние внутренних несу-
щих стен
/—обогревательный стол-
бик; 2 — закладные
стальные детали; 3 —
стержни; 4—железобе-
тонная рама; 5 — легкий
бетон
ва бетона в стыке могут быть применены паровые гре-
бенки. Вместо пара по трубам, уложенным сверху бе-
тона в стыке, может подаваться под давлением горячий
воздух (от воздуходувок, калориферных установок).
Наконец, следует привести в качестве одного из ва-
риантов обогрева обогрев бетона в стыке установки низ-
котемпературных электронагревательных элементов
(рис. 15.26). Такое решение было разработано И. И. Бо-
гатыревым во ВНИИОМТП для устройства стыков внут-
ренних несущих стен. Этот метод обогрева применялся
некоторое время при возведении жилых домов се-
рии I-464A. Для этого изготовлялись бетонные столби-
ки сечением 5X5 см с заложенными в них спиралями из
стальной, нихромовой или фехралевой проволоки. Стол-
бики устанавливали на всю высоту стыка с заделкой
в бетон при бетонировании. Температура на поверхности
нагревательных столбиков поддерживалась на уров-
не 60° С.
Многочисленные конструкции стыков заделывают при
сооружении резервуаров для хранения нефтепродуктов,
воды и других жидкостей. Эти стыки заделывают как в
летнее, так и в зимнее время*
646
В послевоенный период в США, Англии, Франции,
ФРГ, Швейцарии и других странах вместо монолитных
стали строить сборные железобетонные резервуары для
хранения нефтепродуктов, воды и других жидкостей. При
этом резервуары строятся больше из предварительно на-
пряженного железобетона.
Для стыковых сопряжений элементов в Англии, на^
пример, применяют закладные стальные части. Конст-
рукции с соединением их на болтах собирают в любое
время года. Для заливки (омоноличивания) стыков при-
меняется цементный раствор 1 1,5.
В СССР также строится большое количество сбор-
ных резервуаров, стыки которых заделывают при поло-
жительных и отрицательных температурах. Заделка осу-
ществляется бетонами с противоморозными добавками
и с электротермообработкой.
В. В. Михайлов успешно применяет в зимних услови-
ях, при сооружении резервуаров в Новосибирске, задел-
ку стыков с использованием быстротвердеющих расши-
ряющихся цементов.
ГЛАВА 16
ОБОГРЕВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В ТЕПЛЯКАХ
Производство бетонных, железобетонных и каменных
работ в тепляках является самым давним и достаточно
часто применяемым в современных условиях методом
возведения зданий и сооружений при отрицательных
температурах.
Применение тепляков является целесообразным при
бетонировании некоторых фундаментов, блоков гидро-
технических сооружений с перекрытием котлована плос-
ким или шатровым легким ограждением; при устройстве
железобетонных перекрытий, опирающихся на стены;
при возведении железобетонных телевизионных башен
и промышленных дымовых труб, силосов, монолитных
сводов-оболочек и т. п. Тепляки разделяются на объем-
ные, секционные, поэтажные, местные, подвижные, шат-
ровые и т. п. Их размеры и конструкции связаны с ви-
647
дами возводимых зданий и сооружений, температурами
наружного воздуха, имеющимися материалами и усло-
виями выполнения работ.
Производство работ в тепляках вызывает большой
расход материалов, топлива и затрат труда на йх воз^
ведение и поддержание в них температуры в течение
длительного срока. Поэтому, как правило, применять
тепляки не рекомендуется.
Однако во многих случаях применение того или ино-
го вида тепляка оказывается неизбежным и оправдан-
ным. В этих случаях необходимо изыскать более совер-
шенные решения устройства тепляков, экономно расхо-
довать все материальные ресурсы.
В последнее время во Франции, в Польше и в других
странах стали успешно применяться так называемые на-
дувные тепляки. В Советском Союзе они также приме-
няются на ряде строительных объектов (например, в Но-
рильске). Ограждающие поверхности таких тепляков
устраиваются из воздухонепроницаемых пластмассовых
материалов. Работают они за счет поддержания в них
сжатого воздуха при небольшом давлении.
На Аляске, в Канаде, на севере США, в Финляндии,
Японии широко применяются брезентовые тепляки.
В Японии для устройства брезентовых тепляков приме-
няют легкие алюминиевые конструкции. При сооруже-
нии объемных тепляков над крупными сооружениями не
обязательно поддерживать в них положительные темпе-
ратуры.
В суровых климатических условиях такие тепляки за-
щищают от сильных ветров и создают благоприятные
условия для работающих. При поддержании близких
к 0° С отрицательных температур, после приобретения
некоторой начальной прочности, бетон продолжает на-
бирать прочность. Например, при температурах от —1
до —3° С бетон со временем набирает прочность доста-
точно интенсивно, особенно при использовании цементов
высоких марок и введении добавок — ускорителей твер-
дения. Применение тепляков с таким назначением явля-
ется прогрессивным решением для районов Крайнего
Севера и Восточной Сибири.
Сборный железобетон в Финляндии, Японии и дру-
гих странах не получил такого развития производства,
как у нас в Союзе. До последнего времени в Японии бо-
лее 90% сооружений возводилось из монолитного желе-
648
зобетона. Поэтому технике возведения конструкций из
монолитного железобетона там уделяется исключитель-
но большое внимание (инвентарные металлические и де-
ревометаллические утепленные и греющие опалубки
и др.).
Тепляки отапливаются газовыми и электрическими
калориферами, различного типа электронагревателями.
Пар для этих целей используется реже.
В Финляндии на строительстве жилищно-граждан-
ских зданий и гидроэлектростанций (например, на р. Оу-
лу) тепляки обогреваются за счет сжигания отходов
древесины. В Дании для обогрева тепляков применяют
керосиновые псчи-жаровпн.
ОБОГРЕВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
В ОБЪЕМНЫХ ТЕПЛЯКАХ
Объемные тепляки применяются в тех случаях, когда
обогрев отдельных бетонных и железобетонных элемен-
тов затруднителен или неэкономичен.
Применение объемных тепляков становится целесо-
образным в том случае, когда одновременно с бетонны-
ми ведутся и другие строительные работы, требующие
для их выполнения положительных температур.
Лучшими видами тепляков являются тепляки, пред-
назначенные для отдельных конструкций (местные), и
легкие переносные брезентовые, пластмассовые или щи-
товые (из соломита, фанеры, камышита) тепляки, кото-
рые могут быть повторно использованы.
Для защиты от продуваемости щитов ветром, особен-
но в стыках, в случае надобности следует прибегать к
обивке их толем и прибивке нащельников. При переносе
секционных тепляков из одной части сооружения в дру-
гую стыки необходимо располагать в таких местах кон-
струкции, которые не нарушают ее монолитности.
В случаях, когда стены здания уже возведены, тепляк
выгодно устраивать, зашивая все оконные и дверные про-
емы; верхним ограждением обычно служит бетонируемое
перекрытие, закрытое сверху, или соответствующее утеп-
ление по готовым стропильным фермам.
Для устройства тепляков следует использовать мест-
ные материалы. Такие высококачественные материалы,
как брусья и доски, нужно заменять горбылем и подто-
варником.
649
При проектировании организации работ необходимо
стремиться к минимальному объему отапливаемых теп-
ляков. Количество и размеры окон и дверей в тепляках
должны быть всячески ограничены. Чтобы не допускать
охлаждения тепляков через двери, они должны быть са-
мозакрывающимися.
Рис. 16.1. Брезентовые тепляки, примененные на постройке Дома
книги ОГИЗ
Отопление тепляка начинается за несколько часов до
начала бетонирования. На все время укладки и тверде-
ния бетона в тепляках поддерживается температура воз-
духа не ниже 5° С на высоте 0,5 м от пола.
Тепляки всегда выгоднее обогревать от постоянных
или временных котельных. Лучшим теплоносителем яв-
ляется пар. При отсутствии пара следует применять га-
зо- и электрокалориферное отопление. Применение от-
дельных печей-времянок и жаровен можно допускать
только для отопления тепляков небольшого объема
Как отмечалось выше, секционные тепляки являются
более экономичными, чем объемные. Устраиваются они
лишь над частью возводимого сооружения и при этом
650
нйд отдельными сёкцйями. Наиболее легкймй и экойб-
мичными являются брезентовые тепляки.
Брезентовые тепляки неоднократно применялись на
зимних стройках СССР при производстве железобетон-
ных работ. Зимой 1932/33 г. ЦНИПС были проведены на-
блюдения за работой брезентового тепляка при бетони-
ровании второго и третьего этажей монолитного железо-
бетонного каркаса одного здания. Общий вид брезенто-
вого тепляка представлен на рис. 16.1. Применявшийся
для ограждения брезент был толщиной 2—3 мм. Тепляк
обогревался двумя паровоздухонагревателями. Темпера-
тура воздуха, выходящего из вентилятора, достигала
30° С. Скорость воздуха, проходящего через калорифер,
равнялась в среднем 2,2 м/с. За период наблюдений при
средней температуре наружного воздуха —7° С и скоро-
сти ветра, равной 2—3 м/с, в тепляке поддерживалась
температура в среднем около 5° С.
Для сокращения сроков выдержки конструкций в отапливаемых
тепляках следует применять добавки — ускорители твердения бето-
на. Это необходимо делать в силу того, что у нижней части колонн
и балок нижележащего железобетонного перекрытия сохраняется от-
рицательная, близкая к 0°С температура воздуха. Вводимые добав-
ки не только ускоряют твердение, но и снижают точку замерзания
бетона до необходимых пределов. Если добавки не применяются, то
необходимо прибегать к утеплению бетона конструкций, расположен-
ных у пола.
Наблюдения показали, что брезентовый тепляк дол-
жен иметь минимальную высоту.
При строительстве гидротехнических сооружений как
в Советском Союзе, так и за рубежом очень часто при-
меняют брезентовые тепляки. Брезентом при этом пере-
крывают большие площади. Для ускорения и облегче-
ния работ по их устройству в настоящее время применя-
ют механизированные способы укрытия и подъема
брезента. На рис. 16.2 указана схема подъема брезенто-
вого шатра-тепляка на Свирьстрое. Брезентовый шатер
укрывал не только блок, в котором производилось бето-
нирование в большие морозы, но и конвейеры, по кото-
рым подавалась бетонная смесь к месту ее укладки.
Такого же типа брезентовые тепляки применяются
при строительстве гидротехнических сооружений в Сое-
диненных Штатах Америки, в Канаде, а также на Аляс-
ке. Подачей в них пара и теплого воздуха поддерживает-
ся температура до 20° С.
651
t/зелА
Рис. 16.2. Схема подъема брезентового шатра тепляка на строитель-
стве ГЭС
/ — перила; 2 — металлический штырь для монтажа труб каркаса; 3 —рама
для установки брезентового покрытия; 4 — веревки; 5 — брезент
ВОЗВЕДЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ БАШЕН,
ДЫМОВЫХ ТРУБ, СИЛОСОВ И ПИЛОНОВ
В ПОДВИЖНЫХ ТЕПЛЯКАХ
Возведение уникальной телевизионной башни высотой
533 м для Московской станции телевидения в 1962—
1967 гг. выдвинуло ряд новых инженерных проблем, и в
том числе в области зимнего бетонирования — пробле-
му сложной монолитной железобетонной конструкции.
Железобетонная конструкция башни состоит из ко-
нусного основания (отм. О—63 м) и высотного ствола
(отм. 63—385 м). Нижняя часть конусного основания вы-
полнена в виде 10 опорных конструкций (ног) высотой
17,3 м. На отметке 42 м коническое основание имеет ди-
афрагмовое кольцо, воспринимающее усилие от анкеров-
ки канатов преднапряженной арматуры; на отм. 63 м
расположена железобетонная диафрагма диаметром 18 м
и толщиной 1 м. По оси конического основания на всю
высоту его возводится полый железобетонный ствол
диаметром 7,5 м.
Столь отличные друг от друга конструктивные эле-
менты башни и особенности их возведения обусловили
невозможность использования одного универсального ме-
тода зимнего выдерживания бетона.
В лабораториях ВНИПИтеплопроекта Минмонтаж-
спецстроя И. Б. Заседателевым, Б. Д. Тринкером и дру-
гими были разработаны и предложены способы теплово-
го воздействия на бетон для каждого из основных эле-
ментов сооружения, так как бетонирование башни велось
круглогодично, и в том числе в течение трех зимних пе-
риодов [16].
При проектной марке бетона 400 разработанные в
зимних условиях режимы и составы бетона обеспечивали
приобретение бетоном прочности 70% от /?2в с сохране-
нием показателя морозостойкости Мрз 500. Из шести
элементов монолитной башни пять были возведены с
применением теплового воздействия на бетон, исключе-
ние составили опорные конструкции «ног», которые бы-
ли целиком возведены в летний период.
Некоторые из этих способов уже применялись ранее
при возведении монолитных высотных сооружений и обе-
спечивали необходимую степень надежности выдержи-
вания бетона. Так, при возведении первого элемента
сооружения центрального стакана — цилиндрического
653
ствола (отм. О—63 м) был применен способ бетонирова-
ния в подвижном тепляке (рис. 16.3, поз. V), хорошо за-
рекомендовавший себя при возведении в зимних усло-
виях монолитных железобетонных труб. При бетонирова-
нии двух массивных элементов — диафрагмовых колец
(отм. 42 и 63 м) башни были использованы объемные
стационарные тепляки.
При возведении других элементов телебашни были
впервые применены новые способы теплового воздейст-
вия на бетон: двухсторонний электрообогрев в трехъярус-
ной опалубке с одновременным обогревом бетона в объ-
еме двух поясов; комбинированный обогрев бетона.
Электрообогрев в трехъярусной опалубке (рис. 16.3,
поз. //) был разработан для условий возведения оболоч-
ки (отм. 16,3—63 м) конусного основания башни.
При применении одноярусного обогрева в зоне рабо-
чих швов наблюдается понижение температуры, особен-
но значительное при толщине стенки более 300 мм. Тем-
пературное поле при двухстороннем обогреве пояса вы-
сотой 1 м и толщиной стенки 500 мм показано на модели
(рис. 16.4, а).
При расчетной температуре наружного воздуха
—20° С разность температур между центральной зоной
и верхним торцом пояса составила 40—50° С. Помимо
возникающих при этом температурных напряжений и
возможных деформаций низкие значения температур в
зоне шва бетонирования вызывают недобор прочности бе-
тона перед замораживанием. Кроме того, при возведении
сооружений с одноярусным обогревом бетона наблюда-
ются неизбежные продолжительные перерывы в обогреве,
вызванные подготовкой к бетонированию очередного по-
яса сооружения (8—16 ч). За этот период бетон в ранее
прогретом поясе охлаждается и возникает опасность его
замерзания, что исключает укладку бетона очередного
пояса сооружения.
Все эти недостатки устраняются при применении
двухъярусного обогрева, при котором производится одно-
временный обогрев бетона в объеме двух поясов соору-
жения. В верхнем и среднем ярусах опалубки бетон про-
гревается при температуре 45° С, а нижний ярус опалуб-
ки выполняет роль теплоизоляции, обеспечивая медлен-
ное охлаждение бетона после прогрева.
Характер температурного поля в зоне рабочего шва
бетонирования при двухъярусном обогреве резко изме-
654
Рис. 16.3. Методы теплового воздействия на бетон при возведении
телебашни в зимних условиях
/ — односторонний электрообогрев и тепляк при возведении опор —«ног*;
// — двусторонний электрообогрев оболочки конусного основания в трехъярус-
ной опалубке; /// — объемный тепляк при бетонировании диафрагмы;
IV — объемный тепляк и односторонний электрообогрев при бетонировании
диафрагмового кольца; V — подвижной тепляк при возведении стакана;
VI— комбинированный обогрев бетона высотного ствола; / — отопительный
агрегат; 2 — паропровод; 3—конденсатоотводчик; 4 — конденсатопровод;
5 — патрубок, через который подается пар для увлажнения воздуха; 6—щит
автоматики; 7 — трансформатор типа ТМО-50; 8 — провода низкого напряже-
ния; 9 — термосигналйзатор; 10 — сигнальная линия; // — щит опалубки с тер-
мовкладышем; 12 — кабель высокого напряжения; 13 — промежуточный бачок;
/4 — гибкий рукав паропровода; 15 — гибкий рукав конденсатопровода
няется (рис. 16.4,6). Практически обеспечивается равно-
мерность поля в объеме двух поясов, что особенно важно
для формирования плотного шва бетонирования. Обогрев
Рис. 16.4. Температурные поля в
стенке оболочки при одновремен-
ном обогреве бетона в объеме
а — одного пояса; б — двух поясов
в два яруса позволяет
вместе с тем значитель-
но увеличить темпы
возведения сооруже-
ния в зимних усло-
виях. Так, при воз-
ведении оболочки ко-
нусного основания при
следующем режиме те-
плового воздействия:
4-часовое выдержива-
ние свсжеуложеипого
бетона в опалубке при
20—25° С, 5—6-часовой
подъем температуры до
45°С 13-часовой изо-
термический прогрев и
остывание в течение
2 ч, применение двухъ-
ярусного обогрева да-
вало возможность обес-
печить скорость бето-
нирования оболочки до
1,5—2 м/сут.
Каждая система
электроснабжения со-
стояла из понизитель-
ного трансформатора
(ТМО-50), комплекта
автоматики для регу-
лирования температу-
ры, кабельных линий-
стояков, распределенных проводов и подводок к нагре-
вателям термовкладышей.
С точки зрения необходимости сохранения высоких
технических свойств бетона, особенно в зонах швов бе-
тонирования, оказалось более рациональным снизить
температуру изотермического прогрева до 30° С и произ-
водить двухъярусный обогрев бетона в течение 64—72 ч.
Для защиты торца от значительного охлаждения при
столь умеренных температурах бетона наиболее эффек-
.656
тивным решением оказалось смещение шва бетонирова-
ния на 10 см ниже верхней кромки опалубки. В этом слу-
чае снижается теплосъем при обдувании, а открытые
верхние зоны нагретых щитов опалубки обеспечивают
инфракрасное облучение торца стены, повышая его тем-
пературу на 10—15° С.
В целях предотвращения превышения температуры
изотермического прогрева были широко применены си-
стемы автоматического регулирования температуры бе-
тона.
Прочность бетона после обогрева колебалась в преде-
лах 26—33 МПа, а в 28-суточном возрасте составляла
38—41,5 МПа. В целом в зимних условиях уложено в
оболочку конусной части 1086 м3 бетона из общего объе-
ма 2150 м3, причем скорость возведения оболочки в лет-
них и зимних условиях была практически одина-
кова.
Комбинированный обогрев (см. рис. 16.3, поз. VI) бе-
тона был разработан для возведения высотного ствола
башни (отм. 63—385). Сущность его заключается в том,
что помимо создания в подвижном тепляке положитель-
ных температур воздушной среды (15—20° С) бетонная
смесь, уложенная в металлическую опалубку, подверга-
ется локальному обогреву со стороны наружных панелей
опалубки, оборудованных термовкладышами с электри-
ческими нагревателями.
При выдерживании бетона в подвижном тепляке
температура среды в подвесном покрытии (юбке) на
10—15° С отстает от температуры внутри ствола, что
приводит к раннему замораживанию бетона в защит-
ном слое. Такая опасность особенно велика при работах
на больших высотах (250—380 м) в условиях серьезных
ветровых нагрузок. При комбинированном обогреве это-
го отставания температуры нет.
Применение одностороннего электрообогрсва в усло-
виях подвесного покрытия обеспечивало равпопрочность
бетона по толщине стенки и в случае необходимости соз-
давало резервную систему обогрева, повышая тем са-
мым надежность выдерживания бетона в наиболее от-
ветственном элементе сооружения.
В отличие от применявшейся ранее разборно-щито-
вой опалубки при возведении высотного ствола была
применена крупнопанельная опалубка, позволяющая
производить непрерывное бетонирование секции ствола
42-23
657
высотой 5 м. Для последовательного обогрева бетона
по мере бетонирования секции опалубка была снабжена
четырьмя ярусами термовкладышей.
В условиях зимнего возведения ствола включение элек-
троопалубки резервировалось на случай понижения
температуры в подвесном покрытии тепляка, связанного,
например, с отключением калориферов или с большой
ветровой нагрузкой при низкой температуре наружного
воздуха. Поэтому исследования температурных полей в
бетоне и при электрообогреве ствола проводились при
относительно низких температурах воздушной среды в
тепляке (2—8°С). С целью сохранения расчетной разни-
цы температур между бетоном и воздушной средой (45—
20=25° С) прогрев конструкции ствола был ограничен
температурой 30° С.
При непрерывном бетонировании четырех ярусов
5-метровой секции, которое продолжается 30—36 ч, в
наиболее неблагоприятных условиях находится бетон в
четвертом ярусе, имеющем развитую поверхность охлаж-
дения. Вместе с тем скорость нарастания прочности бе-
тона в этом ярусе предопределяет сроки очередного подъ-
ема опалубки. Применение электрообогрева существенно
улучшает условия твердения бетона в том ярусе, причем
разность температур по толщине 400 мм стенки не пре-
вышает 10—15 ° С. Очередной подъем опалубки произво-
дился через 26—30 ч после окончания бетонирования
четвертого яруса секции.
В целом способ комбинированного обогрева сущест-
венно повысил надежность режимов выдерживания бе-
тона при зимнем бетонировании высотного ствола и обе-
спечил такую же скорость возведения сооружения, как
и в летних условиях. Этот способ применяется в настоя-
щее время при возведении промышленных труб высотой
до 320 м.
Всего при возведении в зимних условиях монолитных
элементов телевизионной башни было уложено 3400 м3
бетона при общем объеме 9500 м3. Примененные способы
и режимы теплового воздействия позволили сохранить
высокие технические свойства бетона.
В практике возведения железобетонных труб в зим-
них условиях нашли применение подвижные тепляки,
создающие благоприятные условия для производства ра-
бот и для твердения бетона.
Подвижной тепляк состоит из двух основных частей—
658
ограждения рабочей площадки (стен и крыши) и подвей-
ного брезентового покрытия.
По способу подвески на талях тепляки разделяются
на два типа: с верхним креплением, т. е. креплением за
крышу, и с нижним креплением, т. е. креплением за ра-
бочую площадку.
Тепляк первого типа имеет те преимущества, что тали
не мешают движению по рабочей площадке и что каркас
в этом случае получается несколько меньшей массы, чем
у тепляка второго типа. Но неудобство его состоит в том,
что для подъема тепляка и опалубки нужно выходить на
крышу. Кроме того, этот тепляк сложнее в изготовлении
и, если монтируется не до начала работ, а на какой-то
высоте, то устройство его требует перевески талей с ра-
бочей площадки на крышу.
Каркас стен у тепляка первого типа представляет со-
бой круглые тяги, подвешенные к верхнему несущему
кольцу. Тяги имеют тальрепы для обеспечения равномер-
ного натяжения.
Каркас тепляка второго типа состоит из радиально
расположенных и соединенных между собой ферм из
уголков. Каркас тепляков обшивается фанерой и брезен-
том (рис. 16.5).
Соединять фанерные листы друг с другом необходимо встык на-
кладками из фанерных полос. В шести или восьми местах по окруж-
ности стены между фанерными листами устраивают разрывы шири-
ной 0,5—0,7 м. Эти разрывы закрывают только брезентовым полот-
нищем, края которого заводят под соседние листы фанеры и крепят
к каркасу. Эти полотнища необходимы для того, чтобы при умень-
шении диаметра тепляка при перемонтаже не было необходимости
раскрывать тепляк и перешивать листы ограждения. В этом случае
ширина разрыва уменьшится, а полотнище сложится в несколько
складок. Крышу также устраивают из листов файеры.
Подвесное брезентовое покрытие делается двухслойным. Между
слоями брезента закладывают веревочную сетку, играющую роль
каркаса. Брезент плотно пришивают к веревкам шпагатом.
Нужно учесть, что тепляк имеет весьма большую парусность.
Ветер давит на него с большой силой и при неправильной сшивке
может порвать брезент. Правильно сшитое покрытие не поддается
разрыву. Для этого нужно так пришить брезент к веревкам, чтобы
он был крепко прижат к ним шпагатом. Если брезент будет прижат
к веревкам слабо, то при порывах ветра шпагат будет резать
брезент.
Особое внимание необходимо обратить на соединение полотнищ
друг с другом. Края полотнища должны быть обернуты вокруг ве-
ревки и плотно прижаты к ней шпагатом.
При соединении полотнищ веревки, зашитые в края, плотно при-
жимают друг к другу и прошивают шпагатом.
42:
659
Рис. 16.5. Подвижной тепляк при возведении железобетонной трубы
/ — подъемник; 2 — металлические фермы шатра; 3— шатер; 4— переносные
щиты; 5 — брезентовый фартук; 6 — подвесное брезентовое покрытие
660
Подвесные брезентовые полотнища имеют длину 8—9 м с тек!,
чтобы после выхода бетона из-под опалубки он мог находиться под
укрытием 3—4 дня. Иногда полотнища изготовляют в мастерских и
их приходится только соединять друг с другом. В большинстве же
случаев полотнища и вшиваемые в них веревочные сетки изготов-
ляют на месте строительства.
Для создания положительной температуры внутри трубы и в
тепляке в трубе устанавливают в качестйе отопительных приборов
паровые калориферы.
Калориферы имеют сильно развитую поверхность нагрева.
Крыльчатый вентилятор, вращающийся от электромотора, прогоняет
воздух через нагретую паром поверхность, увеличивая теплоотдачу
прибора. Количество тепла регулируется вентилем. При избытке теп-
ла мотор вентилятора выключают.
При строительстве дымовых труб в районах с холодной зимой
применяют четыре калорифера. Из них два находятся постоянно вни-
зу, а два устанавливают над рабочей площадкой и переносят вслед
за ней через каждые 10—20 м высоты. Переносные калориферы уста-
навливают обычно в одной из свободных шахт или на площадке
сбоку от шахтоподъемника. Площадка устанавливается на крон-
штейнах, которые хомутами крепятся к стойкам подъемника.
Трубы для подачи и отвода пара от калориферов закрепляют
к стойкам шахтоподъемника хомутами через каждые 2,5 м по высоте.
Трубы наращивают звеньями по 5 м и соединяют при помощи
фланцев.
Калориферы кверху поднимаются с помощью клети шахтоподъ-
емника.
Отработанный пар собирается в конденсационную трубу, присо-
единенную к конденсационному горшку или бочке.
Нельзя выводить конденсатопровод через пробитое в стенке тру-
бы отверстие наружу, так как при этом от конденсата на стволе тру-
бы образуется наледь, которая может вызвать несчастный случай.
Конденсатом может быть также подмочен грунт в основании трубы.
Необходимо внимательно следить за тем, чтобы конденсат нс
просачивался из конденсационных труб и горшков в грунт. Нужно
помнить, что увлажнение грунтов в ряде случаев приводит к не-
равномерной осадке трубы. Особенно опасно такое увлажнение в
случае строительства трубы на лессовидном грунте.
Аналогично бетонируются силосные корпуса элеваторов и це-
ментных заводов. Для сооружения труб и силосов следует приме-
нять быстротвердеющие цементы if бетоны.
При строительстве железобетонных силосов цемент-
ного завода в Вежбицс (Польша) по предложению Ежи
Гжимека применялся разработанный им мелкокристал-
лический алитовый портландцемент. Этот цемент, вы-
пускаемый Грошевитским заводом, отличается быстрым
твердением и высокой прочностью.
В США подвижные брезентовые тепляки применяют
при возведении самых разнообразных сооружений (ан-
гар, мостовые арки).
Бетонирование в брезентовых тепляках применяется
во многих странах. Это можно было наблюдать при воз-
661
ведении жилых многоэтажных зданий в различных го-
родах в Финляндии. По мере возведения стен из моно-
литного железобетона с наружным слоем из газобетон-
ных мелких блоков поэтажно устраивали брезентовые
тепляки (рис. 16.6). Тепляки отапливались внутри за
счет сжигания в печах и жаровнях отходов древесины.
Так как все несущие конструкции стен и перекрытий
выполняются из монолитного железобетона, после пере-
мещения тепляка на следующий этаж внутри помеще-
ний продолжается обогрев для поддержания положи-
тельных температур.
В Финляндии до последнего времени преобладало
применение монолитного железобетона. В последние го-
ды стало развиваться производство сборного железобе-
тона, в том числе домостроение из крупных панелей.
В этом отношении финские специалисты заимствовали
опыт стран Западной Европы и Советского Союза.
В Донецке из монолитного железобетона построено
оригинальное сооружение гостиницы «Шахтер». Моно-
литный железобетонный купол гостиницы возводился
с устройством тепляков. Купол опорного растянутого
кольца диаметром 32 м имеет верхнее сжатое кольцо,
предназначенное для устройства фонаря (рис. 16.7).
Толщина купола переменная: 80 мм у опорного кольца
и 60 мм — в основной части. Купол армирован сеткой
из стержней диаметром 8 мм, к которой приварены за-
кладные детали для крепления подвесного потолка.
Бетонирование производилось в тепляке при темпе-
ратурах наружного воздуха —5... —10° С. До начала бе-
тонирования были возведены стены и перекрытия вспо-
могательных помещений по контуру зала, что свело теп-
лопотери к минимуму.
Для поддержания температуры бетона 15... 20° С по-
догретый воздух подавался с температурой 27° С тремя
калориферами на дизельном топливе.
Бетонирование верхнего и нижнего колец, имеющих
достаточную массивность, осуществлялось с электропро-
гревом. Укладка бетона на крутых участках с вибраци-
ей оказалась затруднительной, поэтому был применен
пневматический набрызг. Бетон после набрызга выдер-
живался в местных тепляках, температура в которых
поддерживалась в течение двух недель (рис. 16.8). При-
менялся бетон марки 300, состава 1 : 1 : 1,5, а портланд-
662
Рис. 16.6. Бетонирование монолитных несущих конструкции жилого
здания в брезентовых тепляках (Финляндия). Наружный слой бе-
тонных стен выложен из газобетонных мелких блоков
Рис. 16.7 Купол пресс-центра гостиницы «Шахтер», построенной
р тепляках (Донецк)
66
цемент марки 400 Амвросиевского цементного комбина-
та. Кроме контроля за температурным режимом твер-
дения бетона лаборатория проводила испытание конт-
рольных образцов [65]. Анализ результатов испытаний
показал, что прочность бетона была близка к проектной
марке.
Рис. 16.8. Температур-
ные условия при тверде-
нии бетона в тепляке ку-
пола пресс-центра гости-
ницы «Шахтер»-
/ — температура в тепляке;
2 — то же, в бетоне; 3 — то,
же, наружного воздуха
Продольный разрез по падине
на; 3— желоб для подачи
бетонной смеси
Бетонирование туннелей, трубопроводов, подпорных
стенок, ленточных фундаментов, имеющих большую про-
тяженность, обычно производится участками за одни
или несколько суток. В этих случаях желательно ис-
пользовать стенки траншей или котлованов в качестве
естественных боковых ограждений. Устройство таких
тепляков очень легко осуществляется путем закрытия
траншей любыми имеющимися материалами (рис. 16.9).
По мере продвижения фронта работ и соответствующего
выдерживания бетона тепляки могут передвигаться с
помощью лебедки или тягача. Учитывая простоту кон-
струкции, ручная разборка, и переноска его не пред-
ставляет больших трудностей. Тепляк такого типа удоб*
664
Ид обогревать печами-времянками, а при наличии пара
или электроэнергии — путем подачи в них пара или уста-
новки электронагревательных приборов. При глубоком
заложении бетонируемых конструкций может быть ис-
пользована теплота грунта, что возможно, если дно кот-
лована ниже глубины промерзания. Интенсивность отоп-
ления и продолжительность использования тепляков на
одном участке зависит от температуры наружного воз-
духа, качества применяемых цементов, применения уско-
рителей твердения [51].
ПРОИЗВОДСТВО ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
В ПЛОСКИХ ТЕПЛЯКАХ
Плоские тепляки обычно устраивают для выдержи-
вания бетона в перекрытиях, опирающихся по перимет-
ру стен. В этих случаях арматуру и опалубку пе-
рекрытия укладывают на открытом воздухе и за-
крывают их сверху. Образующееся замкнутое про-
странство начинают обогревать за сутки до укладки
бетона.
При бетонировании перекрытия каждая забетониро-
ванная часть его должна быть снова сейчас же покры-
та брезентом или соломитовыми матами, укладываемы-
ми по доскам на ребро. Между верхом плиты и тепло-
ограждением промежуток должен составлять около
20 см. Для доступа тепла в получаемое пространство
снизу в опалубке и бетоне плит устраивают отверстия.
Через эти отверстия поступает теплый воздух или пар и
обогревает плиты сверху.
В качестве примера выдерживания перекрытия в
плоских тепляках можно привести устройство железобе-
тонного перекрытия над подвалом (рис. 16.10). Перекры-
тие и бутовая кладка, сложенная способом заморажи-
вания, обогревались печами, установленными в закры-
том подвале. Бетон сверху был укрыт щитами и опил-
ками.
При возведении высотных зданий в ряде случаев пло-
ские тепляки применялись для кирпичной кладки с об-
лицовкой из керамических блоков (рис. 16.11). Железо-
бетонные работы выполнялись при помощи электропро-
грева бетона без использования тепляков.
На стройках в КНР применяются несколько отлич-
ные от других тепляки. Их там часто устраивают для за-
665
Рис. 16.10. Тепляк для обогрева же-
лезобетонного перекрытия и бутовой
кладки
1 — бутобетонная стенка; 2 — бруски 5Х
Х5 см; 3—опилки слоем 10 см; 4 — щиты
из досок 2,5 см; 5—отверстие в плите для
обогрева; 6 — воздушная прослойка; 7—же-
лезобетон
Рис. 16.11. Плоский тепляк, применяв-
шийся в зимнее время при производ-
стве железобетонных и каменных ра-
бот на высотных зданиях
Рис. 16.12. Строительство промышленного здания в объемном теп-
ляке (Япония)
щиты бетона не только от мороза, но и от проливных
дождей.
Тепляки устраивают с применением легких термоизо-
ляционных материалов (в частности, тонкого фиброли-
та). Леса и тепляки по секциям сооружаются с исполь-
зованием бамбука. Температура наружного воздуха зи-
мой снижается до —30° С. В зимнее время в Китае строи-
тельные работы ведутся с использованием методов, раз-
работанных в Советском Союзе.
В Японии при возведении зданий в зимний период
часто применяют объемные тепляки. На рис. 16.12 по-
казан общий вид тепляка из брезента, устроенного над
всем строящимся промышленным зданием.
ГЛАВА 17
ПАРОПРОГРЕВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Паропрогрев и обогрев бетона в монолитных конст-
рукциях в зимних условиях применяется с целью защиты
его от мороза и ускорения твердения. Пар используется
для обогрева бетона в паровых рубашках путем пропус-
ка его по трубам, закладываемым внутри конструкции,
созданием паровой бани в замкнутом пространстве (на-
пример, при бетонировании емкостей, фундаментов).
Очень часто материалы, составляющие бетон, подогре-
ваются паром.
В начале 70-х годов в СССР, Голландии, Дании,
Польше, ГДР, ФРГ начал применяться способ пароразо-
грева бетонных смесей перед'укладкой. Первые годы пе-
рехода на круглогодичное строительство в СССР, когда
еще не были разработаны такие эффективные методы,
как электропрогрев, применение сборных конструкций
и бетонов, твердеющих на морозе, пропаривание находи-
ло значительное применение при зимнем бетонировании.
В последние годы паропрогрев применяется реже на
зимних стройках в связи с большими затруднениями при
бетонировании вертикальных конструкций в паровых ру-
башках, а также образованием конденсата, который вы-
зывает наледи и нарушает нормальный режим теплового
воздействия на бетон.
667
Однако полностью отказываться, от метода паропро-
грева и обогрева бетона в монолитных конструкциях не
следует. Пар, как теплоноситель, является сравнительно
недорогим и на зимних стройках неизбежно применяется
для обогрева помещений, калориферного обогрева тепля-
ков, подогрева материалов. В тех случаях, когда бетон-
ная смесь разогревается паром в закрытых бетоносмеси-
тельных агрегатах, этот метод может применяться само-
стоятельно. Иногда при наличии парового хозяйства
паропрогрев следует применять в сочетании с другими
методами там, где это эффективно по технико-экономиче^
ским соображениям.
После постановления о всемерном развитии производ-
ства сборного бетона и железобетона в стране пропари-
вание и обогрев конструкций паром явились основным
методом ускорения твердения бетона в заводских усло-
виях. При этом достигается максимальное использование
производственных площадей, повышение оборачиваемо-
сти форм и дорогостоящего оборудования. В связи с
развитием производства сборного железобетона в стра-
не автором совместно с коллективом сотрудников лабора-
тории (Л. А. Малининой, Е. Н. Малинским и др.), начи-
ная с конца 50-х годов, были проведены многочислен-
ные исследования физических изменений, в частности
структуры бетона, подвергаемого пропариванию, раз-
работаны новые, сокращенные режимы пропаривания
и предложения по повышению физико-механических
свойств бетона.
ПРОПАРИВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ В ПАРОВЫХ РУБАШКАХ
Пропаривание монолитных конструкций осуществля-
ется в паровых рубашках из теса или фанеры, обитых
с внутренней стороны толем. Для уменьшения продува-
емости щели коробов должны быть проконопачены, а
если это необходимо, то сами короба и другие элементы
пароограждения должны быть обернуты толем, брезен-
том или шевелином. При пропаривании вертикальных
конструкций паровая рубашка должна иметь по высоте
глухие перегородки, образующие отсеки не более 3 м.
Подачей пара в каждый отсек можно добиться более
равномерного обогрева конструкций по всей высоте.
При устройстве паровых рубашек, образующих с
опалубкой конструкций замкнутое пространство, необ-
668
ходнмо стремиться к уменьшению зазора между ними
(не более 15 см). Пар следует пускать в рубашку снизу.
При прогреве паром ребристых перекрытий следует
устраивать по низу балок дополнительную сплошную
подшивку: после забетонирования каждого участка
перекрытия плиту закрывают сверху утепляющим сло-
Рис. 17.1. Утепление опалубки при устройстве железобетонного пе-
рекрытия методом пропаривания (ь паровых рубашках)
1 — щит паровой рубашки размером 72X320 см; 2 — толь; 3 — паропровод длч
обогрева опалубки; 4 — хомут для подвески короба утепления
ем, а между опалубкой плиты и подшивкой пускают пар
(рис. 17.1). Утепляющий слой на перекрытие лучше
класть с устройством воздушной прослойки, а в плите
перекрытия делать отверстия для пропуска пара снизу.
Отверстия оставляют размером 10X10 см на каждые
10—15 м2.
Пропаривание следует начинать немедленно после
окончания бетонирования конструкции или ее части, от-
деляемой отсеком паровой рубашки. При пропаривании
горизонтальных элементов конструкций (рандбалок, под-
крановых балок и т. п.) пар подается в паровую рубаш-
ку через каждые 1,5—2 м по длине элемента.
Конструкции следует бетонировать без значительных
перерывов во избежание замерзания ранее уложенной
части бетона. Температура бетонной смеси, уложенной
в конструкцию к началу пропаривания, должна быть
не ниже 5° G
669
Пар в паровые рубашки во избежание замерзания
бетона должен подаваться непрерывно.
При пропаривании конструкций, в особенности фун-
даментов, необходимо обеспечить отвод конденсацион-
ной воды. При возведении фундаментов на лёссовидных
грунтах накопившийся за время пропаривания лед дол-
жен быть до оттепели удален.
Замерзание увлажненных пучинистых грунтов мо-
жет также вызвать деформации в возведенных на них
конструкциях.
ПРОГРЕВ БЕТОНА ПАРОПРОВОДАМИ,
ЗАЛОЖЕННЫМИ ВНУТРИ КОНСТРУКЦИЙ
Для уменьшения расхода пара и лесоматериалов на
единицу объема пропариваемых конструкций техниче-
скими условиями допускается обогревать конструкции
паром изнутри. Обогрев бетона и железобетона изнутри
осуществляется пропусканием пара по трубам или кана-
лам, образуемым внутри конструкций. При больших мо-
розах для уменьшения температурного перепада в кон-
струкциях опалубку следует защищать теплоизоляцион-
ными материалами.
При пропаривании изнутри бетонную смесь вначале
укладывают в колонны до низа балок перекрытия, а за-
тем в перекрытие вместе с оставшейся частью колонн
на этом уровне.
Отдельно расположенные балки, ригели и тому по-
добные конструкции прогревают паром сразу на всю их
длину. Железобетонное перекрытие в целом подвергает-
ся обогреву обычным способом в паровых рубашках.
Арматуру и другие выступающие закладные метал-
лические части обогревают впуском пара в специальные
колпаки из гибких материалов, устраиваемые над бето-
ном вокруг выступающих металлических частей; разме-
ры колпаков должны быть достаточны для поддержания
положительной температуры в верхнем слое бетона и
прилегающей части металла.
Пар от подводящего трубопровода подается через
вентили. Трубы могут применяться диаметром 12—50 мм.
При закладке в ригелях, балках и других конструк-
циях труб большого сечения их соединяют в виде гребен-
ки с общим вводом пара. Для удаления конденсата из
670
РиС. 17.2. Обогрев железобетонной колоннь!
с жесткой арматурой паром изнутри
/ — газовая труба d=l,2 см; 2 —опалубка; 3 — мест-
ное укрытие из мешковины; 4 — жесткая арматура,
швеллер № 30; 5 — трубка для измерения температу-
ры; 6 — впуск пара из шланга
горизонтально закладываемых труб
делается уклон V200, а в колоннах кон-
денсат удаляют через нижний конец
выступающей трубы.
Прогрев бетона изнутри конструк-
ций вместо периферийного обогрева в
паровых рубашках требует расхода
дефицитных газовых труб. Поэтому в
процессе пропаривания желательно
извлекать трубы из бетона, а не оста-
влять их там. Чтобы облегчить извле-
чение труб из бетона, поверхность их
смазывают тавотом, машинным мас-
лом или зеленым мылом; во время
прогрева трубы повертывают, а затем
вытаскивают при помощи ключа (спо-
соб, примененный на постройке в Муроме).
Если трубы не могут быть извлечены из бетона для
последующего использования, то разрешается применять
бракованные и бывшие в употреблении трубы.
Зимой 1940/41 г. на строительстве многоэтажного до-
ма в Москве пропаривание конструкций изнутри приме-
нялось при бетонировании железобетонных колонн с
жесткой арматурой. Этот опыт представляет определен-
ный интерес. При наличии жесткой арматуры необходи-
мо было найти способ устранения интенсивной теплоот-
дачи через выступающую арматуру. Жесткая арматура,
как видно из рис. 17.2, состояла из двух швеллеров
№ 30 в каждой колонне сечением 80X80 см. Швеллеры
для большей жесткости были соединены между собой
сварными планками и монтировались на все 6—7 эта-
жей. Одновременно с жесткой арматурой колонны со-
держали и гибкую арматуру. Опалубка применялась
толщиной 38 мм без утепления.
Для обогрева колонн одновременно с установкой
гибкой арматуры ставили на место 12-миллиметровые
газовые бракованные или бывшие в употреблении тру-
671
бы. После установки труб на место приступали к опа-
лубочным работам, а затем после 3—5-часового обогрева
арматуры и опалубки начинали укладку бетонной смеси.
Для обогрева арматуры выше уровня бетона в колонне применя-
ли колпаки из мешковины. Благодаря такому пропариванию нулевая
точка температуры отдалялась на 0,5—1 м от верха колпака.
Для бетонирования колонн применялся бетон марки 170 на шла-
копортландцементе марки 300. Расход цемента па 1 м3 бетопа со-
ставлял 320 кг. Песок доставлялся среднезерпистый, москворецкий;
в качестве крупного заполнителя применяли гравий.
Для ускорения твердения бетопа добавляли соляной кислоты
1—2% массы цемента. Техническая соляная кислота концентрацией
24—27% доставлялась в бутылях вместимостью по 25 л. Соляную
кислоту растворяли на бетонном заводе в бочках вместимостью 200—
300 л. Концентрация раствора не превышала 5—10%. При загрузке
в бетоносмеситель вначале вливали воду, затем соляной раствор
(мерным черпаком) и далее остальные материалы. Песок и гравий
перед употреблением обогревались на паровых трубах.
Температура бетона при укладке достигала 14—18° С. Укладку
бетона производили с применением вибрирования. Начиная с момен-
та бетонирования, измеряли температуру наружного воздуха, карка-
са наверху и на границе со старым бетоном, а также в наиболее
характерных точках самого бетона.
В процессе работы проведено наблюдение за температурным ре-
жимом ряда колонн, которые бетонировались группами по 4 шт.
Можно привести пример бетонирования колонн, температура в
которых измерялась на глубине 12,5; 7,5 и 4,5 см со стороны паровой
трубы. На разрезе колонны (см. рис. 17.2) показан типовой случай
расположения отверстий и глубины их заложения.
Из рис. 17.3 видно, что наиболее высокая температура была на
глубине 12,5 см (у трубы), где опа достигала 58°С, температура бе-
тона на глубине 7,5 см составляла 32—44° С, на глубине 4,5 см она
была равна 27—32° С, а в ребре колонны снижалась до 18—20° С.
Обогрев бетона продолжался 4—5 суток.
После окончания обогрева колонны были распалублены; при
осмотре никаких деформаций и трещин не наблюдалось.
Чтобы определить прочность прогретого бетона при сжатии, па-
раллельно с конструкциями изготовлялись в деревянных формах
контрольные бетонные кубики размером 20X20X20 см. Образцы
прогревали одновременно с конструкциями.
Добавка соляной кислоты через семь дней повысила прочность
бетона на 10—15%, а через 30 дней не изменила прочности бетона.
В зимний период 1940/41 и 1941/42 гг. на строитель-
стве одного из заводов железобетонные конструкции ряда
цехов прогревались при помощи газовых труб, заклады-
ваемых внутрь бетона. Пар подавался низкого давления.
Газовые трубы диаметром 38—50 мм закладывали одно-
временно с установкой арматуры. Необходимое количе-
ство и диаметр труб определяли теплотехническим рас-
четом. В колоннах газовые трубы устанавливали на всю
высоту колонн; при этом для выпуска конденсата делали
672
отводы труб, не доходя 10 см до ранее забетонированно-
го фундамента. При вводе пара из магистрального тру-
бопровода в каждую трубу на верху колонны устанавли-
вали вентили для регулирования подачи пара. В балках
трубы укладывали также на всю длину с уклоном в сто-
рону движения пара V200; не доходя до конца балки на
10—15 см, трубы отводили вниз для выпуска конденсата.
Рис. 17.3. Темпера-
турный режим в ко-
лонне с жесткой ар-
матурой при паро-
прогреве трубами
1 — на глубине 12,5 см
(около трубки); 2 — то
же, 7,5 см; 3 — 4,5 см;
4 — угол на глубине
7,5 см; 5—каркас под
колпаком; 6 — каркас
над колпаком; 7 — тем-
пература наружного воз-
духа
В ригелях и балках большого сечения несколько труб
объединяли общей парораспределительной гребенкой
(рис. 17.4). При укладке бетонной смеси в опалубку вы-
соких балок, когда неизбежно приходилось делать пере-
рывы, бетонирование прерывали с таким расчетом, что-
бы слой бетона сверху труб не превышал 10—15 см.
Вся разводка пара осуществлялась сверху. Впуск па-
ра в заложенные трубы начинали перед укладкой бетона
в конструкции, чтобы предварительно обогреть арматуру
и опалубку. Подъем температуры бетона до 45—50° С
продолжался около 8 ч; на этом уровне прогрев произ-
водился 36 ч. После выключения пара охлаждение бето-
на в опалубке продолжалось не менее 40 ч. Опалубку
конструкций не утепляли.
Во избежание появления трещин и большой подсуш-
ки бетона вокруг труб подъем температуры выше 60° С
категорически запрещался. Контроль за температурным
режимом в конструкциях осуществлялся путем закладки
термометров в трех местах: на расстоянии 3 см от труб,
43—23
673
непосредственно под опалубкой и посередине между опа-
лубкой и трубой.
Недостатком прогрева конструкций через заложен-
ные внутри них трубы является неравномерность распре-
деления температур. Как показали наблюдения, при под-
держании температуры бетона вокруг труб на уровне
45—58° С на поверхности бетона (под опалубкой) обыч-
Рис. 17.4. Разводка пара в теле железобетонных балок с примене-
нием гребенок (из труб)
/ — разводящий паропровод; 2— лоток для стока конденсата; 3—вентили для
регулировки пара
но устанавливается температура 10—15° С. Следователь-
но, температурный перепад достигает 30—40° С. Подоб-
ная зависимость неоднократно отмечалась при электро-
прогреве и других способах прогрева. Поэтому вопрос
о неравнопрочности бетона в теле бетонируемых зимой
конструкций подлежит специальному изучению.
674
ПРОПАРИВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ
Классическое применение метод пропаривания на-
шел при изготовлении элементов сборных бетонных и
железобетонных конструкций в заводских условиях.
В этой области другие методы прогрева в редких случа-
ях могут конкурировать с применением пара. Аналогич-
но заводскому способу обработки конструкций в каме-
рах пропаривания на строительных площадках нередко
производится пропаривание отдельных элементов сбор-
ных конструкций на полигонах и в переносных камерах,
собираемых у места монтажа конструкций. Камеры со-
стоят из отдельных щитов, которые можно переносить
и собирать над элементами, бетонируемыми отдельно
или группируемыми по нескольку штук.
Щиты делают из теса или фанеры с обивкой толем и
прокладкой теплоизоляционным материалом, а также из
фибролита или соломита. Толь должен быть расположен
так, чтобы предохранить теплоизоляционный слой от ув-
лажнения.
Для уменьшения выдувания тепла стыки между от-
дельными щитами должны быть перекрыты нащельными
досками с прокладкой войлока, смоченного в глиняном
растворе. В случае применения брезентового укрытия
соединения между отдельными полотнами брезента осу-
ществляют путем плотной сшивки их между собой или
перекрытия одного полотна другим на достаточную ши-
рину.
Для уменьшения расхода пара необходимо:
размещать при бетонировании элементы возможно
ближе друг к другу, желательно в три ряда и более по
высоте;
обеспечить хорошее обтекание конструкций паром
плотность ограждений камеры.
Немедленно после окончания бетонирования послед-
него элемента в группе камера должна быть закрыта
и в нее должен быть пущен пар.
На строительстве высотного здания гостиницы «Ук-
раина» в Москве сборные железобетонные элементы
круглый год изготовлялись на двух полигонах, соору-
женных на самой строительной площадке. На одном
полигоне изготовлялись крупнопанельные плиты пере-
крытий площадью до 25 м2, на другом производилось
43:
675
обетонирование двутавровых стальных балок. Основа-
нием полигона служил деревянный настил из 50-милли-
метровых досок, на котором устанавливали пакетную
опалубку.
Бетонную смесь укладывали в опалубку с переносных
лотков, уплотнение смеси производилось вибратором с
гибким валом типа И-21.
При бетонировании сооружений и конструкций, удоб-
ных для закрытия и пуска пара внутрь образуемого теп-
ляка, следует прибегать к созданию паровой бани. В ка-
честве примера можно привести бетонирование зимой
1942/43 г. на строительстве резервуара холодильника.
Другие способы оказались менее пригодными, чем про-
паривание железобетона изнутри отдельных секций ре-
зервуара. В отдельные секции резервуара пар подавался
шлангом.
Произведенные замеры температуры внутри железо-
бетонных стенок показали, что температура бетона до-
стигла 30° С. Для уменьшения теплопотерь железобетон-
ная плита перекрытия резервуара засыпалась слоем
шлака, а наружная опалубка стенок утеплялась. Созда-
нием паровой бани часто пользуются при бетонировании
фундаментов в дренирующих грунтах. В этих случаях
замкнутое пространство образуется простым укрытием
котлована.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ТАБЛИЦЫ РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН
Таблица 1
Расчетная температура наружного воздуха и скорость ветра
для зимнего периода для различных пунктов территории СССР
по месяцам
Пункты	Месяцы									Скорость ветра, м/с
	IX	1 х	XI	XII	1 I	II	III	1 IV	V	
Абакан	—	— 11,2	—21,2	—32,6	—36,2	—32,1	—27,9	—12,9	—	6,5
Актогай (Казах- ская ССР)	—	0	—22,2	—28,8	—34	—32,8	—23,3	0	—	4,4
Актюбинск (Ка- захская ССР)	—	0	— 17,5	—24,9	—25,65	—27,3	—19,6	—6,8	—	7,4
Алдан (Якутская АССР)	—	— 17,1	—29,8	—38,9	—39,2	—36,6	—26,6	— 16,4	0	4,1
Аральск (Казах- ская ССР)	—		—12	—20	—27	—27,8	— 14,4	—	—	7,4
Архангельск		-6,7	—12,5	—20,8	—23,7	—22,8	—19,5	-10,65	—	5,9
Ашхабад	—	—	—	0	0	0	—	—	—	2,8
Аян (Хабаровский край)	—	0	—22,05	-29	—30,5	—28,1	—23	— 15	0	4,2
Барнаул	—	—9,9	—20,7	—28,5	—31,2	—29	—22,6	— 12,2	—	5,9
Баку	—	—	—	—	0	0	—	—	—	8,4
Продолжение табл. 1
Пункты	Месяцы									Скорость, ветра, м/с
	IX I	х !	XI |	XII	I	” 1	111 1	IV	1 V	
Братск	—	—15	—24,7	—35,8	—38,2	—35,9	—28,4	— 14	—	3,4
Брест (Белорус- ская ССР)	—	—	—5,8	—11,5	— 12,5	— 13	-8,9	—	—	5,2
Владивосток	—	—	— 10,2	—20,3	—23	— 18,4	— 11,3	0	—	9
Воркута	0	— 14	—27,2	—33,8	—33,9	—33,5	—31,1	—21,4	— 12,6	Ю,1
Воронеж	—	—	—9,2	— 17,4	—20,5	—19	— 13,3	—	—	5,4
Вилюйск (Якут- ская АССР)	0	—19,2	—38,4	—51,5	—49,8	—43,2	—34,2	—22,2	0	3
Верхотурье (Сверд- ловская обл.)	—	— 10,9	—20,2	—29,4	—29,8	—29,1	—23,8	—11	—	4,4
Верхоянск (Якут- ская АССР)	— 10,4	—27,8	—50,4	—58,3	-64,9	—51,6	—46,3	—30	—10,8	2,1
Витим	—	— 15,1	—33,4	—34,3	—45,6	—39,2	—31,8	—20,1	—	4,9
Гурьев (Казахская ССР)	—	—3,1	—9,9	— 16,3	-20,5	—21	—12,3	—	—	7,8
Джарджан (Якут- ская АССР)	—6	—23,5	—40,7	—51,7	—54,6	—45,6	—35,6	—25,1	—10,4	6,1
Ессей (Краснояр- ский край)	—8,1	—22,3	—41,6	—51,2	—50,8	—48,2	—40,3	—29	—16,2	3,7
Енисейск (Красно- ярский край)	—	—11,5	—26,4	—37,3	—34,7	—33,2	—26,4	— 15,6	—	3,7
Жиганск (Якут- ская АССР)	0	— 19,9	—41,1	—49,8	—52,9	—47,1	—36,6	—24,6	— 10,4	5,1
Зайсан (Казахская ССР)	—	—	20,9	—28,9	—18,5	—27,7	—18,2	—	—	2,7
Зырянка (Якут- ская АССР)	—6,7	—20,6	—42	—49,25	—48,5	—46,7	—40,6	—26,2	—9,6	4,3
Ивдель (Свердлов- ская обл.)	—9,3	— 10,8	—23,8	—29,9	—33,9	—30,9	—24,3	—13	—	4,4
Илирней (Мага- данская обл.)		—26,3	—38,4	—49,7	—48,7	—47,7	—40,6	—32	— 15,5	4,3
Калининград	—	—	0	—7,6	—14,8	—12,5	— 10	—	—	4,5
Караганда	0	-9,8	—18,8	—28,8	—30,8	—28,6	—20,6	—8,7	—	7,7
Каракуль (Тад- жикская ССР)		— 13,9	—21,2	—26,5	—30,8	—28,8	—23,7	— 16,1	-9,8	5,2
Кемь (Карельская АССР) Кзыл-Орда (Ка-		—5,2	— Н,7	—18,9	—23,2	—22,7	— 19,5	— 10,4	—	4,8
		—	-11,9	— 16,4	—21,2	— 18,7	— 11,2	—	—	6,5
захская ССР) Киев	—	—	—6,4	— 12	— 15,6	—16	-8,8	—	—	4,3
Киров	—	—5,4	— 16,5	—24,7	—25,7	—24,3	—16,6	-7,9	—	5,3
Комсомольск-на- Амуре	—	—6,6	—20,2	—32,6	—35,4	—31,3	—21,9	—9,4	—	5,7
Котлас (Архан- гельская обл.)		—7,8	—15,8	—23,2	—26,9	—24,1	—20,7	—11,4	—	5,6
Краснодар	—	—	—	—10,7	— 14,4	—14,6	0	—	—	3,6
680
Продолжение табл. 1
Пункты	Месяцы									Скорость ветра, м/с
	IX I	X 1	XI |	XII |	I	II	Ш	IV I	V	
Красноярск	—	—9,5	—21,3	—28,6	—29,9	—33,1	—20,3	—9,9	—	6,2
Крест-Халджай (Якутская АССР)	0	—28,7	—42,1	—54,7	—55,8	—49,5	—36,5	—22,2	—5,8	4,9
Кустанай (Казах- ская ССР)	—	—9,8	— 17,4	—27	—31	—29,9	—23,6	—9,4		5,8
Кызыл (Тувинская АССР)	—	— 12,3	—27	—30,5	—43,1	—41,4	—41,1	— 13,2		1,7
Лярьяк (Тюмен- ская обл.)		— 11,6	—29	—35,2	—35,8	—33,3	—27,9	— 16,1	—8,5	4,5
Ленинград	—	0	—8,5	—14,9	— 17,9	— 19,1	— 13,5	—7,05	—	4,2
Львов	—		0	—9	— 14,1	— 11,9	— 10,3	—	—	6,4
Магадан	—	— 10,6	—21,7	—25,3	—30,9	—28,8	—24,25	— 13,3	—5,5	6,6
Минск	—	—	—6,7	-13,1	— 17,4	—16,2	—12,3	—	—	5,4
Москва	—	—	—8	—19,1	—20,4	-19,1	— 13,2	-4,5		4,9
Могоча (Читин- ская обл.)	—	— 19,5	—32,1	—42,2	—44,7	—40	—32,6	— 17,1		5,2
Мурманск	—	—6,3	— 13,2	—18,4	—20,1	— 18,1	-15,6	— 10,8	0	7,5
Нарын (Киргиз- ская ССР)	—	—	— 13,8	—23,9	—26,8	—23,4	— 14,55			1,7
Нарьян-Мар (Ар- хангельская обл.)		— 11	—21,4	—28,95	—30,9	—33,2	—28,5	— 18,3	— 10,6	6,3
Николаевск-на- Амуре	—	—9,8	—23,3	—33,2	—33,4	—31,6	—25,6	— 14	0	4,3
Норильск		— 14,7	—30,5	—34,1	—37,1	—36,9	—29,1	—22,4	—8,8	6,6
Новосибирск		—8,9	—23,9	—29,8	—34,1	—29,1	—22,1	— 10,7	—	5,7
Одесса				— 11	— 11	— 11,1	0	—		8,5
Оленек (Якутская АССР)	—10,8	—25,8	—44,5	—51,8	—56,5	—51,3	—42,2	—29,2	— 14,5	2,4
Омолон (Магадан- ская обл.)	— 10,7	—22,7	—42,4	—51	—53,8	—53,4	—45,4	—29,5	— 13,3	4,2
Омск	—	—9,2	—22,5	—3	—32,2	—31,7	—22,9	— 11,1	—	5,1
Оренбург		0	— 15,4	—23	—28	—27,3	— 18,75	-6,3	—	6,1
Ош (Киргизская ССР)	—		0	—9,6	— 13,7	— 10,7	—	—	—	1,8
Павлодар (Казах- ская ССР)		—7,6	— 19,8	—27,7	—33,1	—32,6	—23,8	—9,4	—	6,7
Петропавловск (Казахская ССР)		—9,9	— 19,7	—30,35	-30	—29,9	—24,35	— 14,7	—	6,9
Петропавловск- Камчатский	—	0	—9,5	— 13,7	— 17,4	— 17,2	— 13,3	—6,2	0	7,6
Пермь		—8,6	— 17,7	— 19	—27,9	—24,4	—19,4	—7,4		3,6
Печора (Коми АССР)		—9,7	—23,5	31,6	—33,4	—31,5	—27,9	— 17,3	0	5,5
Помоздино (Коми АССР)		— 10,6	— 19,5	—29	—29,5	—27,5	—23,5	— 12,4	—	5,5
g Продолжение табл. 1
Пункты	Месяцы									Скорость ветра, м/с
	IX	X I	XI	XII	I 1	1 "	111 1	1 IV	1 v	
Псков	—	—	—7	-17,5	—24,2	— 18,9	— 15,5	0	—	4,8
Пудино (Томская обл.)	—	—10,8	—23,1	—32,2	—35,85	—31,8	—26,35	— 15,4	—	3,9
Рига	—	—	—5,6	— 13,2	— 13,2	—15,8	—12,3	0	—	4,5
Сангар (Якутская АССР)	—	— 17,7	—38,1	—47,2	—48,6	—44,3	—34,2	—21,3	0	4,9
Саскылах (Якут- ская АССР)	—7,9	—21,7	—39,6	—47,6	—51,1	—47,1	—40,2	—33,3	— 18,3	5,6
Свердловск		—8,5	— 17,1	—27,4	— 16,3	—25,2	— 19,3	—7,8	—	5
Сеймчан (Мага- данская обл.)	—9,8	—27	—42,6	—51,3	-52,2	—48,8	—40,8	—27,5	—9,7	4,9
Семипалатинск	—	—7,5	—20,1	—26,6	—30,7	—28,9	—21,3	—8,3		4,3
Сретенск (Читин- ская обл.)	—	— 14	—28,4	—40,4	—43	—39,3	—28,6	—18,6	—	3,9
Сусамыр (Киргиз- ская ССР)	—	—14,6	—24,4	—32,4	—33,5	—32,5	—26,6	— 15,3		0,5
Сыктывкар (Коми АССР)	—	—8,1	— 17,1	—25,8	—27,7	—26,5	—20,7	— 12,2	—	5,5
Саратов	—	—	— Н,	— 19,7	—21,3	—22,1	— 15			6
Среднеколымск	—7	—20,9	—41,9	—46,6	—48,2	—45	—39,6	—27,7	—12,9	2,9
Тазовский (Тюмен- ская обл.)	—4,1	— 16,4	—32,1	—41,2	—43,6	—40,3	—36,2	—28,7	— 15,7	9,7
Таллин	—	—	5,5	— 11,9	— 12,5	— 16,5	— 10,8	—6,1	—	7,7
Талды Курган	—	—	— 15,6	—20,6	—27,6	—24,9	—13,5		—	2,1
Тарко-Сале (Тю- менская обл.)	—	— 15,5	—33,4	—38,2	—41,4	—39,3	—36,5	—23,1	—11,9	5
Ташауз (Туркмен- ская ССР)		—	0	— 12,2	— 15,2	— 13,2	0		—	3,9
Тайшет (Иркут- ская обл.)		— 15	—25,2	—32,8	—34,4	—32,5	—26,4	— 13,3		6,4
Тбилиси	—			0	0	0			—	3,9
Тобольск (Тюмен- ская обл.)		-*-8	—20,9	—28	-31,3	—28,9	—22,7	-9,7	—	6,3
Томск		—9,3	—23,7	-30,5	—33,4	—29,6	—23,5	— 12,3	—	5,6
Туой-Хая (Якут- ская АССР)	0	—19,3	—40	—50	—50,3	—43,3	—37,3	—23,7	0	3
Тура (Краснояр- ский край)	—7,5	— 18,7	—3,8	—49,8	—50,5	—43,8	—35,6	—23,8	—10,3	2,7
Тургай (Казах- ская ССР)	—	—5,9	-14,5	—25,6	—30,8	—28,0	—30,9	—6,6	—	7,4
Туркестан (Казах- ская ССР)			0	— 16,9	— 15,1	— 15,1		—	—	3,7
683
сг> Продолжение табл. 1
Пункты	Месяцы									Скорость, ветра, м/с
	IX I	X I	XI	XII I	I 1	II 1	III	IV |	V	
Улан-Удэ	—	— 11,4	—21,9	—31,7	—35,5	—32,4	—23,2	-11,1	—	6,1
Усть-Мая (Якут- ская АССР)	—	—19,3	-40,75	-43,3	—52,3	—48,6	—36,7	—20,9	—	2,2
Уральск (Казах- ская ССР) Ухта	—	—7,2	—15,2	—23,65	—24,7	—26,5	— 19	—7,3	—	6,8
Целиноград (Ка- захская ССР)	—	—9,1	—22	—28,3	—31,7	—28,5	—22,95	— 10,6	—	7,7
Чагыл (Туркмен- ская ССР)	—	—	—	—	0	0	—	—	—	6,4
Чара (Читинская обл.)	—	— 18	—35,2	—45,5	—48,5	—44,9	—35,6	—21,5	0	5,2
Чердынь (Перм- ская обл.)	—	—7,9	-19	—25	—27,7	—26,5	— 18,8	—8,1	—	5,5
Чита	—	— 13,7	—25,5	—37,4	—40,3	—37	—26,2	—14,5	—	3,9
Южносахалинск	—	—	— 12,5	—21,7	—26	—28,6	— 19,7	—11,8	—	8,5
Таблица 2
Тепловыделение цементов (Э) различных видов и марок в зависимости от температуры и времени твердения
Вид и марка цемента	Температура, °C	Тепловыделение цементов, кДж/кг, при времени их твердения, сут							
		0,25	0,5	1 1	2	3 1	1 7	14	28
Портландце-	5					25,2	58,6	83,8	167,6	209,5	230,5
мент, 300	10	8,4	25,2	41,9	83,8	125,7	188,6	230,5	272,4
	20	25,2	41,9	75,4	125,7	167,6	230,5	251,4	293,3
	40	50,3	83,8	146,7	188,6	230,5	251,4	293,3	—
	60	83,8	146,7	188,6	230,5	272,4	293,3	—	—
Портландце-	5					29,3	62,9	108,9	188,4	209,5	251,4
мент, 400	10	12,6	25,2	50,3	104,8	146,7	209,5	251,4	293,3
	20	41,9	66,9	104,8	167,6	209,5	272,4	314,3	335,2
	40	83,7	133,9	188,6	230,5	272,4	314,3	335,2	—
	60	129,8	188,4	230,5	272,4	314,3	335,2	—	—
Портландце-	5	12,6	25,2	41,9	88,8	125,7	188,6	230,5	272,4
мент, 500	10	25,2	41,9	62,9	104,8	167,6	251,4	293,3	314,3
	20	41,9	83,8	125,7	188,6	251,4	293,3	335,2	377,1
	40	104,8	167,6	209,5	272,4	293,3	356,2	377,1	—
	60	188,6	230,5	272,4	314,3	356,2	377,1	—	—
Портландце-	5	25,2	33,5	50,3	104,8	146,7	209,5	251,4	314,3
мент быстротвер-	10	33,5	50,3	75,4	125,7	167,6	272,4	335,2	377,1
деющий, 600	20	62,9	104,8	146,7	209,5	293,3	335,2	377,1	419
	40	117,3	188,6	230,5	293,3	335,2	377,1	419	—
	60	209,5	251,4	293,3	335,2	377,1	419	—	—
Шлакопорт- ландцемент и пуц- цолановый порт- ландцемент, 300	5 10 20 40 60	41,9 62,9	12,6 25,2 33,5 75,4 104,8	25,2 33,5 62,9 117,3 146,7	41,9 62,9 125,7 167,6 209,5	62,9 104,8 146,7 209,5 230,5	125,7 167,6 209,5 251,4 272,4	167,6 209,5 251,4 272,4	188,6 230,5 272,4
685
686
Таблица 3
Величины коэффициента теплопередачи (/С) опалубок
различной конструкции
Тип
опалубки
Конструкции опалубки
Материал
опалубки
I
II
III
IV
*1 k4X\\W\S/


Доска
»
Толь
Доска
»
Пенопласт
Фанера
Доска
Толь
Минвата
Фанера
Толщина слоя, мм	Л, Вт/(м2*°С), при скорости ветра, м/с		
	0	5 1	>5
25	2,44	5,2	5,98
40 25	2,03	3,6	3,94
25 25	1,8	3	3,25
30 4 25	0,67	0,8	0,82
50 4	0,87	1,07	1,1
Продолжение табл. 3
Тип
опалубки
Конструкции опалубки
VI
VII1
1 Опалубка типа VII применяется с
Материал опалубки	Толщина слоя, мм	К, Вт/(м2 °C), при скорости ветра, м/с		
		°	1 5	1	15
Металл	3			
Минвата	50	1,02	1,27	1,33
Фанера	4			
Фанера	10			
Асбест	4	2,44	5,!	5,8
Фанера	10			
Толь Опилки	100	0,74	0,89	0,9
Толь Шлак	150	1,27	1,77	1,87
Толь Минвата	50	1,01	1,31	1,37
нагревателем, расположенных^ мех^ду слоями асбеста.
Таблица 4
Величины теплофизических характеристик строительных
и теплоизоляционных материалов
Материалы	Объемная масса в сухом состоянии, кг/м3	Коэффициент тепло- проводности в сухом СОСТОЯНИИ Ло. Вт/(м • °C)	Расчетная величина коэффициента теп- лопроводности Л, Вт/(м • °C)	Удельная теплоем- кость в сухом состо- янии Со, кДж/(кг*°С)
Железобетон, ГОСТ 13015—70 (№б = 3°/о)	2500	1,68	2,03	0,84
Бетон на гравии или щебне из при- родного камня, ГОСТ 13579—68 (1Гб = 3%)	2400	1,56	1,86	0,84
Шлакобетон на топливных (ко- тельных) шлаках и бетон на аглопори- те, ГОСТ 6928—54 (И7б = 8°/о)	1800	0,7	0,93	0,84
То же	800	0,23	0,35	0,84
Шлакобетон на доменных гранули- рованных шлаках	1800	0,58	0,81	0,84
Шлакобетон на доменных гранули- рованных шлаках	1000	0,29	0,41	0,84
Керамзитобетон, ГОСТ 11024—72 (№б = Ю%)	1600	0,52	0,75	0,84
То же	600	0,16	0,23	0,84
	600	0,14	0,29	—
Шлак	800	0,17	0,34	
Бетон на вулка- ническом шлаке (П7б = Ю%)	1200	0,32	0,45	0,97
То же	800	0,2	0,29	0,97
Вата минераль- ная, ГОСТ 4640— 66 (№б = 5°/о)	100	0,04	0,49	0,76
688
44—23
»	300	0,069	0,081	0,92
Маты минерало- Ю0	0,044	0,048	0,76
ватные прошивные,
МРТУ 7-19-68
То же	200	0,053	0,06	0,76
лолужесткие мине-
раловатные на би-
тумном связую-
щем, ГОСТ
12394—66	(№б =
Вата минераль- ная, ГОСТ 4640— 66 (1Гб = 5%) Плиты мягкие, полужесткие и жесткие и минера- ловатные на синте- тическом связую- щем (№б = 5%) То же Плиты мягкие и	Материалы
150 100 175 100	Объемная масса в сухом состоянии, кг/м3
о	о	о	о о	о	о	о 4^	СЛ	4Х	4Х о	—	О	СО	Коэффициент тепло- проводности в сухом СОСТОЯНИИ 1о. Вт/(м-°С)
О	О	О	О О	О	О	О СП	о	сл	сл ND	ND	СЛ	Расчетная величина коэффициента теп- лопроводности X, Вт/(м-°С)
О О	О	О СО ND О	О	О	Удельная теплоем- кость в сухом состо янии Со, кДж/(кг**С)
Продолжение табл. 4
П родолжение табл. 4
Материалы	Объемная масса в сухом состоянии, кг/м3	Коэффициент тепло- пооводности в сухом СОСТОЯНИИ Хо, Вт/(м • °C)	Расчетная величина коэффициента теп- лопроводности X, Вт(м •°C)	Удельная теплоем- кость в сухом состо- янии Со, кДж/(кг-°С)
Дерево				
Хвойные породы (поперек волокон), ГОСТ 8486—66, ГОСТ 9463—72 (Я7в=20%)	50	0,093	0,17	2,52
Лиственные по- роды (поперек во- локон), ГОСТ 9462—71, ГОСТ 2695—62	700	0,104	0,23	2,52
Фанера клееная, ГОСТ 3916—69 (Ц7б = 13%)	600	0,116	0,17	2,52
Плиты древесно- волокнистые и дре- весностружечные, ГОСТ 4591—60, ГОСТ 10632—70 (U76 = 12%)	1000	0,15	0,29	2,1
То же	600	0,104	0,16	2,1
»	400	0,081	0,14	2,1
>	200	0,058	0,08	2,1
Опилки	250	0,069	0,24	
Оргалит	300	0,064	0,16	
Пенопласт пли- точный марки ПС-4 СТУ 9-92-61 (1Гв = 10%)	74	0,041	0,043	1,34
Пенопласт пли- точный марки ПС-1 СТУ 9-91-61 (Гв=10%)	100	0,041	0,043	1,34
То же (1Уб = =5%)	150	0,46	0,49	1,34
690
Продолжение табл. 4
Материалы	Объемная масса в сухом состоянии, кг/м3	Коэффициент тепло- проводности в сухом СОСТОЯНИИ Хо, Вт/(м • °C)	Расчетная величина коэффициента тепло- проводности X, Вт/(м • °C)	Удельная теплоем- кость в сухом состоянии Со, кДж/(кг • °C)
Пенопласт пли- точный	марки ПС-1 СТУ 9-91-61 (И76=5%)	200	0,58	0,60	1,34
Мипора, МРТУ 6-05-1112-68 (Г6=30%)	15	0,041	0,052	1,34
Пенопласт пли- точный ПХВ-1, МРТУ 6-05-1119-69 (Ц7б = 10%)	100	0,046	0,05	1,26
То же	125	0,058	0,062	1,26
Пенопласт пли- точный ПА-1, ВТУ 11-103-64	(№б = = 10%)	75	0,041	0,044	1,26
То же	125	0,046	0,050	1,26
Картон строи- тельный много- слойный «энсонит», ГОСТ 4408—48	650	0,12	0,17	1,34
Рубероид, ГОСТ 10923—64, перга- мин, ГОСТ 2697— 64, толь, ГОСТ 10999—64	600	0,17	0,17	1,47
Сталь	7600	52		
Снег рыхлый су- хой	300	0,29		2,1
Лед	900	2,32		2,1
Примечание. №б — влажность материала, соответствующая
нормальным и влажностным условиям эксплуатации.
44*	69I
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Арбеньев А. С. Зимнее бетонирование с электроразогре-
вом смеси. М., Стройиздат, 1970. 103 с.
2.	А х в е р д о в И. Н., Каплан Э. Л. Влияние раннего замо-
раживания на рост прочности бетона во времени. — «Бетон и желе-
зобетон», 1968, № 2, с. 30—34.
3.	Б е л о в а Л. А. Исследование влияния раннего заморажи-
вания бетона на его структуру и физико-механические свойства. Ав-
тореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн, наук, М., 1972. 24 с.
(НИИЖБ).
4.	Б е с с е р Я. Р. Бетонирование в зимних условиях. Опыт
Главмосстроя. М., 1969, № 84/7—69, сер. 8. 40 с. (ГОСИНТИ).
5.	Бравинский Э. А. Замоноличивание в зимнее время сты-
ков полносборных сооружений бетонами и растворами с добавкой
поташа и нитрита натрия. М., Стройиздат, 1966. 37 с.
6.	Бугрим С. Ф. Исследования по криологии бетона примени-
тельно к условиям Крайнего Севера. Автореф. дис. на соиск. учен,
степени д-ра техн. наук. М., 1974, 48 с. (НИИЖБ).
7.	Брунауэр С., Кантро Д. Л. Химия цементов. Под ред.
X. Ф. У Тейлора. М., Стройиздат, 1964. 214 с.
8.	Булгаков Э. X. Исследование некоторых свойств бетонов
при раннем замораживании. Автореф. дис. на соиск. учен, степени
канд. техн. наук. М., 1965. 16 с. (НИИЖБ).
9.	Вавилов М. В., СоваловИ. Г Зимние строительные ра-
боты. М., Стройиздат, 1932. 291 с.
10.	Г а н и н В. П. Определение прочности бетона, твердевшего
при переменных температурах.— «Бетон и железобетон», 1974, № 8,
с. 29—31.
11.	Гендин В. Я. Электропрогрев в производстве сборных
железобетонных изделий и блоков. М., Стройиздат, 1961. 196 с.
12.	Глазырина Е. Г. Изучение деформаций бетона в про-
цессе замерзания, оттаивания и последующего твердения. — В кн.:
Вопросы общей технологии и ускорения твердения бетона. М., Строй-
издат, 1970, с. 203—209 (НИИЖБ).
13.	Горчаков Г. И., Кап кин М. М., Скрамтаев Б. Г.
Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных
и гидротехнических сооружений. М., Стройиздат, 1965. 194 с.
14.	Г у б о н и н Н. Н., К а г а н В. М., П и н у с Б. И. Длитель-
ное влияние отрицательных температур на прочность бетонов высо-
ких марок—«Бетон и железобетон», 1968, № 11, с. 21—23.
15.	Ершов Д. Ф., Макрушин А. Р. Производство бетон-
ных работ в суровых климатических и вечномерзлых условиях Ви-
люйской ГЭС. — В кн.: Бетоны для строительства плотин и других
гидротехнических сооружений в суровых климатических условиях се-
веро-восточных районов СССР. — «Труды координационных совеща-
ний по гидротехнике ВНИИГ». Вып. 37/27. М.—Л., «Энергия», 1966,
с. 51—66.
16.	ЗаседателевИ. Б., Петров-Денисов В. Г. Теп-
ло- и массообмен в бетоне специальных промышленных сооружений.
М., Стройиздат, 1973. 167 с.
692
17.	Запорожец И. Д., Окороков С. Д., Парий-
с к и й А. А. Тепловыделение бетона. М., Стройиздат, 1966. 314 с.
18.	Иванова О. С. Кинетика нарастания прочности бетона
при замораживании и оттаивании. — «Бетон и железобетон», 1969,
№ 12, с. 6—9.
19.	Иванова О. С. Исследование физико-механических свойств
бетонов и фазового состояния воды в них при замораживании в ран-
нем возрасте. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук.
М., 1967, 21 с. (НИИЖБ).
20.	Калоузек Дж. Третий Международный конгресс по хи-
мии цемента. М., Госстройиздат, 1958. 206 с.
21.	Каплан Э. Л. Исследование механизма изменения проч-
ности бетона при раннем замораживании и последующем твердении.
Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Минск,
1968. 19 с.
22.	Киреенко И. А. Бетонные работы на морозе. Киев, 1919.
168 с.
23.	Киреенко И. А. Бетонные, каменные и штукатурные ра-
боты на морозе. Киев, Госстройиздат УССР, 1962. 271 с.
24.	Коупленд Л. Е., К антро Б. Л., Вербек Г Четвер-
тый Международный конгресс по химии цемента. М., Госстройиздат,
1964, с. 305—322.
25.	Крылов Б. А. Вопросы теории и производства применения
электроэнергии для тепловой обработки бетона в разных темпера-
турных условиях. Автореф. дис. на соиск. учен, степени д-ра техн,
наук. М., 1969, 51 с. (НИИЖБ).
26.	Л а г о й д а А. В., Б у т т Ю. М., Колбасов В. М. Ис-
следования в области химии и технологии силикатов. — «Труды
МХТИ им. Д. И. Менделеева», вып. 45, 1964, с. 55—63.
27.	Ларионова 3. М. Формирование структуры цементного
камня и бетона. М., Стройиздат, 1971, 161 с.
28.	Лерм ит Р Проблемы бетона. М., Госстройиздат, 1958.
293 с.
29.	Л у к ь я н о в В. С. Расчеты температурного режима бетон-
ных и каменных конструкций при зимнем производстве работ. М.,
Трансжелдориздат, 1934. 90 с.
30.	Л у к ь я н о в В. С., С о л о в ь я н ч и к А. Р. Исследование
тепловыделения цемента в термосном калориметре. — В кн.: Методы
экспериментального определения и расчета тепловыделения в бето-
не. М., 1971, с. 45—58 (ВНИПИтеплопроект).
31.	Македонский Г М., Эйдельман С. Я. Опытные
длинные блоки на строительств'е плотин Братской ГЭС. — «Труды
координационных совещаний по гидротехнике ВНИИГ», 1966. № 27,
с. 32—50.
32.	М и р о н о в С. А., К р ы л о в Б. А., И в а н о в а О. С. Твер-
дение бетона при отрицательных температурах. — «Бетон и желе-
зобетон», 1966, № 12, с. 1—4.
33.	Миронов С. А. Разработка теории и методов зимнего бе-
тонирования.— В кн.: Совершенствование методов бетонирования
монолитных конструкций зданий и сооружений, в том числе в зимних
условиях. Красноярск, 1967, вып. 1, с. 1—41.
34.	М и р о н о в С. А., С а а к я н М. О. Твердение легких бе-
тонов на природных заполнителях при отрицательных температу-
рах. — «Бетон и железобетон», 1969, № 3, с. 20—22.
35.	Миронов С. А., Бугрим С. Ф., Станиславова Е. С.
693
Нарастание прочности бетона в контакте с вечномерзлым грунтом.
«Бетон и железобетон», 1971, № 6, с. 3—5.
36.	Миронов С. А. Развитие технического прогресса в желе-
зобетонном строительстве. — В кн.: Проблемы ускорения твердения
бетона и зимнего бетонирования в условиях Восточной Сибири. Ир-
кутск, 1972, с. 1—12.
37.	М и р о н о в С. А., Л а г о й д а А. В. Бетоны, твердевшие
на морозе. М., Стройиздат, 1974. 263 с.
38.	Миронов С. А., Френкель И. М. Ускоренная провер-
ка марки цемента в бетоне и назначение фактора его прочности
(Ц/В). — «Бетон и железобетон», 1971, № 2, с. 39—42.
39.	Миронов С. А., Глазырина Е. Г Влияние раннего
замораживания на прочностные и деформативные характеристики
бетона. Зимнее бетонирование и тепловая обработка бетона. М.,
Стройиздат, 1975.
40.	М и х а й л о в Б. В., С а з о н о в Н. Ф. Опыт зимнего бе-
тонирования на строительстве Волжской ГЭС имени В. И. Ленина.
Оргэнергострой, 1958. 64 с.
41.	М о д ы л е в с к и й А. В., Еременко В. В., X а л я-
в и н В. М. Опыт применения бетонов с комплексной противомороз-
ной добавкой СПД.— В кн.: Строительство в районах Восточной
Сибири и Крайнего Севера. Красноярский промстройниипроект.
Красноярск, 1973, с. 146—154.
42.	Москвин В. М., К а п к и н М. М., Я р м а ковски й В. Н.
Бетон для суровых климатических условий. М., Стройиздат, 1973.
169 с.
43.	Мчедлов-Петросян О. П., Чернявский В. Л.
Структурообразование и твердение цементных паст и бетонов при
пониженных температурах. Киев, «Буд1вельник», 1974. 186 с.
44.	Невил ль А. М. Свойства бетона. Пер. с англ. М., Строй-
издат, 1972, с. 34—43.
45.	Н е р е н с т П. Воздействие мороза на бетон. — В кн.: Чет-
вертый международный конгресс по химии цемента. М., Стройиздат,
1964, с. 520—540.
46.	Н е п о р о ж н и й П. С. Опыт непрерывного бетонирования
на строительстве гидротехнических сооружений. М., Госстройиздат,
1955. 51 с.
47.	Н е п о р о ж н и й П. С. Возведение крупных бетонных и же-
лезобетонных гидротехнических сооружений. Киев, Госстройиздат
УССР, 1958. 701 с.
48.	Промыслов В. Ф. Развитие индустриального строительст-
ва в Москве. М., Стройиздат, 1967. 338 с.
49.	П а у е р с Т. К. Физические свойства цементного теста и
камня. Четвертый международный конгресс по химии цемента. М.,
Госстройиздат, 1964, с. 293, 402—438.
50.	Р а т и н о в В. Б., Р о з е н б е р г Т. И. Добавки в бетон. М.,
Стройиздат, 1973. 205 с.
51.	Сизов В. Н. Строительные работы в зимних условиях. М.,
Стройиздат, 1961. 628 с.
52.	Симонов М. 3. Основы технологии легких бетонов. М.,
Стройиздат, 1973. 584 с.
53.	Скрамтаев Б. Г., КапкинМ. М. Еремеев Г. Г
К вопросу о методике испытания бетонов на морозостойкость. —
«Труды НИИЖБ», вып. 28. М., Госстройиздат, 1962, с. 77—94.
54.	С о в а л о в И. Г. Исследование, разработка и внедрение эф-
694
фективных методов возведения железобетонных и бетонных сооруже-
ний. Автореф. дис. на соиск. учен, степени д-ра техн. наук. М.,
1968. 127 с.
55.	С т о л ь н и к о в В. В. Исследование по гидротехническому
бетону. М., Энергоиздат, 1962. 329 с.
56.	Тейлор X. и др. Химия цементов. М.» Стройиздат, 1969.
104 с.
57.	Т р и н к е р Б. Д. Бетон и бетонные работы на строительстве
железобетонной опоры высотой 385,5 м. — «Труды ВНИИПИтепло-
проекта», вып. 9, 1969, с. 63—85 (ЦБТИ Минмонтажспецстроя).
58.	Т у р к е с т а н о в Г. А. Пористость цементного камня и ка-
чество бетона. — «Бетон и железобетон», 1964, № 11, с. 514—516.
59.	Усов Б. А. Исследование влияния добавок электролитов на
твердение и свойства пропаренного бетона. Автореф. дис. на соиск.
учен, степени канд. техн. наук. М., 1974. 20 с. (НИИЖБ).
60.	У х о в Е. Н. Исследование температурной области приме-
нения бетонов с противоморозными добавками. Автореф. дис. на
соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., 1972. 21 с. (НИИЖБ).
61.	Шейки н А. Е. Специальные цементы и бетоны. — «Труды
МИИТ», 1971. 170 с.
62.	Ш е с т о п е р о в С. В. К вопросу обоснования замены порт-
ландцемента на шлакопортландцемент в железобетонных изделиях,
подвергаемых тепловлажпостной обработке. —«Труды МАДИ», 1973,
вып. 67, с. 4—11.
63.	Ш и ш к и н А. А., Б р а в и н с к и й Э. А. Замополичивание
стыков панельных зданий зимой бетонов с добавкой нитрита нат-
рия.— «Бетон и железобетон», 1963, № 12, с. 532—537.
64.	Шумилин Ф. Г., П о п к о в и ч Е. И., П л а т у н о в Б. И.
Труды Челябинского политехнического института, 1966, вып. 35. 151 с.
65.	Бетонирование купола методом набрызга в зимних усло-
виях.— «Бетон и железобетон», 1973, № 4, с. 33—35. Авт.:
И. В. В о л ь ф, В. Ф. К о м п а н е е ц, В. Д. Л и х а ч е в и др.
66.	Инструкция по технологии бетонных работ в условиях веч-
номерзлых грунтов (ВСН 2-37-72). Мингазпром, 1972. 49 с.
67.	Инструкция по строительству монолитных железобетонных
промышленных труб. Минмонтажспецстрой, 1970. 167 с.
68.	Производство гидротехнических работ. М., Стройиздат, 1970.
560 с. Авт.: В. С. Э р и с т о в, В. И. А б х а з и, В. А. Во л пин
и др.
69.	Рекомендации по применению бетонов с комплексными про-
тивоморозными добавками на-основе содово-поташных продуктов.
Красноярский Промстройниипроект Минтяжстроя СССР, 1973. 26 с.
70.	Рекомендации по применению в зимних условиях бетонных
смесей, предварительно разогретых электрическим током. М., Строй-
издат, 1969. 32 с.
71.	Руководство по применению бетонов с противоморозными до-
бавками. М., Стройиздат, 1968. 39 с.
72.	Руководство по электротермообработке бетона. М., Стройиз-
дат, 1974. 245 с.
73.	Руководство по повышению морозостойкости бетонных и же-
лезобетонных конструкций для условий Крайнего Севера. М., Строй-
издат, 1973. 16 с.
74.	Экспериментальное исследование сборных железобетонных
оболочек. Красноярское книжное издательство, 1966. 256 с. Авт.:
695
В. П. Абовский, К. Г. Абрамович, Н. А. Глейзер,
А. М. К у л ю ш и н.
75.	А11 n е г W. Einfliiss der Porositat des Zementsteines auf die
Frostwiderstandsfahigkeit des Betons. — «Baustoffindustrie», 1965,
Bd 8, № 12, S. 353—357. Ill., Taf. BibliogrJ 9 Ref.
76.	А г г e d i F. Frost action on concrete permeability and deter-
mination of freezability by permeability measurement. — RILEM, Col-
loque Internat. Durabilite Betons. — Prague, Czechosl. Acad. Sci.,
1962, p. 369—393.
77.	В a s a 11 a A. Ober die Widerstandsfahigkeit designen Betons
gegen Frosteinwirkung. — «Bauingenieur», 1964, № 4, S. 153—156. Ill.,
Taf. Bibliogr.: 3 Ref.
78.	Benjamin I. A., Ratliff G. D. The effect of early free-
zing on low-density aggregate type concrete. — BKH Proc. Amer. Soc.
Test Materials, 1960 (1961), vol. 60, p. 1080—1086.
79.	Cordon W. A. Freething and thawing of concrete, mecha-
nism and control. — <J. of Amer, Concrete Inst.», 1966, vol. 63, № 5,
p. 613—618.
80.	11 a k u r a Chuzo. Electric heating of concrete in winter con-
struction. — J. Amer. Concrete Inst., 1952, vol. 23, № 9, p. 753—67, ill.
81.	L i t v a n G. G. Further Comments on the Mechanism of Frost
Action in cement paste, RILEM, Int. Symp. Durability of Concrete —
1969 Final Report В—139. p. 563—578.
82.	Powers T. C., Basic Consideration Pertaining to Freezing-
and-thawing tests. ASTM, 1955. p. 1132—1155.
83.	RILEM Symposium. Winter concreting. Theory and practice.
Copenhagen. February, 1956. Proceedings. — Copenhagen, 1956, p. 1162.
84.	Symposium on structure of portland cement paste and con-
crete, special report 90. Proceedings. Highway Research Board. Divi-
sion of engineering National Academy of Sciences. — National Acade-
my of Engineering. Washington, 1966, p. 493.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие	3
Введение	6
Раздел первый. Основы теории зимнего бетонирования, крио-
логия бетона	34
Глава Фазовые превращения воды при различных темпера-
турах	34
Основные свойства	и классификация связей воды	35
Глава 2. Гидратация, тепловыделение и структура новообра-
зований при твердении цемента в различных темпе-
ратурных условиях	53
Химико-минералогический состав	цементов	54
Гидратация цемента при положительных температу-
рах	56
Гидратация цемента при отрицательных температу-
рах	67
Тепловыделение цемента при различных темпера-
турах	84
Структура цементного камня	ЮО
Влияние электромагнитного поля на процессы гид-
ратации и структурообразование цементного камня	ПО
Глава 3. Сроки схватывания и пластическая прочность це-
ментного теста	119
Физико-химическая природа схватывания цемента 121
Влияние температуры на сроки схватывания цемента	126
Влияние водоцементного отношения на сроки схва-
тывания цемента	128
Добавки — ускорители сроков схватывания цемента	131
Добавки — замедлители сроков схватывания цемен-
та	133
Пластическая прочность и некоторые физические ха-
рактеристики цементного теста	134
Глава 4. Влияние температуры бетонной смеси на ее конси-
стенцию и прочность бетона	139
Глава 5. Твердение и свойства бетона на различных цемен-
тах и заполнителях в зависимости от температуры 152
Твердение бетона на различных цементах в нор-
мальных условиях	152
Нарастание прочности бетона в течение 12,5 и 20 лет 158
Влияние водоцементного отношения на прочность
бетона .	166
Твердение бетона на различных цементах при тем-
пературах от 1 до 40° С.......................... 171
697
Твердение бетона на различных цементах при темпе-
ратурах от 40 до 100° С	177
Влияние добавки доменных шлаков на прочность
бетона на шлакопортландцементе	.	186
Требования к цементам, заполнителям и добавкам 194
Сравнение физико-механических свойств легких бе-
тонов, подвергнутых тепловой обработке	200
Рекомендуемые режимы тепловой обработки бетона 209
Морозостойкость и проницаемость бетона	217
Глава 6. Влияние отрицательных температур на формирова-
ние структуры и твердение бетона	250
Влияние отрицательных температур на формирова-
ние структуры бетона	..	258
Влияние отрицательных температур на деформатив-
ность и пористость бетона	264
Влияние раннего замораживания на прочностные и
деформативные характеристики бетона	294
Твердение бетона при отрицательных температурах 303
Глава 7. Влияние раннего замораживания на рост прочности
бетонов при последующем твердении	324
Нарастание прочности цементного камня и раствора
после замораживания в раннем возрасте	327
Нарастание прочности бетона после замораживания
в раннем возрасте	327
Влияние раннего замораживания на сцепление
бетона с арматурой	334
Твердение бетона на	различных портландцементах 352
и заполнителях после замораживания при темпера-
туре от —2 до —50°	С	354
Установление критической прочности бетона в зави-
симости от температуры и продолжительности замо-
раживания и от состава бетона	360
Влияние раннего замораживания на свойства легких
бетонов	372
Глава	8.	Твердение	бетона с химическими	добавками	384
Глава	9.	Прочность	бетона в замороженном	состоянии	399
Прочность раствора и бетона в условиях глубокого
холода	406
Глава	10.	Подбор состава бетона	418
Подбор состава бетона по ускоренной оценке каче-
ства цемента в бетоне . .	421
Подбор состава бетона по способу автора .	428
Особенности подбора состава бетона, твердеющего
на морозе	431
Раздел второй. Методы зимнего бетонирования	436
Глава 11. Выбор метода зимнего бетонирования..............436
698
Определение длительности остывания, прочности бе-
тона и температурного режима конструкций	447
Глава 12. Бетонирование по методу термоса	465
Бетонирование с применением глиноземистого це-
мента .	465
Бетонирование гидротехнических сооружений 470
Бетонирование в суровых климатических условиях
и вечномерзлых грунтах	484
Бетонирование фундаментов под доменные печи и
оборудование	491
Бетонирование фундаментов под кузнечные молоты
и прессы .	. .	496
Бетонирование конструкций ТЭЦ .	500
Бетонирование отдельно стоящих фундаментов под
кирпичные пилоны шинной галереи	503
Расширение области применения метода	термоса	505
Использование теплоты грунта при возведении фун-
даментов и подземных сооружений	506
Бетонирование в холодной воде при отрицательной
температуре воздуха	509
Глава 13. Бетонирование применением противоморозных
добавок	519
Выбор вида и определение количества	добавок	519
Установки для приготовления и дозирования хими-
ческих добавок на заводах	526
Опыт применения в строительстве бетонов, твердею-
щих на морозе	532
Глава 14. Электротермообработка монолитных бетонных и же-
лезобетонных конструкций	542
О развитии применения электротермообработки бе-
тона .	542
Электродный метод прогрева бетона	548
Индукционный нагрев железобетонных конструкций 593
Контактный электрообогрев конструкций	597
Предварительный электроразогрев бетонных смесей 603
Обогрев инфракрасными лучами и другие способы
электротермообработки	610
Глава 15. Монтаж и омоноличивание стыков сборных железо-
бетонных конструкций при отрицательных темпера-
турах	612
Монтаж конструкций жилищно-гражданских зданий 612
Монтаж железобетонных конструкций промышлен-
ных зданий и гидротехнических сооружений	619
Прогрев бетона в стыках сборных конструкций	639
Глава 16. Обогрев железобетонных конструкций в тепляках 647
Обогрев зданий и сооружений в объемных тепляках 649
Возведение железобетонных телевизионных башен,
699
дымовых труб, силосов и пилонов в подвижных теп-
ляках	. .	653
Производство железобетонных работ в плоских теп-
ляках	665
Глава 17. Паропрогрев бетонных и железобетонных конст-
рукций	667
Пропаривание	конструкций в паровых рубашках	668
Прогрев бетона паропроводами, заложенными внут-
ри конструкций .	.	.	670
Пропаривание элементов сборных конструкций на
строительной площадке	674
Приложение	677
Список литературы.........................«...	692
СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ МИРОНОВ
ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
Редакция литературы по технологии строительных работ
Зав. редакцией Е. А. Л а р и н а
Редакторы Т. В. К р о ш кин а , О. И. Федосеева
Мл. редактор В. II. Готальская
Внешнее оформление художника О. Г Ротмистрова
Технический редактор Т. М. К а н
Корректор В. А. Быкова
Сдано в набор 15/1—1975 г. Подписано к печати 22/IV—1975 г.
Т-05400. Формат 84Х108’/з2 Д. л. Бумага типографская № 1.
31,71 усл. печ. л. (уч.-изд. 38,95 л.). Тираж 14.000 экз.
Изд. № AVIII-4886. Заказ № 23. Цена в суперобложке —
2 р. 70 к., цена без суперобложки — 2 р. 66 к.
Стройиздат
103006, Москва, Каляевская, 23а
Владимирская типография Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
Гор. Владимир, ул. Победы, д. 18-6.