Особенности производства бетонных работ в Северной строительно-климатической зоне

14.1. При подготовке организационно-технической документации по производству железобетонных работ необходимо учитывать:

инженерно-геокриологические условия площадки строительства и принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания зданий и сооружений согласно главе СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;

природно-климатические условия, характеризующиеся длительностью периода стабильных низких температур наружного воздуха, коротким летним периодом;

географическую доступность района строительства и условия доставки и хранения основных компонентов бетонной смеси.

Укладку бетонной смеси при температурах ниже минус 25 - минус 30° необходимо рассматривать как вынужденную меру, ведущую к значительным трудностям в производстве работ, повышенным расходам энергетических ресурсов.

14.2. При выборе оборудования для производства бетонных и железобетонных работ следует учитывать объемы бетонирования, их концентрацию и условия транспортной доступности, а также условия его эксплуатации в различные периоды года.

14.3. Заготовка материалов заполнителей (песка, гравия, щебня) должна производиться заблаговременно в летний период путем складирования в бурты таким образом, чтобы не вызывать снегозаносимости строительной площадки в зимний период и не нарушать мерзлотно-грунтовых условий территории застройки.

Цемент следует хранить в плотных деревянных или металлических емкостях, защищенных от внешних погодных воздействий.

14.4. В районах сосредоточенного строительства цементный клинкер целесообразно доставлять на стройки с последующим его помолом на местах по мере надобности.

14.5. При строительстве по принципу сохранения вечномерзлых грунтов в основании площадки для приготовления бетонной смеси должны размещаться на низовых по рельефу участках, расположенных не ближе 50 м от объектов основного строительства.

14.6. При проектировании составов бетонных смесей должны обеспечиваться повышенные требования по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости конструкций, предназначенных для эксплуатации при расчетных температурах до минус 40 °С и ниже, находящихся в условиях постоянного увлажнения, особенно тяжелых температурно-влажностных условиях их работы в пределах сезоннооттаивающего слоя и у поверхности грунта.

14.7. Минимальные проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости должны приниматься согласно «Руководству по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» (2-е изд. М., Стройиздат, 1978).

14.8. При возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций должны применяться преимущественно бетонные смеси с водоцементным отношением не более 0,4 - 0,5, приготовленные на высокомарочных цементах.

14.9. К бетону, эксплуатируемому в активной зоне грунта, предъявляют повышенные требования по морозостойкости и плотности. Морозостойкость бетона в этой зоне должка быть не ниже 300, 200, 150 для зданий и сооружений соответственно классов I, II и III.

14.10. Для ускорения твердения бетона в вечномерзлых грунтах могут использоваться химические добавки-ускорители. При выборе вида и назначения дозировок химических добавок следует учитывать возможность миграции солей из бетона в грунт, изменение температуры замерзания грунта и как следствие уменьшение несущей способности фундамента. При скальных и непросадочных грунтах основания действие миграции солей из бетона в грунт не учитывается.

14.11. Рекомендуемые дозировки химических добавок - ускорителей твердения при бетонировании в нескальных просадочных грунтах при твердомерзлом их состоянии принимаются согласно табл. 61. При бетонировании конструкций, для которых предусматривается оттаивание основания в период эксплуатации, а также при возведении конструкций на непросадочных и скальных грунтах количество противоморозных добавок следует назначать в соответствии с «Руководством по применению бетонов с противоморозными добавками» (глава 1 - 8, М., Стройиздат, 1978).

Таблица 61

Вид грунта	Количество безводных солей (% массы цемента) при температуре грунта, °С
до -0,6	от -0,6 до -1	от - 1,1 до -1,5	от -1,6 до -3	от -3 до -5
ХК, ФХК, ННХК
Пески	Не допускается
Супеси	То же
Глины	»	-	-
Суглинки	»	-
НКМ, НК
Пески	»
Супеси	»
Глины	»	-	-
Суглинки	»	-

Примечания: 1. Для армированных конструкций количество введения хлористого и фосфатированного хлористого кальция ХК, ФХК не должно превышать 2 % массы цемента.

2. При температурах вечномерзлого грунта ниже минус 5 °С рекомендуется применять сборные сваи. Буронабивные сваи, монолитные фундаменты при этих температурах следует применять с электропрогревом.

3. Применение противоморозных добавок при бетонировании висячих свай разрешается в опытном порядке только при температурах вечномерзлого грунта ниже минус 5 °С с учетом влияния миграции солей в грунт на снижение сопротивления сдвигу по боковой поверхности сваи.

14.12. Для армированных конструкций количество введенных хлористого и фосфатированного хлористого кальция ХК, ФХК не должно превышать 2 % массы цемента.

14.13. При подборе состава бетона без добавок - ускорителей твердения заданная проектом марочная прочность бетона, твердеющего в мерзлых грунтах, должна быть увеличена путем деления на технологический коэффициент, определяемый по табл. 62, с химическими добавками на технологический коэффициент, определенный по табл. 63 и 64.

Таблица 62

Проектная марка бетона	Коэффициент и марка цемента при достижении 100 %-ной прочности в возрасте
месячном	шестимесячном
без предварительного прогрева	с прогревом до 70 % от R 28	без предварительного прогрева	с прогревом до 70 % от R 28
М200 - М300	0,85 500 - 600	0,7 400 - 500	0,75 500 - 600	1 400 - 500
М150	0,6 500 - 600	0,65 400 - 500	0,75 400 - 600	1 300 - 400

Таблица 63

Дозировка химических добавок, % массы цемента	Возраст бетона марок М200 - М300 к моменту достижения заданной прочности, мес	Технологический коэффициент при температуре грунта, °С
от 0 до -2	от 2 до -5
1,5CaCl2 + 1,5NaNO2 + 0,2ССБ		0,8	0,7
	0,9	0,8
	0,95	0,9
2CaCl2 + 2NaNO2 + 0,2ССБ		0,85	0,8
	0,25	0,9
	1,1	1,1

Таблица 64

Рекомендуемая проектная марка бетона	Возраст бетона к моменту достижения заданной марки, сут	Технологический коэффициент при дозировке названных добавок, % массы цемента
ХК	ФХК, ННХК	НК, НКМ
При температуре грунта до -1,5 °С
М300 - М200		0,65	-	-	0,65	-	-
	0,85	-	-	0,7	-	-
		-	-		-	-
М150		0,7	-	-	0,7	-	-
	0,8	-	-	0,75	-	-
		-	-		-	-
При температуре грунта от -1,6 до -3 °С
М300 - М200		0,65	0,7	-	0,65	0,7	-
	0,80		-	0,7	0,9	-
		1,1	-			-
М150		0,7	0,8	-	0,7	0,75	-
	0,8	1,0	-	0,75		-
		1,1	-		1,1	-
При температуре грунта от -3 до -5 °С
М300 - М200		-	0,75	0,8	-	-	0,75
	-			-	-	0,9
	-	1,1	1,1	-	-	1,1
М150		-	0,8	0,85	-	-	0,8
	-	0,9		-	-
	-	1,1		-	-	1,1

14.14. В случае укладки бетона или раствора под воду состав бетонной или растворной смеси следует подбирать с учетом увеличения на 10 % проектной прочности бетона.

14.15. Подбор состава бетонной смеси или раствора (при защемлении сборных свай-стоек) выполняется по рецепту специализированной строительной лаборатории в соответствии с заданной проектом маркой бетона, сроков хранения подвижной бетонной смеси и способа доставки ее на объект, химической агрессивности грунтов строительной площадки, температуры наружного воздуха и грунтового массива в месте укладки смеси, а также условий производства работ при бетонировании (состояния скважины, ее размеры, обводненности и т.д.).

14.16. Материалы, применяемые для приготовления бетонной смеси или раствора для защемления нижнего конца свай-стоек, должны удовлетворять требованиям соответствующих глав СНиП на вяжущие материалы неорганические и добавки для бетонов и растворов, нормам проектирования на бетонные и железобетонные конструкции, а также ГОСТ 10268-70*.

14.17. Транспортирование бетонной смеси должно осуществляться преимущественно автобетоносмесителями или автобетоновозами, оборудованными для эксплуатации при температуре воздуха до минус 40 °С.

Потери тепла и снижение температуры бетонной смеси при использовании отечественных автобетоносмесителей С-1036 (СБ-67) определяют ее формуле

t ^к_б = t ⁰_б - 0,00826 (36,16 - τ) (t _о - t _н.в), (81)

где t ^к_б - температура бетонной смеси в конце периода транспортирования, °С;

t ⁰_б - начальная температура смеси при загрузке, °С;

τ - длительность транспортирования (в пределах 15 - 30 мин);

t _н.в - температура воздуха, °С.

14.18. При организации перевозки бетонной смеси должны учитываться погодные условия (температура воздуха, скорость ветра), условия транспортирования, в том числе скорость, зависящие от снегозаносимости и состояния дорог, наличия пересечений (в том числе железнодорожными путями), вида транспортных средств, наличия или отсутствия обогрева кузова.

14.19. В зимних условиях перевозки бетонной смеси следует производить в автобетоносмесителях с утепленной горловиной и закрывающей ее теплоизоляционной крышкой или организовывать обогрев горловины отработанными газами от двигателя.

14.20. В зимний период при низких температурах воздуха бетонную смесь в конструкции рекомендуется подавать в утепленных бункерах или с помощью бетононасосов зимнего исполнения.

14.21. Укладка бетонной смеси в конструкции на открытом воздухе может производиться при температуре воздуха до минус 40 °С. В особых случаях, не связанных с эксплуатацией грузоподъемных механизмов, бетонная смесь может укладываться при более низких температурах (укладка смеси по хоботам непосредственно из автотранспортных средств).

14.22. Бетонирование должно начинаться сразу после окончания подготовительных работ и по возможности, вестись без перерыва с тщательным уплотнением смеси. Время, необходимое для набора бетоном заданной относительной прочности (без добавок-ускорителей твердения), приведено в табл. 65.

Таблица 65

Средняя температура твердеющего бетона, °С	Время, сут, необходимое для набора прочности, %
Бетон на портландцементе марки 300	Бетон на портландцементе марки 400 - 500	Бетон на шлакопортландцементе марки 300 - 400
											-	-	-	-	-
								5,5					12,5
						1,5		3,5
							1,5	2,5
									3,5		1,5	2,5
	0,5	1,5			-	0,5		1,5	2,5	-					-
	0,5				-	0,5				-		1,5		4,5	-
	0,5				-	0,5	0,5	0,6	1,5	-	0,5			3,5	-

14.23. Для достижения бетоном заданной проектом прочности прежде всего следует рассмотреть возможность использования способа термоса. Возможность и целесообразность применения метода термоса устанавливается теплотехническим расчетом и технико-экономическим обоснованием.

14.24. Для расширения области применения способа термоса рекомендуется осуществлять предварительный разогрев бетонной смеси перед укладкой ее в конструкцию, применять цементы с повышенным тепловыделением и быстротвердеющие химические добавки-ускорители и противоморозные поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также в отдельных случаях можно сочетать термос с электрообогревом конструкций.

14.25. При производстве бетонных и железобетонных работ с применением способа термоса следует пользоваться рекомендациями, изложенными в «Руководстве по зимнему бетонированию с применением метода термоса» (М., Стройиздат, 1975).

14.26. Перед укладкой бетонной смеси после ветреной и снежной погоды в конструкции в обязательном порядке еще раз следует проверять прочность крепления стенок опалубки, а также проектное положение арматурных каркасов и сеток, производить очистку от снега сжатым воздухом.

14.27. В районах с интенсивной снегозаносимостью в зимний период должны приниматься меры по предотвращению снегоотложения при подготовке опалубочных систем и арматуры к бетонированию конструкций на открытом воздухе.

В качестве таких мер могут использоваться:

укрытие опалубки брезентом или полимерными покрытиями;

специальные конструктивные решения опалубок, обеспечивающие снеговыдувающий эффект.

При установке сборно-щитовой опалубки (рис. 65) в районах с интенсивными снегозаносами в начале должен укладываться каркас днища на поддерживающие элементы несущих конструкций - стойки. Затем устанавливают боковые щиты с опиранием их на планки каркаса днища таким образом, что между каркасом и нижней кромкой боковых щитов образуют зазор.

Рис. 65. Последовательность операций по устройству опалубки для снеговыдувающей конструкции бетонирования ростверковых систем

1 - каркас днища; 2 - стойки; 3 - планки каркаса днища; 4 - боковые щиты; 5 - зазор; 6 - нижняя кромка боковых щитов; 7 - элементы настила

Таким образом образуется короб без сплошного настила днища, что исключает отложение снега. Арматурные каркасы устанавливают на планки каркаса днища. Затем непосредственно перед укладкой бетонной смеси, через зазор заводят элементы настила. Элементы настила смонтированы с возможностью горизонтального перемещения, перпендикулярного относительно продольной оси каркаса днища. Укладка элементов настила днища аналогична задвижке крышки пенала. После монтажа настила днища все операции по бетонированию производят обычными методами.

14.28. Для интенсивного использования автобетононасосов необходимо обеспечить фронт опалубочных и арматурных работ. Быстрота маневрирования автобетононасосов как в пределах строительной площадки, так и при переводе машин с объекта на объект зависит от состояния дорог, особенно в зимнее время, когда значительные снежные заносы затрудняют передвижение.

14.29. При эксплуатации автобетононасосов можно выделить три тепловых режима работы: до минус 5°, до минус 25 °С и до минус 40 °С.

Для работы при температурах наружного воздуха до минус 5 °С бетононасосы не требуют дополнительных затрат на утепление. Можно применять обычные бетононасосы. Для работы при отрицательных температурах до минус 25 °С у бетононасосов необходимо утеплять все узлы и детали, которые соприкасаются с бетонной смесью. При этом необходимо особенно герметично по методу термоса утеплять трубопроводы и основные узлы бетононасоса, чтобы сохранить начальную температуру бетона.

Для эксплуатации при экстремальных температурах до минус 40 °С, кроме утепления основных узлов бетононасоса, требуется дополнительно отогрев утепленного бетоновода путем обогрева трубопровода гибкими нагревательными элементами, а также поддержанием этого тепла утеплителем.

14.30. В местах работы автобетононасосов заблаговременно обязательно должна быть доставлена горячая вода в утепленных емкостях или подведены трубы горячего водоснабжения с водоразборной арматурой для промывки бетоноводов. В исключительных случаях допускается подвозка горячей воды водовозными автомобилями в цистернах.

14.31. При выдерживании бетона в конструкциях при температуре наружного воздуха ниже минус 40 °С могут использоваться комбинированные методы зимнего бетонирования:

применение бетонов с противоморозными добавками с электропрогревом бетона и с замедленным остыванием в утепленной опалубке;

применение многооборачиваемых тепляков (особенно из синтетических материалов) в сочетании с электропрогревом бетона и противоморозными добавками.

14.32. При устройстве монолитных фундаментов может использоваться способ укладки бетона враспор с мерзлым грунтом. На просадочных и несцементированных льдом сухих мерзлых грунтах, способных к обрушению, использование способа бетонирования враспор запрещается.

Относительный радиус оттаивания A определяют по формуле

(82)

где a - расстояние от середины конструкции до края оттаявшего грунта по меньшему сечению в плоскости основания, м;

b - расстояние от середины до края конструкции в этом сечении, м;

γ_б - объемный вес уложенного бетона, кг/м³;

B - количество воды затворения в бетонной смеси, кг/м³;

γ_ск - объемный вес скелета грунта, кг/м³;

t _б - температура бетонной смеси в момент укладки, °С;

t _г - температура вечномерзлого грунта в момент укладки бетона, °С;

Δ Э - количество экзотермического тепла, выделяемого килограммом цемента за период твердения бетона, кДж/кг;

Ц - содержание цемента в бетонной смеси, кг/м³;

4300 - расход тепла, кДж, для электропрогрева 1 м³ бетона, принятый условно равным 50 кВт · ч/м³;

h _э - глубина погружения электродов в массив бетона, м;

H - глубина заложения фундаментов, м;

W - влажность грунта по массе, %;

W _н - количества незамерзшей воды в грунте, %;

K _м - доля тепла от уложенного бетона, рассеивающегося в вечно-мерзлом грунте принимается, кДж:

при бетонировании подземной конструкции без выхода ее на дневную поверхность K _м = 1; при выходе на дневную поверхность K = 0,5 при H = 1 - 1,5 h; K = 0,7 при H = 1,5 - 2 h; K = 0,8 при H = 2 - 3 h,

где h - глубина сезонного оттаивания грунтов;

H - глубина заложения фундаментов.

14.33. Для уменьшения оттаивания вечномерзлого грунта в основании фундамента устраивают теплоизоляционные прослойки

Теплоизоляционная прослойка устраивается путем отсыпки на основание слоя сухого песка, по которому укладывают деревянный брусчатый настил (прил. 19).

Толщину оттаявшего слоя в этом случае можно определить по эмпирической формуле

(83)

где δ - толщина теплоизоляционной прослойки, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала прослойки, Вт/(м · °С).

14.34. При бетонировании массивных конструкций с M _п = 3 целесообразно на основание укладывать неразогретую бетонную смесь слоем до 20 - 30 см, по которому затем укладывать слой подогретой бетонной смеси.

14.35. При устройстве свайных фундаментов с замоноличиванием нижнего конца свай-стоек в коренные породы монолитным бетоном (раствором) предусматривается обеспечение набора прочности двумя способами:

электропрогревом стержневыми электродами;

применением раствора с противоморозными добавками, состав которых назначается в зависимости от температуры грунта на уровне нижнего конца сваи и наружного воздуха.

14.36. Перед началом бетонирования необходимо определить остаток шлама в скважинах с помощью металлического щупа, опускаемого на тросике. Остаток шлама не должен превышать 10 см.

14.37. При электропрогреве свая обвязывается электродами из проволоки диаметром 6 - 8 мм с подключением каждого электрода на одну фазу. Для электропрогрева свай дополнительно устанавливаются трансформаторы типа ТМ-100, УПБ-60 и др., прокладываются на колах магистральные и ответвляющие кабельные линии, схема которых показана на рис. 66. Контроль за набором прочности раствора в месте защемления сваи осуществляется по температурному графику, построенному по замерам температуры в термометрической скважине из стальной трубы диаметром 42 мм, устанавливаемой одновременно со сваей.

Рис. 66. Схема размещения оборудования для электропрогрева свай

1 - трансформатор силовой; 2 - кабель типа ГРШ 3×70 + 1×10; 3 - трансформатор понижающий для электропрогрева бетона; 4 - ЯРП; 5 - провод типа АПР 130 - 150 мм²; 6 - провод для коммутации электродов свай типа АС 120 мм²

14.38. Порядок погружения свай-стоек с защемлением нижнего конца в коренные скальные породы, применяемые при этом оборудование, инструмент и материалы приведены в прил. 20.

14.39. При бетонировании конструкций в котлованах подготовленный под бетонирование котлован должен быть защищен от грунтовых вод и атмосферных осадков, а также должны быть приняты меры, чтобы грунт не оттаивал в летний период.

14.40. Бетонирование должно начинаться сразу после окончания подготовки котлована и по возможности вестись без перерыва с тщательным уплотнением смеси. Время, необходимое для набора бетоном заданной относительной прочности (без добавок-ускорителей твердения), приведено в табл. 65.

14.41. Для ускорения твердения бетона в вечномерзлых грунтах могут использоваться химические добавки-ускорители. При выборе вида и назначения, дозировок химических добавок следует учитывать возможность миграции солей из бетона в грунт, снижение температуры замерзания грунта и как следствие уменьшение несущей способности фундамента.

При скальных и непросадочных грунтах основания миграции солей из бетона в грунт не учитывается.

14.42. Рекомендуемые дозировки химических добавок-ускорителей твердения при бетонировании в нескальных просадочных грунтах при твердомерзлом их состоянии принимаются согласно табл. 61.

При бетонировании конструкций, для которых предусматривается оттаивание основания в период эксплуатации, а также при возведении конструкций на непросадочных и скальных грунтах количество противоморозных добавок следует назначать в соответствии с табл. 36.

14.43. Для зимнего производства работ на открытом воздухе конструктивное решение цокольных монолитных перекрытий, опирающихся на свайный фундамент, должно обеспечивать выполнение процесса бетонирования в одну очередь на всю высоту перекрытия.

Применение бетонирования в две очереди, сначала конструкций ростверка, балок, каналов и т.д. с выпуском поперечной арматуры для связи с бетонируемыми объемами второй очереди, не является рациональным при производстве работ.

14.44. Схема организации бетонных работ должна определяться с учетом жестких ограничений на периоды производства работ из-за неблагоприятных условий, разно влияющих на производительность труда (рис. 67).

Рис. 67. График предельных температур t и силы ветра V, при которых запрещено производить бетонные работы на открытом воздухе для прибрежных районов Северной зоны

1 - зона рабочих температурно-ветровых условий; 2 - граница зоны обогрева рабочих; 3 - граница прекращения производства работ

14.45. Условия производства работ по возведению монолитных конструкций, основные способы и технологические схемы, а также сроки производства работ должны назначаться с учетом изменения трудозатрат и стоимости их выполнения от месяцев года и мерзлотно-грунтовых условий площадки строительства.

14.46. Расчетное годовое (квартальное, месячное) количество рабочих смен должно определяться по формуле:

P _см = (Д _к - Д _п - Д _м) K _с, (84)

где Д _к - календарная продолжительность периода года (квартала, месяца), дни;

Д _п - количество праздничных и выходных дней;

Д _м - количество нерабочих дней из-за неблагоприятных метеорологических условий;

K _с - количество рабочих смен в сутки.