Растворы для зимних работ реферат
Обновлено: 30.06.2024
Влияние вида и количества противоморозных добавок и температуры твердения на физико-механические свойства облегчённого цементного камня с микросферами. Действительные температурные условия формирования тампонажного камня в стволе нефтегазовой скважины.
Рубрика | Строительство и архитектура |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 25.09.2018 |
Размер файла | 2,2 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Эффективные облегчённые кладочные и тампонажные растворы для суровых климатических условий
05.23.05 - Строительные материалы и изделия
На правах рукописи
Семенов Вячеслав Сергеевич
Москва 2011
Официальные оппоненты
- доктор технических наук, профессор Орешкин Дмитрий Владимирович
- доктор технических наук, профессор Покровская Елена Николаевна
- кандидат технических наук, с.н.с. Башлыков Николай Фёдорович
Ученый секретарь диссертационного совета Алимов Л.А.
ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Решением проблемы является применение облегчённых цементных кладочных и тампонажных растворов с полыми стеклянными микросферами и противоморозными добавками. Это позволит создать условия для гидратации цемента, сократить сроки строительства, снизить энергоёмкость и трудоёмкость строительства, а также повысить эффективность эксплуатации зданий, нефтяных и газовых скважин.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы явилась разработка эффективных облегчённых цементных кладочных и тампонажных растворов с полыми стеклянными микросферами и противоморозными добавками для суровых климатических условий.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Обосновать возможность разработки облегчённых кладочных и тампонажных растворов с полыми стеклянными микросферами (ПСМС) и противоморозными добавками (ПМД) с требуемыми свойствами;
2. Исследовать действительные температурные условия формирования тампонажного камня в стволе нефтегазовой скважины;
3. Произвести расчёт количества противоморозных добавок в зависимости от состава раствора и температурных условий его применения;
4. Разработать составы облегчённых кладочных и тампонажных растворов с ПСМС и ПМД. Исследовать влияние вида и количества противоморозных добавок, а также температуры твердения на физико-механические свойства облегчённого цементного камня с микросферами;
5. Получить количественные зависимости основных физико-механических свойств облегчённого кладочного раствора с ПСМС и ПМД от расхода и вида противоморозной добавки, температуры твердения и оптимизировать составы;
6. Изучить структуру и новообразования разработанных облегчённых кладочных и тампонажных растворов с ПСМС и ПМД;
7. Разработать технологии приготовления и применения облегчённых кладочных и тампонажных растворов с ПСМС и ПМД, разработать нормативно-технологическую документацию;
8. Произвести опытное внедрение разработанных облегчённых кладочного и тампонажного растворов с ПСМС и ПМД, а также оценить технико-экономический эффект внедрения.
Научная новизна.
1. Обоснована возможность получения эффективного облегчённого тампонажного и кладочного растворов с ПСМС для суровых климатических условий за счёт введения оптимального количества противоморозных добавок для создания условий гидратации портландцемента и образования структуры цементной матрицы из низкоосновных гидросиликатов кальция, которые обеспечивают высокие эксплуатационные показатели растворов;
2. Определены зависимости оптимального расхода противоморозных добавок в составе кладочных и тампонажных растворов с ПСМС от температуры твердения при высоком водоцементном отношении;
3. Получены двухфакторные математические зависимости прочностных характеристик облегчённого кладочного раствора с полыми стеклянными микросферами от расхода и вида противоморозной добавки, а также температуры и сроков твердения;
4. Получены зависимости свойств облегчённых тампонажных и кладочных растворов с ПСМС от их состава при различных температурах твердения;
5. Методами рентгенофазового, микроструктурного и химического анализов выявлены новообразования, изучена структура облегчённых кладочных и тампонажных растворов с ПСМС и ПМД. Доказано, что облегчённые кладочные и тампонажные растворы с ПСМС и ПМД имеют плотную структуру из низкоосновных гидросиликатов кальция и соответствующих новообразований, связанных с использованием противоморозной добавки.
Практическая значимость.
1. Разработана технология и нормативные документы получения облегчённого кладочного и тампонажного растворов с полыми стеклянными микросферами и противоморозными добавками;
2. Разработаны составы облегчённых кладочных растворов с полыми стеклянными микросферами средней плотностью 1085 кг/м3, с прочностью при сжатии 19,8 МПа, при изгибе - 4,4 МПа. Средняя плотность камня в высушенном состоянии - 860 кг/м3. Прочность при сжатии наиболее оптимального состава с добавкой нитрита натрия составляет при температуре минус 5°С: 7 суток - 3,5 МПа, 14 суток - 5,5 МПа, 28 суток - 7,9 МПа; а при температуре минус 10°С: 7 суток - 2,5 МПа, 14 суток - 3,8 МПа, 28 суток - 5,6 МПа. Морозостойкость не менее 50 циклов, коэффициент теплопроводности - 0,1 Вт/(м°С), коэффициент размягчения 0,86.
3. Разработаны составы облегчённых тампонажных растворов с полыми стеклянными микросферами средней плотностью 1080 кг/м3, с прочностью в возрасте 2 суток при сжатии 6,7 МПа, при изгибе - 2,2 МПа. Средняя плотность тампонажного камня в высушенном состоянии - 855 кг/м3. Прочность тампонажного раствора с добавкой поташа и замедлителем схватывания в возрасте 2 суток, сформированного при температуре минус 5°С, при изгибе - 1,2 МПа, при сжатии - 3,0 МПа.
4. Разработана методика испытания тампонажных материалов для арктических скважин, учитывающая действительные температурные условия формирования тампонажного камня в стволе нефтегазовой скважины. Методика предполагает испытание тампонажного раствора не при постоянной отрицательной температуре, как рекомендуют отраслевые руководящие документы, а при её снижении в период ОЗЦ с 20°С до 3°С. Доказано, что такие температурные условия наиболее точно имитируют условия в скважине.
Внедрение результатов исследований.
На основании исследований были разработаны и введены в действие нормативные документы:
1. Технологический регламент на приготовление и применение облегчённого кладочного раствора для зимних работ, Ижевск, 2011 г.;
3. Постоянный технологический регламент на приготовление и применение облегчённого тампонажного раствора для условий ММП №1, Томск, 2011 г.;
Разработанный облегчённый кладочный раствор с ПСМС и ПМД был использован при строительстве жилого дома коттеджного типа для кладки перегородок из пенобетонных блоков в весенне-зимний период в Республике Удмуртия по адресу: Завьяловский район, п. Ягул, ул. Молодёжная, д. 18. Объем внедрения составил 642 м2. Экономический эффект от внедрения составил более 85 тыс. рублей.
Разработанный облегчённый тампонажный раствор с ПСМС и противоморозными добавками был использован при цементировании кондуктора нефтяной скважины № 323/7 Нижневартовского нефтяного месторождения. Объём внедрения составил 42,5 м3. Экономический эффект от внедрения облегчённого тампонажного раствора с полыми стеклянными микросферами, суперпластификатором и противоморозной добавкой составил свыше 230 тысяч рублей.
На защиту выносятся:
1. Обоснование возможности получения эффективных облегчённых тампонажных и кладочных растворов с полыми стеклянными микросферами и противоморозными добавками с требуемыми свойствами для суровых климатических условий;
2. Зависимости оптимального расхода противоморозных добавок в составе кладочных и тампонажных растворов с ПСМС от водоцементного отношения раствора и температуры твердения;
3. Зависимости свойств облегчённых тампонажных и кладочных растворов от их состава при различных температурах и сроках твердения;
4. Двухфакторные математические зависимости прочностных характеристик облегчённого кладочного раствора с полыми стеклянными микросферами от расхода и вида противоморозной добавки, а также температуры и сроков твердения;
5. Результаты рентгенофазового, микроструктурного и химического анализов облегчённых кладочных и тампонажных растворов различных составов с полыми стеклянными микросферами и противоморозными добавками;
6. Методика испытания тампонажных материалов для арктических скважин, учитывающая действительные температурные условия формирования тампонажного камня в стволе нефтегазовой скважины.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 177 наименований, и 6 приложений. Работа изложена на 182 страницах текста, иллюстрирована 29 рисунками, имеет 54 таблицы.
К настоящему времени полые микросферы, в том числе, стеклянные, нашли применение в строительстве в различных теплоизоляционных составах и цементных растворах, в особенности, в тампонажных. В научно-технической литературе заложены научные основы получения эффективных облегчённых тампонажных, кладочных и штукатурных растворов с микросферами, сформированных в стандартных условиях. Изучение научно-технической литературы позволило установить, что до настоящего времени не изучались структура и свойства облегчённых цементных растворов с полыми стеклянными микросферами, сформированных при низких положительных и малых отрицательных температурах (т.е. при температурах -10…+5°С). Данные температуры соответствуют климатическим условиям РФ ранней весны, поздней осени и частично зимы при кладочных работах, а также условиям многолетних мёрзлых пород при цементировании нефтяных и газовых скважин. Для обеспечения гидратации цемента в таких условиях необходимо проведение дополнительных технологических мероприятий. Был проведён анализ существующих способов цементирования нефтегазовых скважин в условиях ММП, а также способов производства кладочных работ в зимних условиях. Установлено, что наиболее экономичным и простым в технологическом плане способом обеспечения условий для гидратации портландцемента является введение в состав растворов противоморозных добавок. Проведен обзор традиционных и современных противоморозных добавок, обобщен опыт их применения, выявлены области и границы их использования в цементных системах. Установлено, что современные противоморозные добавки являются полифункциональными и в качестве противоморозных компонентов по большей части содержат традиционные противоморозные добавки. Весьма эффективными добавками в кладочные растворы являются поташ, нитрит и формиат натрия. Для тампонажных растворов в основном применяются хлориды кальция и натрия. Однако, поташ следует применять совместно с замедлителями схватывания. Более того, известно, что качественный цементный камень можно изготовить только при условиях, обеспечивающих гидратацию цемента для формирования плотной однородной структуры цементного раствора с ПСМС. Объективные данные по этому вопросу нельзя получить без изучения структуры и свойств цементного раствора с ПСМС и противоморозными добавками, сформированного при указанных температурах.
На основании изучения научно-технических предпосылок была предложена научная гипотеза. Поскольку кладочные и тампонажные растворы с ПСМС имеют высокое водоцементное отношение, то было предположено, что введение в раствор оптимального количества противоморозных добавок позволит проводить кладочные работы и цементирование нефтегазовых скважин при низких положительных и малых отрицательных температурах с получением требуемой прочности во времени.
В работе использовалось современное исследовательское оборудование: универсальная сервогидравлическая испытательная машина Advantest 9; электронный растровый микроскоп-микроанализатор Quanta 200 (Швейцария) с системой микроанализа Apollo 40 (Fillips, Нидерланды); рентгеновский дифрактометр XRD-7000 (Shimadzu, Япония) и др. Прочность растворов определялась на образцах-призмах 4х4х16 см. В исследованиях для кладочных растворов в качестве вяжущего применялся портландцемент ПЦ 500-Д0 Старооскольского цементного завода с удельной поверхностью - 3200 см2/г и нормальной густотой цементного теста - 25 %. Для тампонажного раствора использовался тампонажный портландцемент ПЦТ-I-50 бездобавочный, для низких и нормальных температур, производства Сухоложского цементного завода с удельной поверхностью - 3340 см2/г, растекаемостью - 25 см, с прочностью при изгибе через 1 сутки - 8,7 МПа, при сжатии - 34,8 МПа. В качестве наполнителя в работе используются полые стеклянные микросферы 3M™ Glass Bubbles, тип К25 (Бельгия). Полые стеклянные микросферы представляют собой белый сыпучий порошок, состоящий из тонкостенных шариков диаметром 5…60 мкм и толщиной стенки 1…3 мкм. Микросферы обладают низкой средней плотностью, имеют сферическую форму, производятся из натрийборосиликатного стекла. Средняя плотность оболочки микросферы - 2420 кг/м3, коэффициент теплопроводности - 0,05…0,07 Вт/(м°С) при 20 °С, температура размягчения свыше 600 °С. Истинная плотность - 250 кг/м3, насыпная плотность - 110 кг/м3, средний размер - 25…28 мкм, прочность при объёмом сжатии - 5,2 МПа (10 % разрушение).
Исследуемые растворы имели одинаковую подвижность: тампонажные - растекаемость 18…22 см; кладочные растворы - погружение конуса ПК = 8…10 см. Исследовались составы растворов с 15 % ПСМС от массы портландцемента, с суперпластификатором (СП) С-3. Для кладочных растворов определялись средняя плотность, водоудерживающая способность (более 92 %). Сроки схватывания были достаточными. Свойства кладочного раствора без ПМД приведены в таблице 1.
тампонажный цементный добавка противоморозный
Таблица 1 -Свойства облегчённых кладочных растворов с ПСМС, твердевших при (20±2)°С
При температуре окружающего воздуха ниже 0°С невозможно применять обычные строительные растворы, так как вода в них замерзает и прекращаются химические реакции, вызывающие твердение. Чтобы раствор не замерзал, в него вводят специальные противоморозные добавки, снижающие температуру замерзания воды; поташ, нитрит натрия, аммиачную воду и др. Применяют также растворы на молотой негашеной извести, но только в том случае, когда тепловыделение от гашения извести достаточно для того, чтобы предотвратить замерзание раствора.
Растворы с добавлением поташа используют при температуре до —30 °С. Поташ или карбонат калия К2С03 — гигроскопичный и легко растворяющийся в воде порошок белого цвета. Водный раствор поташа — сильная щелочь. Попав на кожу или на слизистые оболочки, поташ может вызвать ожог, поэтому работать с ним нужно осторожно.
В растворы поташ добавляют вместе с водой затворения. Дозировка поташа зависит от температуры наружного воздуха. При температуре наружного воздуха от 0 до —5°С добавляют 5% поташа от массы цемента, при температуре от —6 до — 10°С — 10% и от —16 до —30°С — 15%.
Поташ добавляют в цементные и цементно-глиняные растворы, приготовляемые на портландцементе соблюдая следующие условия: цементные растворы должны быть такого состава, чтобы на одну часть цемента приходилось не менее трех частей заполнителя; в цементных растворах количество глиняного теста не должно превышать 40% объема цемента.
Растворы с поташом приготовляют на составляющих, подогретых с таким расчетом, чтобы температура раствора при укладке была 5…10 °С. Эти растворы используют не позднее чем через 1 ч после их приготовления.
К работе с поташом или растворами, в которые добавлен поташ, допускаются только рабочие, достигшие 18 лет и прошедшие медицинский осмотр и инструктаж. Лица, имеющие повреждения кожных покровов (ожоги, раздражения, царапины), к приготовлению водных растворов поташа не допускаются. Поташ следует хранить в запираемом сухом (желательно отдельном) помещении в таре завода-изготовителя. Посторонним лицам вход в это помещение запрещен. Нельзя принимать пищу в помещениях, где хранится поташ или приготовляется его водный раствор. Приготовлять и работать с водными растворами поташа необходимо в комбинезонах, резиновых сапогах и перчатках, утепленных с внутренней стороны, фартуках. Спецодежду хранят в специальных шкафах. Работать нужно в очках, а внутри помещений — одевать респиратор или противогаз.
Растворы с нитритом натрия применяют при среднесуточных температурах до —15 °С. На стройки нитрит натрия NaN02 поступает в виде порошка или концентрированного раствора. В растворные смеси его вводят в виде раствора малой концентрации с водой затворения. Количество добавляемого нитрита натрия зависит от температуры наружного воздуха. При температуре наружного воздуха до —5 °С — 5%, при температуре от —6 до —9 °С — 8%, от —10 до —15°С— 10%.
Наиболее эффективна добавка нитрита натрия в растворы на портландцементе. Применение нитрита натрия в растворах на шлакопортландцементе снижает скорость нарастания их прочности. Применять нитрит натрия не допускается в растворах на глиноземистом цементе.
Растворы с аммиачной водой применяют при температуре наружного воздуха до —15 °С. Растворы затворяют аммиачной водой 6%-ной концентрации. Если доставленная на стройку аммиачная вода более высокой концентрации, то ее разбавляют водой. Аммиачную воду хранят под навесом в герметически закрытой таре с теплоизоляционной оболочкой. На аммиачной воде можно приготовлять только цементные и цементно-известковые растворы. Для однослойного оштукатуривания бетонных поверхностей берут цементный раствор состава 1 : (2…4), для кирпичных, шлакобетонных и деревянных поверхностей — цементно-известковые растворы состава 1 : 1 : (6…9).
Температура аммиачной воды, как и температура растворов, приготовленных на ней, должна быть (2. . ,5)°С, так как при более высокой температуре аммиак, растворенный в воде, начинает быстро улетучиваться.
При отрицательных температурах строительные растворы приготовляют в отапливаемых помещениях. В песке для приготовления раствора не должно быть смерзшихся комков размером более 1 см и льда. Известковое и глиняное тесто допускают к применению только не подвергавшиеся замерзанию и имеющие температуру не ниже 5 °С. Температура воды должна быть не более 80 °С, а песка — 60 °С, так как при более высокой температуре может произойти так называемое ложное схватывание цемента и растворная смесь потеряет пластичность. Для растворов с химическими добавками песок может быть холодным, но без смерзшихся( комьев. Песок и вода затворения с противоморозной химической добавкой загружают в смеситель и перемешивают в течение 1,5…2 мин, после чего засыпают цемент и продолжают перемешивать еще в течение 2…3 мин.
Замораживание раствора в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности. Это объясняется тем, что свежий раствор насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает неокрепшие внутренние связи, в результате чего структура раствора разрыхляется. Чтобы раствор не замерзал, необходимо либо его подогревать, что в построечных условиях крайне затруднительно, либо предотвращать замерзание в нем воды. Вода в растворной смеси при отрицательных температурах останется в капельно-жидком состоянии в том случае, если в ней растворено большое количество противоморозных добавок: поташа, нитрита натрия, хлористого кальция и др. Иногда в зимних условиях применяют также растворы на молотой негашеной извести, но только в том случае, если тепловыделение от гашения извести достаточно для того, чтобы раствор не замерз.
Применение растворов с противоморозными добавками — наиболее простой и экономичный способ зимнего бетонирования. При данном способе приготовление растворных смесей производят в отапливаемых помещениях.
Поташ или карбонат калия — гигроскопичный и легко растворяющийся в воде порошок белого цвета. Растворы поташа используют в качестве противоморозных при температуре до -30°С. Водный раствор поташа — сильная щелочь, поэтому работать с ним нужно осторожно.
Штукатурные растворы с добавкой поташа не дают высолов и не вызывают коррозионного разрушения металла, поэтому их можно применять при оштукатуривании фасадов и сетчато-армированных конструкций. Дозировка поташа зависит от температуры наружного воздуха и возрастает при снижении температуры. В растворы поташ вводят вместе с водой затворения.
Нитрит натрия поступает на строительство в виде порошка или концентрированного раствора. Его вводят в виде раствора малой концентрации с водой затворения в растворные смеси, используемые при среднесуточных температурах до -15°С. Количество добавляемого нитрита натрия зависит от температуры наружного воздуха.
Добавка нитрита натрия наиболее эффективна в растворах на портландцементе. При ее использовании в растворах на шлакопортландцементе снижается скорость нарастания их прочности. В растворах на глиноземистом цементе нитрит натрия не допускается.
Аммиачная вода поступает обычно в виде растворов высокой концентрации, которые перед применением разбавляют водой до 6%-й концентрации. Аммиачную воду хранят под навесом в герметически закрытой таре с теплоизоляционной оболочкой. На аммиачной воде можно приготавливать только цементные и цементно-известковые растворы, которые твердеют при температуре наружного воздуха до -15°С. Эти растворы не дают высолов. Для однослойного оштукатуривания бетонных поверхностей берут цементный раствор состава 1: (2. 4), для кирпичных, шлакобетонных и деревянных поверхностей — цементно-известковые растворы состава 1:1: (6. 9).
Хлорированную воду приготавливают путем растворения хлорной извести в подогретой до 35°С воде (на 100 дм 3 воды 12. 15 кг хлорной извести). Раствор перемешивают до полного растворения извести. Полученное хлорное молоко ставят на 1,5 . 2 ч для отстаивания, после чего отстой хлорной воды сливают в расходный бак и используют для приготовления раствора.
Растворы на хлорированной воде применяют для наружных штукатурных работ по поверхности с температурой не ниже -25°С без последующего обогрева штукатурки. После затвердевания растворы безвредны, так как в течение 6. 8 сут хлор из них полностью улетучивается.
Строительные растворы для зимних работ. При температуре окружающего воздуха ниже О градусов невозможно применять обычные строительные растворы, так как вода в них замерзает и прекращаются химические реакции, вызывающие твердение. Чтобы раствор не замерзал, в него вводят специальные противоморозные добавки, снижающие температуру замерзания: поташ, нитрит натрия, аммиачную воду и др. Применяют также растворы на молотой негашеной извести, но только в том случае, когда тепловыделение от гашения извести достаточно для того, чтобы предотвратить замерзание раствора.
Растворы с добавлением поташа используют при температуре до -30 градусов. Поташ или карбонат калия представляет собой гигроскопичный и легко растворяющийся в воде порошок белого цвета. Водный раствор поташа является сильной щелочью и может вызвать ожог. Работать с ним нужно осторожно. В растворы поташ добавляют вместе с водой затворения. Дозировка поташа зависит от температуры наружного воздуха. При температуре наружного воздуха от 0 до -5 градусов добавляют 5 % поташа от массы цемента, при температуре от -6 до -10 градусов добавляют 10 % и от -16 до -30 - 15 %.
Добавляют поташ в цементные и цементно-глиняные растворы, приготовляемые на портландцементе, соблюдая следующие условия:
- цементные растворы должны быть такого состава, чтобы на одну часть цемента приходилось не менее трех частей заполнителя;
- в цементных растворах количество глиняного теста не должно превышать 40 % объема цемента.
Растворы с поташом приготовляют на составляющих, подогретых с таким расчетом, чтобы температура раствора при укладке была 5. 10 градусов. Эти растворы используют не позднее чем через час после их приготовления. Работать с ними нужно в комбинезонах, очках, осторожно, соблюдая правила безопасности.
Растворы с нитритом натрия применяют при температуре до -15 градусов. На стройки нитрит натрия поступает в виде порошка или концентрированного раствора. В растворные смеси его вводят в виде раствора малой концентрации с водой затворения. Количество добавляемого нитрита натрия зависит от температуры наружного воздуха. При температуре воздуха до -5 градусов добавляют 5 %, при температуре от -6 до -9 градусов - 8 %, от -10 до -15 ОС добавляют 10 %.
Лучше всего добавлять нитрит натрия в растворы на портландцементе. Применение нитрита натрия в растворах на шлакопортландцементе снижает скорость нарастания их прочности. Не допускается применять нитрит натрия в растворах на глиноземистом цементе.
Растворы с аммиачной водой используют при температуре наружного воздуха до -15. Растворы затворяют аммиачной водой 6 %-ной концентрации. Если доставленная на стройку аммиачная вода более высокой концентрации, ее разбавляют водой. На аммиачной воде можно приготовлять только цементные и цементно-известковые растворы.
Для однослойного оштукатуривания бетонных поверхностей приготовляют цементный раствор состава 1 : (2. 4), для кирпичных, шлакобетонных и деревянных поверхностей - цементно-известковые растворы состава 1:1: (6. 9). Температура аммиачной воды, как и температура растворов, приготовленных на ней, должна быть (2. 5) градусов Цельсия, так как при более высокой температуре аммиак, растворенный в воде, начинает быстро улетучиваться. Хранят аммиачную воду под навесом в герметически закрытой таре теплоизоляционной оболочкой.
При отрицательных температурах строительные растворы приготовляют в отапливаемых помещениях.
На территории, составляющей более 50% нашей страны, зимний период продолжается свыше семи месяцев. Это в основном районы Урала, Сибири, Дальнего востока, Крайнего Севера, в которых с каждым годом объем строительно-монтажных работ увеличивается, и выполнять их приходится в условиях отрицательных температур.
Ликвидация сезонности в строительстве и переход на новые методы ведения строительно-монтажных работ в зимних условиях позволили получить большие экономические выгоды для народного хозяйства нашей страны. Бурное развитие промышленности в районах Сибири, Дальнего востока, Крайнего Севера потребовало от ученых и производственников разработать технические условия и соответствующие указания по производству строительно-монтажных работ при отрицательных температурах. При разработке новых методов ведения земляных, каменных, бетонных и других работ ученые и рационализаторы в комплексе с вопросами технологии и организации строительно-монтажных работ решали вопросы охраны труда.
1. Бетонные работы в зимних условиях
При бетонных работах в условиях отрицательных температур цемент и заполнители бетона практически не изменяются, а в бетонной смеси замерзает вода, что нарушает связь заполнителей с цементом, т. е. прекращается процесс гидратации. Установлено, что уменьшение сцепления бетона с арматурой имеет особенно важное значение для работы конструкций под нагрузкой. Оптимальная температура выдерживания бетонов -20° С.
Сроки распалубливания и загружения бетонных конструкций устанавливаются в соответствии с данными фактического температурного режима, указанного в технологических картах, или после испытания бетона неразрушающими методами. Снятие опалубки и теплозащиты с конструкций, выдержанных по методу термоса, производят не ранее остывания бетона в наружных слоях до 0°С, при электротермообработке - после остывания бетона до температуры, предусмотренной расчетом, при применении противоморозных добавок до температуры, на которую рассчитано количество добавок, - 30, 25, 20% проектной прочности при марке соответственно 200, 300, 400.
Результаты измерения температур записывают в ведомость контроля температур. После снятия опалубки конструкции следует укрывать теплозащитными матами, если разность температур поверхностного слоя бетона и наружного воздуха превышает 20°С для конструкций с модулем поверхности бетона от 2 до 5 и 30°С для конструкций с модулем поверхности 5 и выше.
В соответствии с требованиями СНиП III-В.2-62 выбор метода выдерживания бетона при отрицательных температурах должен производиться при соблюдении следующих условий. Бетонную смесь укладывают в утепленную опалубку (способ термоса), рассчитанную на медленное остывание бетона до получения проектной прочности. Прогрев бетона электрическим током или паром следует применять при бетонировании тонких конструкций, а также в том случае, когда невозможно применить способ термоса, включая химические добавки (ускорители твердения).
Укладываемая бетонная смесь должна быть подвижной. Степень подвижности бетонной смеси зависит от размеров конструкций и их назначения, густоты арматуры и определяется по техническому вискозиметру. В таблице 1 приведена подвижность бетонной смеси при бетонировании различных конструкций.
Назначение бетонной смеси | Осадка конуса, см | Показатель подвижности по техническому вискозиметру, в сек. |
Для подготовки под фундаменты | 1-2 | 35-25 |
Для массивных конструкций с редкой арматурой (в том числе различные подпорные стенки) | 2-4 | 25-15 |
Для плит, балок, колонок (большого и малого сечения) | 4-6 | 15-12 |
Для конструкций, сильно насыщенных арматурой | 6-8 | 12-10 |
Возводимые железобетонные конструкции в условиях отрицательных температур должны иметь следующую минимальную прочность:
колонны, ригели, плиты, подлежащие загрузке - 100% R28 ;
монолитные колонны, балки, плиты (пролетом до 8 М) - 70% R28 ;
бетон для заделки стыков конструкций - 70% R28 ;
бетон для устройства монолитных фундаментов - 50% R28 .
За последние годы были проведены исследования по приготовлению бетонной смеси на холодных заполнителях с добавлением поташа К2 СО3 . При приготовлении бетонной смеси по такому методу цемент должен иметь марку 300 и соответствовать ГОСТ 10178—62. Поташ в бетон следует добавлять в виде водного раствора. Так, при наружной температуре воздуха от +5 до -5°С требуется добавлять поташа в количестве 5%, а при температуре от -5 до -15° С - не более 10%.
При более низких температурах (от -15 и до -20°С) добавление поташа не должно превышать 15%.
Повышенные требования следует предъявлять к бетонной смеси, предназначенной для заделки ответственных стыков конструкций. В таблице 2 приведены виды бетонов и растворов, которые рекомендуется применять для заделки стыков сборных железобетонных конструкций, возводимых в зимних условиях.
Высокопрочные быстротвер-деющие бетоны, приготовленные:
а) на быстротвердеющем цементе
б) с добавкой 3% полуводного цемента и 2% хлористого кальция с виброактивацией цемента в течение 15 - 20 мин
Бетон (раствор) с добавкой:
5% хлористого кальция и
2% хлористого натрия
Климатические условия страны изменяются в широких пределах, например от +10 до - 45°С, поэтому особо важное значение для расчета производственных процессов в зимний период имеет определение средней температуры наружного воздуха.
Электропрогрев и подогрев бетонной смеси с помощью электрического тока широко применяют в строительной практике. При электропрогреве бетона вся электропусковая аппаратура должна быть исправна и надежно заземлена. Зоны прогрева, как правило, ограждают, причем в темное время суток на ограждениях вывешивают сигнальные лампочки. Во время всего периода прогрева бетона электрическим током необходимо назначать дежурного электромонтера, обеспеченного защитными средствами (диэлектрическими перчатками, инструментом с изолирующими ручками, указателями напряжения, диэлектрическими ковриками).
Расход электрической энергии зависит от ряда факторов: продолжительности электропрогрева, объема прогреваемого бетона (конструкции), разности температур наружного воздуха и укладываемой бетонной смеси.
Для расчета режима прогрева бетонной смеси определяют:
мощность электроэнергии для прогрева 1 м 2 опалубки;
мощность электроэнергии для прогрева всей опалубки;
удельный расход электроэнергии на весь объем прогреваемого бетона;
режим прогрева;
длительность остывания бетона.
Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси в зимних условиях.
Бетонную смесь необходимо готовить в отапливаемых бетоносмесительных помещениях (узлах). Для нее рекомендуется применять подогретую воду, оттаянные или подогретые заполнители. При приготовлении бетонной смеси только на подогретой воде необходимо одновременно с заливом примерно половины воды загружать крупный заполнитель и после нескольких оборотов барабана догружать все остальные составляющие (песок, воду и цемент). Продолжительность перемешивания определяется степенью оттаивания заполнителей или подогрева их, а при отсутствии этих показателей продолжительность перемешивания следует увеличить не менее чем на 25% против летней нормы. При транспортировании бетонной смеси следует предусматривать меры, предупреждающие ее охлаждение (укрытие, утепление тары, трубопроводов, а также мест выгрузки), при этом не следует допускать излишних перегрузок смеси.
При бетонировании конструкции в бетонную смесь вводят следующие добавки, понижающие температуру замерзания воды в бетоне:
нитрит натрия (НН) NаNО2 (ГОСТ 19906-74);
хлорид кальция (ХК) СаСl2 (ГОСТ 450—77) + хлорид натрия (ХН) КаСl (ГОСТ 13830—68);
хлорид кальция (ХК)+нитрит натрия (НН);
нитрат кальция (НК) Са(NО3 )2 (ГОСТ 4142—77)+мочевина (М) СО(NН2 )2 (ГОСТ 2081—75Е);
комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной (НКМ) ТУ 6-03-266-70);
нитрит-нитрат кальция (ННК) (ТУ 603-7-04-74)+мочевина (М);
нитрит-нитрат кальция (ННК)+хлорид кальция (ХК);
нитрит-нитрат — хлорид кальция (ННХК) +мочевина (М);
поташ (П) К2 СО3 (ГОСТ 10690—73).
Добавки подбирают на основании данных таблиц 3-5.
Область применения добавок
Рекомендуемое количество противоморозных добавок, % массы цемента
Добавки | Расчетная температура твердения бетона, °С | ||||
0…-5 | -6…-10 | -11…-15 | -16…-20 | -21…-25 | |
Нитрит натрия | ![]() | ![]() | ![]() | - | - |
Хлорид кальция + хлорид натрия | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | - |
Хлорид кальция + нитрит натрия | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
Нитрат кальция + мочевина | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | - |
НКМ | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | - |
Нитрит-нитрат кальция + мочевина | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | - |
Нитрит-нитрат кальция + хлорид кальция | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
ННХК + мочевина | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
Поташ | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
1. Над чертой приведено количество добавок при работе на холодных заполнителях с В/Ц менее 0,5 и на подогретых независимо значения В/Ц; под чертой — при работе на холодных заполнителях с В/Ц более 0,5 и при использовании цементов с содержанием трехкальциевого алюмината 6 % и более.
2. При температуре бетона до -5 °С вместо хлорида натрия можно применять хлорид кальция в количестве до 3 % массы цемента.
Ориентировочные значения прочности бетонов с противоморозными добавками на портландцементах
Читайте также: