А.С. АРБЕНЬЕВ, доктор технических наук, профессор,

Б.А. КРЫЛОВ, доктор технических наук, профессор

Рассказывается о разработанном одним из авторов статьи эффективном и энергоэкономичных методе предварительного электроразогрева бетонной смеси с быстрой укладкой в конструкцию, а также о ряде других методов термообработки бетона.

Строительство – это возведение объектов разного назначения из различных материалов. Среди них главное место занимает бетон, материал экологически безопасный, получаемый из простых недорогих природных минералов. Поэтому он существенно дешевле по сравнению с другими строительными материалами. Бетон применяется в огромных масштабах: его ежегодное потребление в мире составляет более 5 млрд куб. м. Практически ни одно сооружение не обходится без его применения. Но, как и любой другой материал, бетон требует хорошего знания его свойств и возможностей. К большому сожалению, целый ряд представителей производственных организаций плохо знают свойства материалов, имеют примитивное представление и об основном строительном материале – бетоне, технологии производства бетонных и железобетонных работ нарушаются грубейшим образом, вследствие чего возникают аварии - даже на строящихся объектах. При этом безбожно завышается стоимость производства работ.

В настоящее время разработана весьма обширная номенклатура бетонов, которые существенно отличаются от бетонов 60-70-летней давности. Разнообразие возводимых современных объектов, подчас весьма сложные условия их эксплуатации, резко возросшие темпы строительства требуют применения бетонов с разнообразными физико-техническими свойствами. Это явилось причиной разработки бетонов, выдерживающих воздействие высоких температур (жаростойкие и огнестойкие) до 1500 0С. Разработаны бетоны радиозащитные высокой плотности массой свыше 2500 кг/м 3. Для облегчения конструкций разработаны легкие бетоны массой 1600 кг/м 3 и менее. Бетоны ячеистые объемной массой от 800 кг/м 3 и ниже являются конструкционными и конструкционно-теплоизоляционными, которые по теплофизическим характеристикам конкурируют с деревом, а ячеистые бетоны с объемной массой 150-200 кг/м 3 (поробетон) обладают высокими теплоизоляционными свойствами, малым водопоглощением и могут плавать в воде. Разработана группа бетонов высокой стойкости при работе в агрессивных средах (кислотостойкие, биоцидные, морозостойкие, полимерные и др.). Особо важную роль стали играть бетоны повышенной прочности 600-800 кг/см 2 и высокопрочные – до 2500 кг/см2.

Для придания бетонам требуемых свойств используются различные химические или минеральные добавки. Их надо грамотно применять и вводить в бетонную смесь в рекомендуемых количествах.

Правильный выбор бетонов и добавок даст возможность возводить конструкции, надежные и долговечные при работе в любых агрессивных и температурно-влажных условиях.

Но не только хорошее знание бетонов и добавок нужно для возведения высококачественных конструкций, необходимо правильно выбрать технологии бетонных работ, приготовления, транспортировки, укладки бетона и обеспечить его выдерживание до достижения требуемых свойств, установленных требованиями СНиП.

Приготовление бетонных смесей в подавляющем большинстве осуществляется в заводских условиях, и составы их лабораториями подбираются в основном правильно. Но бывают случаи, когда по своим свойствам бетонные смеси отклоняются от заводских свойств при нарушениях дозирования или из-за применения некондиционных заполнителей (грязных, нефракционированных и т.п.), что может заметно повлиять на прочностные характеристики и другие свойства затвердевшего бетона. Заводские лаборатории обязаны строго контролировать процесс приготовления бетонов и гарантировать требуемую их марку (класс).

Весьма существенный вопрос – транспортировка бетонной смеси с завода на объект к месту ее укладки в конструкции. В настоящее время бетонная смесь с завода на объект доставляется в автобетоносмесителях. К сожалению, из-за длительности транспортировки (дорожные пробки и т.п.) бетонная смесь начинает загустевать, и ее трудно укладывать. На объекте для придания подвижности в нее добавляют воду или пластифицирующие добавки. Добавлять воду категорически запрещается, поскольку это приводит к увеличению В/Ц и снижению марки (класса) бетона. Введение добавки - суперпластификатора - положения существенно не меняет. Следует учесть, что добавка в количестве 0,5% от массы цемента (С-3) вводится с водой, и ее небольшое количество невозможно тщательно распределить по всей массе бетонной смеси, а лишнее количество воды приводит к увеличению В/Ц. В тех случаях, когда бетонную смесь вынуждены транспортировать на большие расстояния, то целесообразнее или устраивать на объекте собственный бетоносмесительный узел (БСУ), или применять сухие бетонные смеси, вводить в них воду и перемешивать на объекте, установив на стройплощадке только бетоносмесительное оборудование.

Серьезнейшим вопросом в производстве является выдерживание уложенного в конструкцию бетона и обеспечение благоприятных условий для его твердения. На этом этапе технологической цепочки производства бетонных работ огромное влияние оказывают температурные и влажностные условия среды. Надо учесть, что современные высокие темпы возведения монолитных объектов требуют ускоренного твердения бетона, и существующий набор прочности при 20 оС, продолжающийся 28 суток, становится неприемлемым. Поэтому приходится стимулировать твердение, используя различные технологические приемы.

В определенной степени твердения бетона на морозе при температуре до -15 оС и даже до -25 оС обеспечивают противоморозные добавки. Но с их содержанием бетоны твердеют на морозе очень медленно, только через 1-3 месяца достигая прочности не более 50% от проектной. Такое медленное твердение бетона на морозе недопустимо при современных темпах строительства, и противоморозные добавки выгодно зимой применять в небольших количествах (2-3%) для того, чтобы успеть доставить бетонную смесь к месту укладки без ее подмерзания, быстро уложить в опалубку без намерзания на холодные арматуру и палубу. После укладки и уплотнения сразу же бетон следует начать прогревать.

Одним из методов интенсификации твердения бетона является применение химических добавок - ускорителей. К сожалению, существенные добавки этого вида работают только при положительной температуре (до 50 оС) и ускоряют твердение примерно на 20-25% по сравнению с нарастанием прочности при 20 оС. Такого ускорения недостаточно и приходится прибегать к наиболее мощным методам, базирующимся на тепловом воздействии на бетон. В холодное время года без термообработки обеспечить ускоренное твердение бетона невозможно. В нашей стране разработано несколько эффективных методов, однако универсальных нет, и выбрать наиболее экономически и технически целесообразные можно только при хорошем знании возможностей каждого метода.

На сегодня к лучшим прогревным методам относятся: предварительный электроразогрев бетонной смеси, электропрогрев, внутренний прогрев, прогрев в греющей опалубке, конвекционный прогрев теплым воздухом и даже индукционный прогрев.

Предварительный электроразогрев бетонной смеси с быстрой укладкой в конструкцию является одним из наиболее эффективных и энергоэкономичных методов термообработки бетона (разработан в 1958 г. проф. А.С. Арбеньевым). Метод за многие годы применения прошел широчайшую апробацию на крупнейших строках Сибири, Урала и др. и прекрасно себя зарекомендовал. До 1990 г. с его помощью ежегодно укладывалось в монолитные конструкции более 5 млн м 3 бетона. Предварительный электроразогрев значительно усовершенствован А.С. Арбеньевым и Л.М. Колчеданцевым и применяется не только на стройках при возведении монолитных конструкций, но и на заводах при производстве сборных железобетонных изделий. Разогретая за 3-5 минут у места укладки, бетонная смесь позволяет быстро без заметных потерь тепла уложить ее, уплотнить и выдерживать методом термоса для массивных конструкций с Мп до 8. Этот метод был высоко оценен и применяется в ряде стран при производстве сборных и возведении монолитных конструкций. Расход электроэнергии составляет от 30 до 60 кВт.ч/м 3.

Для массивных конструкций с Мп до 5 прекрасно себя зарекомендовал метод термоса, при котором уложенная в конструкцию бетонная смесь за счет экзотермии постепенно разогревается и выделяемого тепла хватает для ускорения твердения бетона и достижения им требуемой прочности. Метод термоса самый недорогой, затраты, при применении которого в монолитном строительстве зимой не превышают 8-10% по сравнению с летним временем.

В зимнее время для прогрева бетона прекрасно себя зарекомендовали электропрогрев (электродный прогрев), затраты энергии при котором составляют 80-100 кВт.ч/м 3. Внутренний прогрев бетона с помощью греющего провода является одним из энергоэкономных для прогрева каркасных конструкций. Расход электроэнергии при его применении не превышает 60-80 кВт.ч/м 3. Электропрогрев и внутренний прогрев являются наиболее экономичными по расходу энергоресурсов и широко применяются в строительстве.

Наряду с указанными методами применяются и другие широко отработанные методы обогрева бетона. Это наружный обогрев в греющей опалубке и конвективный обогрев нагретым воздухом. При применении этих методов расход электроэнергии составляет от 100 до 150 кВт.ч/м 3, но область их применения довольно обширная для прогрева самых разнообразных конструкций.

Применяются в строительстве и другие способы прогрева конструкций - индукционный (прогрев в электромагнитном поле), тепляки, комбинированные методы, но они требуют повышенного расхода энергии, хотя применяются довольно часто в зависимости от вида возводимых конструкций.

Разнообразие перечисленных методов, применяемых в строительстве, дает возможность выбирать самый экономичный и удобный для конкретных конструкций и условий среды. Каждый из них имеет свою наиболее целесообразную область применения, ибо универсальных методов обеспечения ускоренного твердения бетона нет. Надо хорошо знать технические и экономические особенности каждого из них и грамотно применять.

Методы термообработки бетона иногда используют и в летнее время с целью интенсификации строительства сооружений. Характерно, что темпы возведения сооружений из монолитного железобетона в зимнее время при правильно выбранном методе и четкой организации работ, часто выше, чем в теплую погоду.

При строительстве сооружений из монолитного бетона в летнее время при ранней распалубке конструкций часто бетон не набирает проектной прочности. Ошибочно полагают, что при положительной температуре бетон требуемую прочность приобретает, но в летнее время на распалубленную конструкцию оказывает влияние помимо повышенной температуры среды и ее более низкая влажность, а также ветер, способствуют быстрому обезвоживанию бетона и процесс твердения практически прекращается. В дальнейшем даже при поливке конструкций и высыхший бетон твердеть практически не будет, поскольку влага впитывается плохо и только поверхностным слоем. Во избежание этого необходимо в обязательном порядке сразу после распалубки поверхность бетона защищать от влагопотерь. Лучшим способом является нанесение на поверхность бетона пленкообразующего материала из расчета 250-300 г/м 2. В качестве пленкообразующего материала целесообразно применять водорастворимые полимеры, которые после нанесения образуют на поверхности плотную пленку, защищающую бетон от влагопотерь на 85%.

В дальнейшем пленка исчезает, но бетон за это время успевает требуемую прочность приобрести.

В южных районах страны (южнее 50-ой параллели северной широты) существенной экономии традиционных энергоресурсов при производстве бетонных изделий на заводских и построечных полигонах дают возможность вместо пропаривания прогревать бетон солнечной энергией, при этом в течение 4-6 месяцев вообще можно от пропаривания отказаться, а в более прохладные месяцы гелиопрогрев дополнить прогревом традиционными методами. При этом энергоресурсов тратится в 3-4 раза меньше, а главное солнечная энергия берется непосредственно на месте. Изделия, изготовленные по гелиотехнологии, отличаются высоким качеством. До 1990 года в республиках Средней Азии ежегодно по гелиотехнологии производилось свыше 5 млн куб. м сборного железобетона. В России и сейчас в Волгоградской, Астраханской, Ростовской, Краснодарском и Ставропольском краях и в республиках Северного Кавказа гелиотехнологию можно применять круглый год с большой экономией энергоресурсов.

В современном строительстве, выполняемом высокими темпами, как никогда имеет большое значение контроль качества на всех этапах технологической цепочки возведения сооружений и изготовления сборных изделий. К сожалению, с этим дело обстоит неблагополучно, особенно на стройках, где построечных лабораторий на большинстве возводимых объектах нет. Это приводит к большому браку выпускаемой продукции, который на некоторых заводах достигает до 50%. Множество возводимых монолитных конструкций по своему качеству не отвечает требованиям СНиП. Действенного контроля качества, выполняемых операций и готовой продукции архстройконтролем нет. Рабочий персонал, набранный из приезжих в Россию гайстербайтеров, имеет крайне низкую квалификацию, что весьма негативно проявляется на качестве готовой продукции. Решить проблему можно путем установления жесткого контроля за качеством выполненного строительного процесса и возведенных конструкций. Контроль должен быть государственным, распространяемый на все предприятия стройиндутрии и строительство любых объектов независимо от формы собственности. За нарушения требований СНиП и других государственных нормативных документов следует установить серьезные наказания вплоть до закрытия предприятия или строительной организации и привлечения к уголовной ответственности.

Качество конструкций в значительной степени зависит от квалификации персонала. Необходимо на строящихся объектах иметь необходимые нормативные инструктивные материалы, проводить для рабочих регулярно инструктаж, а инженерно-технический персонал следует обязательно отправлять на переподготовку в вузы или в научно-исследовательские институты по крайней мере один раз через 2-3 года.

Как видно из изложенного, эффективное использование бетона в современном строительстве зависит от целого ряда факторов, каждый из которых может оказать большое влияние на качество и долговечность возводимых сооружений, на затраты ресурсов и сроки возведения объектов. С этим материалом строителям весьма долго придется иметь дело, поскольку замены ему в обозримом будущем не видно и следует продолжить его глубокое изучение и совершенствование.