Betoonitööd talvel (1)

Kodutöö aines
EPT 0011 Ehitustehnoloogia
Betoonitööd talvel.
Üliõpilane:
RENE BEREZIN
Matr. nr
072208
Juhendaja :
prof . Irene Lill
Töö esitatud:
25.november 2009
Töö arvestatud:

Sisukord.

Sisukord. 2
Sissejuhatus. 3
1. Talvise betoneerimise iseärasused. 4
2. Talvisel betoneerimisel ettevalmistustööd. 5
3. Ehitustehnoloogilised meetodid talviseks betoneerimiseks. 5
3.1 Betoonisegu soojendamine . 6
3.2 Betooni soojendamine. 6
3.2.1 Betooni soojendamine õhuga. 6
3.2.2 Tsemendi kivinemissoojuse ehk eksotermia kasutamine. 7
3.2.3 Betooni soojendamine auruga. 8
3.2.4 Betooni soojendamine elektriga . 8
3.3 Keemiliste lisandite kasutamine. 9
3.3.1 Külmumisvastaste lisandite kasutamine-kiirendajad. 9
9
3.3.2 Külmumistäppi alandavad külmumisvastased lisandid. 10

Sissejuhatus.

Tänapäeval, kiire elutempo juures, kus hoone on vaja kiiresti realiseerida, tuleb tihti ette talvist betoneerimist. Paraku on muutunud tõsiasjaks, et talvel betoonitöid teha on umbes 10-30% kallim, kui teistel aastaaegadel. Seepärast tuleks varakult, ehitustööde ajakava koostamisel, arvestada ajaga , millal betoonitöid alustatakse ja millal need lõpule viiakse. Enamikel juhtudel tehakse kõik olenev planeerides nii, et betoneerimine saaks toimuda soojemate ilmadega, kui aga talvised tööd on vältimatud, tuleb kasutada erimeetmeid ja tehnoloogiaid (N: soojustatud raketise või elektriga betooni sisse jäetavate soojendusjuhtmete kasutamine), et olla kindel, et ka talvetingimustes saavutatakse betooni ja tarindite projektikohane kivistumine. Antud töö käsitlebki erinevate tehnoloogiliste võtete kasutamist talvisel betoneerimisel.

1. Talvise betoneerimise iseärasused.

Talvise betoneerimise ja ideaaltingimustel betoneerimise suurim erinevus on tema kallidus, aja ja ressursi lisakulu, mis tuleb tellijal tasuda. Need tulenevad hooldustöödest, mis on betoonile ettenähtud, kuni betoon saavutab üldjuhul vähemalt 5 MPa suuruse survetugevuse [1]. Vastasel juhul miinustemperatuuril katmata betoonis vesi külmub ja betooni kivinemine seiskub. Samaaegselt põhjustab külmumine vee mahu suurenemise umbes 9% võrra, mille tõttu tekivad betooni sisse väikesed praod . Ajapikku ka need praod täituvad vihmaveega ning juba järgmisel külmumisel võib selline tegevuste jada juba kaasa tuua betooni täieliku kasutamise kõlbmatuse. Selle vältimiseks külma ilmaga betoonitakse kiiresti ning välditakse segu jahutavaid teisaldus- ja käsitsusviise. Betoonisegu pumpamine on tavaliselt parim teisaldusviis, kui soovitakse vältida temperatuurikadu. Tihendatud betoonisegule tehakse võimalikult kiiresti külmakaitse, sest temperatuurikaod suurendavad soojendamisvajadust ja aeglustavad betooni tugevuse arenemist [2]. Siiski katsed näitavad, et kui betoon ei külmu kohe pärast paigaldamist, vaid mõne aja möödumisel , mille jooksul ta on jõudnud omandada teatud kindla tugevuse ( kriitilise tugevuse 5 MPa), siis järgnev külmumine ei avalda olulist mõju pärast sulamist jätkuvatele kivinemisprotsessidele ja betoon saavutab konstruktsioonis ettenähtud tugevuse.[2]
Betooni kivinemise kiirus sõltub paljudest asjaoludest: välistemperatuurist, tuulest , konstruktsiooni paksusest, betooni valutemperatuurist, betooni koostisest, vormist, sisetemperatuurist ja täiendava soojustuse olemasolust (vt. Joonis 1) [3]. Seega peamine põhjus betooni kivinemise kiirusele on temperatuur. On teada, et betoon saavutab normaaltingimustes (+20°C; RH 95%) tugevuse 28 päevaga. Kuid paratamatult esinevad need tingimused Eesti kliimas üsna harva. Selleks on vaja teada, kuidas kulgeb kivinemisprotsess eri temperatuuridel . Tabelis 1 on toodud betooni (B25) suhtelise tugevuse sõltuvus kivinemiskeskkonna temperatuurist. Temperatuuri langedes kivinemiskiirus aeglustub. Kui betooni temperatuur on alla 0°C, peatub kivinemisprotsess juhul, kui ei võeta kasutusele erimeetmeid. Talvel betoneerimisel on tähtsaim hoida kivineva betooni temperatuur vahemikus +5...+40°C[3].
Joonis 1. Betooni kivinemise kiirust mõjutavad asjaolud.
Tabel 1. Kivinemisaja sõltuvus välistemperatuurist.

2. Talvisel betoneerimisel ettevalmistustööd.

Talviste betoonitööde edukas sooritamine eeldab ka korralikku eeltööd. Selleks tuleb eelnevalt teha palju arvutusi, näiteks kui palju ollakse võimeline maksma mingi erimeetodi eest ja kas see saadav efekt antud konstruktsiooni puhul on seda raha väärt ja kui see ei kaalu seda hinda üles, siis millised valikud veel on jäänud. Need mõtted tuleb eelnevalt juba läbi töötada ja erinevate ideede kaalumisel, parim lahendus leida. Selleks on väljatöötatud ka spetsiaalne arvutiprogramm , mille nimi BetoPlus (vt. Pilt 1) , sellega on võimalik planeerida ja kontrollida erinevate betoonkonstruktsioonide tugevusomadusi kivinemiskeskkonna muutuvates tingimustes. BetoPlus kontrollib ja analüüsib betoonkonstruktsiooni soojus- ja kivinemisprotsesse, temperatuuri ning betooni küpsusastet soovitud ajahetkel [3].
Lisaks eelnevatele mõttetöödele on ka olemas otsesed ettevalmistustööd talviseks betoneerimiseks ja nendeks on:
Pilt 1. Betoplus-arvutiprogramm betooni analüüsimiseks.
1. raketise ja armatuuri puhastamine jääst ja lumest –sest jäätunud armatuur ei saavuta nõutud naket betooniga, samuti võib kannatada betoonivalu pinnakvaliteet.
2. raketise ja armatuuri soojendamine enne valu – külm raketis ja armatuur põhjustavad betooni jahtumise või isegi jäätumise.

3. Ehitustehnoloogilised meetodid talviseks betoneerimiseks.

3.1 Betoonisegu soojendamine.

Ajad on näidanud, et termosmeetod on lihtsaim ja majanduslikum meetod, mida on laialdaselt kasutatud kõige mitmekesisemate, kuid väiksemate pinnamooduliga konstruktsioonide betoonimisel. Betooninormide kohaselt peab betoonisegu töötemperatuur olema vähemalt +5 °C. Betoonisegu temperatuuri valimisel tuleb arvestada veol , betoonimisel ja teistel tööetappidel toimuva temperatuuri alanemisega. Betoonisegu termotöötlemine tähendab seda, et segu soojendatakse üle +40 °C (vt. Pilt 2). Termotöötlus on küll hea meetod suuremate külmade puhul, kuid nagu ikka igal mündil on kaks külge – termotöötlus vähendab betooni lõpptugevust kuni 30% [4].
Kuna betooni kuskil „aurukatlas“ keeta ei ole võimalik, siis lihtsaim viis betoonisegu soojendamiseks on soojendada eelnevalt betooni koostisosi: segusse minevat vett (mis on eelistatum , kuna vett on lihtsam soojendada ja veel on suurem soojussalvestusvõime) ja muid täitematerjale. Kuid igale konstruktsioonile tuleks anda vastav betoonisegu eelsoojendus. Ettesoojendamine kõrgema temperatuurini pole otstarbekas, sest nii võib betoonisegu hakata transpordil paksenema. Betoonile vajalik minimaalne soojushulk on täiesti arvutatav, kuna betoon kivineb kahe soojusallika arvelt: segu eelsoojendamisest ja kivinemisprotsessis tsemenditaigna eksotermilise reaktsiooni tagajärjel eralduvast soojusest. Täiteaine temperatuur ei tohi kunagi ületada +100 °C ja segu temperatuur ei tohiks olla üle +70 °C [4].

3.2 Betooni soojendamine.

Paigaldatud betoonisegu soojendamiseks on mitmeid võimalusi:

• Õhuga;
  
• Eksotermilise reaktsiooni ära kasutamine;
  
• Auruga;
  
• E Pilt 2 Betoonisegu temperatuurid.
  lektriga (kasutades elektroode või soojendusjuhtmeid);
  
• Kasutada termoreaktiivset raketist.
  

Nende kõikide soojendamise meetmete peamiseks eesmärgiks on jäätumiskindluse saavutamine ja tugevuse arenemise tagamine. Betooni väline soojendamine on vajalik õhukeste, vähese soojainertsiga konstruktsioonide betoneerimisel madalatel temperatuuridel. Teisisõnu väline soojendamine on vajalik konstruktsioonidel, mille pinnamoodul on suurem (suhe väliste jahtuvate pindade ala betooni ruumalasse). Soojendamise puhul tuleb jälgida, et betooni ei kuumutataks liiga intensiivselt (betooni kuivamisest ja mahumuutustest tingitud pragude oht) [3].

3.2.1 Betooni soojendamine õhuga.

Betooni soojendamine sooja õhuga toimub infrapunase kiirgusega, soojapuhurite ja soojakute kasutamisega. Nendest enamlevinum on ilmselt puhurite ja soojakute kasutamine, kuna need on odavamad ja kergemini kättesaadavad.
S Pilt 3. Infrapunakiirguriga betooni soojendamine.
oojak kujutab endast ajutist, veekindlast vineerist, presendist või polümeerkilest telki, mis katab kogu ehitise või selle osa, kus paigaldatakse ja hoitakse betooni. Kasutusel on ripp - ja lamesoojakud, mis toetuvad ehitise püstitavatele seintele .
Infrapunakiirgussoojenduse puhul juhitakse soojus kiirguse abil soojendatavasse objekti. Kiired suunduvad õhus sirgjooneliselt ja muutuvad soojuseks kohtumisel tahke takistusega (vt Pilt 3). Kiirgurid töötavad kas gaasi, õli või elektriga. Infrapunasoojendus sobib hästi ulatusliku pinnaga ja massiivsete tarindite soojendamiseks. Soojus võib liikuda kas otsese või kaudse kiirgusena. Kaudse soojenduse puhul suunatakse kiirgus raketisse, mis annab soojuse edasi betooni [4]. Isotermiline soojendamine kestab tavaliselt 8...12 h temperatuuril 70...90 °C. Infrapunaseid kiirgureid kasutatakse samuti sarruse , läbikülmunud betooni, sammaste ja riivtalade jätkude soojendamiseks, aga ka betoonitööde tsooni üldiseks soojendamiseks [2]. Vahelaeplaatide soojendamisel paigutatakse tasapinnalised kiirgurid plaadist ülespoole, plaadi aluspind aga soojustatakse hoolikalt [4].

3.2.2 Tsemendi kivinemissoojuse ehk eksotermia kasutamine.

A Pilt 4. Külmakaitsekassett.
ntud meetod on eriti efektiivne kõrgemargiliste betoonide ja massiivsete konstruktsioonide puhul. Kõrgemargilised ja massiivsed betoondetailid kivinevad madalamargiliste ja õhukeste detailidega võrreldes kiiremini. Betoon tuleks katta (võimalikult kiiresti pärast paigaldamist) soojusisolatsioonimattidega, kile vms kattega , vältimaks soojuse kadu tsemendi reageerimisel. Raketiste soojusisoleerimine sobib püsttarindite ja plaatide alumise külje isoleerimiseks. Sel juhul kasutatakse tavaliselt suur- või kassettraketisi. Oluline on kaitsta betooni ka tuule eest, mis soodustab pinna jahtumist (vt joonis 2). See, kui kaua betooni on vaja kaitsta välitingimuste eest, sõltub kattematerjalist, keskkonna temperatuurist, betooni margist jm. Ilma lisasoojenduseta pole mõtet betooni kaitsta külma eest kauem kui 3…7 ööpäeva. Nimetatud aja jooksul eraldub betoonist eksotermiast tingitud soojus ja betooni temperatuur võrdsustub õhutemperatuuriga [3]. Ja kui see on juhtunud algab betooni kivinemise aeglustumine, mis ühtlasi tähendab, et betooni lõpliku survetugevuse saavutamine võtab lihtsalt kauem aega, kuid tänu eksotermia soojuse ära kasutamisele on betoon 3...7 päeva möödudes juba ilmselt saavutanud kriitilise tugevuse, mis tähendab, et edasise külmumise eest betoon on kaitstud.

3.2.3 Betooni soojendamine auruga.

Aursoojendust kasutatakse siis, kui tekib raskusi ehitusplatsi varustamisel elektrienergiaga ja kui on piisavalt puitu raketise ehitamiseks. Auruga soojendamisel on reegliks see, et valitakse temperatuuri tõusu ja jahtumise kiiruseks 5...10 °C/h, kuid betooni soojendamine ise toimub rõhul 0,7 atü ja temperatuuril 80-95 °C, vastavalt betoonis kasutatavale tsemendile.
Auru kasutamisel betooni soojendamiseks on kõige pealt tarvis aurusärgid (piltlikult öeldes on tegemist katusepapist vahekihiga aurutihedaks tehtud laudisekiht) ümber raketise ehitada. Need ehitatakse karkasskonstruktsioonide sammaste , talade , riivide ja plaatide betoonimisel, mille pinnamoodul on 10...20.
Lisaks aurusärkidele on olemas ka kapillaarraketis (vt. joonis 2) , mida peetakse aurusärkidest veidi majanduslikumaks, sest see on lihtsam ja kiirem viis paigaldada.
Lamesärke ehitatakse vundamentide auruga soojendamisel pinnastes , mis ei karda niiskumist. Vundament kaetakse kerge kantava kattega, mille alla juhitakse aur. Teisaldatavate inventaarsete lamesärkide all betoonitakse põrandate aluseid,muldehitiste nõlvu jt. [2].

Joonis 2. Kapillaarraketis.

3.2.4 Betooni soojendamine elektriga.

Kõige efektiivsem ja majanduslikult otstarbekam betooni kivinemise intensiivistamise moodus on elektrotermiline töötlemine soojusega, mida saadakse elektrienergia muundamisel. Elektrit betooni soojendamise eesmärgil ei kasutata mitte ainult üksnes jahedamate ilmadega, vaid ka kuiva ja kuuma kliimaga , et vähendada betooni väljakuivamise ohtu. Eristatakse järgmisi elektrotermilisi töötlemise mooduseid:

• Elektroodsoojendus – betooni soojendamiseks kasutatakse elektroode, milles tekitatakse tööstusliku sagedusega vahelduvvool , mis betoonist läbi juhitakse. Elektroodideks võivad vabalt olla teraslehed. Neid on kõige kasulikum paigutada soojendatava konstruktsiooni välispinnale. See tagab hea soojusvälja ja metalli tunduva kokkuhoiu, sest siis on need korduvalt kasutatavad. Elektroodid võib ise jämedalt jagada plaat-, riba-, ujuvad , varras-, keele- jt. elektroodid, igaühte kasutatakse vastava betoonkonstruktsiooni juures. Betoon esineb selles ahelas justkui takistus. Elektrienergia muundatakse soojusenergiaks betooni sees. Soovitav aeg selle meetodi kasutamiseks on lühikeste tähtaegade ja suurte pinnamoodulite puhul.
  
• Betooni induktsioonsoojendus – meetod, mis on siis nagu nimigi reedab induktsioonvoolu kasutamisel betooni soojendamiseks kasutatav vahend. Põhimõtteliselt seisneb see konstruktsioonis, mis on mähitud juhtmete keerudega, kuhu siis hiljem juhitakse vahelduvvool. Sarrus ja terasraketis moodustavad seejuures induktsioonpooli südamiku, milles hakkab tsirkuleerima induktsioonvool. See vool soojendab sarrust ja raketist, millelt kandub omakorda soojus betoonile üle [4]. Peamine negatiivne aspekt selle meetodi juures on see, et erinevalt elektroodsoojendusest on siin soojuse kandumine betoonis ebaühtlane. Sarruse ümber on betoon palju soojem kui sellest kaugemal, sellega võib kaasneda oht, et betoon praguneb sarruse ümber, kuna seal võidakse tõsta temperatuuri liiga kiiresti ja ise selle juures märkamata, et midagi on valesti.
  
• Juhtmetega elektersoojendus – koosneb trafost, peakaablist, ühenduskaablist ja soojendusjuhtmetest. Selle meetodi peamine idee on trafo abil muundatud kaitseväikepingega voolu juhtimine peakaabli ja ühenduskaabli kaudu betoontarindis olevatesse soojendusjuhtmetesse, mis kujutavad endast plastkattega 2 mm terastraati, mis hakkavad selle tulemusena soojenema ning kannavad selle soojuse betooni üle [4]. Positiivne aspekt selle meetodi juures on see, et soojendusjuhtmetest annab ise kontuure moodustada, tänu oma headele painduvusomadustele. Seega on see meetod kasutatav igasuguste erinevate betoonkonstruktsioonide puhul ja kui kontuure umbes 20-30 cm vahega paigutada, tagab see betoonkonstruktsiooni ühtlase soojendamise (vt. Joonis 3) . Seal kus võiksid asetseda külmemad kohad saab ju kontuure tihedamalt panna.
  
• T Joonis 3. Seina soojendusjuhtmed.
  ermoreaktiivse raketisega soojendus – selleks tuleks ehitada raketise ümber kest, mis on vägagi sarnane aurusärgiga. Meetod iseenesest erineb auruga soojendamise omast selle poolest, et auru asemel täidetakse õhkvahe, raketise ja kesta vahel, vesinikkloriidiga immutatud saepuruga, mida siis hiljem soojendatakse elektroodidega.
  

3.3 Keemiliste lisandite kasutamine.

Mõned keemilised ained, nagu soolhape HCl ja selle soolad , aga ka sellised ühendid nagu kaaliumkarbonaat K2CO3 , teise nimega potas , naatriumnitrit NaNO2, samuti erinevaid kompleksühendeid viiduna eraldi või seguna betooni seguvette, avaldavad mitmekülgset mõju betooni tardumis- ja kivinemisprotsessidele. Suuremates kogustes segusse viidavad kivinemise kiirendajad alandavad järsult betoonisegu vedelfaasi külmumistäppi, milletagajärjel tsemendi hüdratsiooniprotsess jätkub isegi väga madalatel välisõhu temperatuuridel (kuni- 35 °C). Selliseid lisandeid nimetatakse külmakaitselisanditeks. Sarrustatud konstruktsioonide betoneerimisel eelistatakse potast ja naatriumnitritit (kuid siiski sildehitistel ja üle 6 meetrilistel taladel neid lisandeid veel ei usaldata kasutada, kuna pikaajalisi katsetamisi ei ole veel paraku tehtud), sest need ei korrodeeri sarrust. Kloriide kasutatakse sarrustamata konstruktsioonide betoonis [2].

3.3.1 Külmumisvastaste lisandite kasutamine-kiirendajad.

Külmumisvastaste lisandite eesmärk on vältida betooni jäätumist ja seeläbi kivinemise peatumist. Betooni külmumist ei või lubada enne kriitilise tugevuse saavutamist. Peale seda on betoon alles suuteline vastu seisma vee külmumisest tekkivatele pingetele. Vee külmumine enne kriitilise tugevuse saavutamist lõhub betooni struktuuri, mistõttu väheneb betooni tihedus ning alaneb saavutatav lõpptugevus ja betooni püsivus. Kui on soov betoneerida külmal ajal, mil temperatuur on alla 0 °C, on huvipakkuvad kivinemist kiirendavad lisandid, mis tõstavad tsemendi hüdratatsiooni kiirust ja betooni soojaeraldavust. Talviseks betoneerimiseks välja töötatud vedelikukujulised kiirendajad ei külmu ise tavaliselt enne -10 kuni -15 °C. Nende kasutamine võimaldab betooni külmumistäppi alandada vaid 2-3 °C võrra. Samaaegselt kiirendaja kasutamisega on otstarbekas vähendada vesitsementsuhet plastifikaatori või superplastifikaatori abil või kasutada lisandit, kus on ühendatud mõlema lisandi, kiirendaja ja superplastifikaatori omadused. Külmumisvastaste lisandite kasutamine ei anna õigust talvise betoneerimise põhireeglite eiramiseks: kasutada ei tohi külmunud täitematerjale ning betooni temperatuuril ei tohi lasta langeda alla +5 °C. Selle tagamiseks tuleb kasutada värskelt valatud betooni adekvaatset soojusisoleerimist, et vältida betoonist eralduva soojuse hajumist keskkonda. Isoleerimise vajaduse määr sõltub betoneeritud konstruktsiooni massiivsusest ja ümbritseva keskkonna tingimustest, temperatuurist ja tuule kiirusest. Sellisel juhul annavad külmumisvastased lisandid-kiirendajad oodatud tulemusi. Külmumisvastaste lisandite-kiirendajate doseeringud on üldjuhul 0,5-2,0 % tsemendi kaalust [6].

3.3.2 Külmumistäppi alandavad külmumisvastased lisandid.

Selliste lisandite hulka kuuluvad ained, mis alandavad oluliselt vee külmumistäppi, mistõttu betoonid jätkavad kivinemist ka temperatuuri langemisel miinuskraadidesse. Väga tugeva toimega on kaltsiumkloriid , naatriumnitrit ja potas. Esimese kasutamine raudbetoonis ei ole lubatud, kuna kutsub esile terasarmatuuri korrosiooni. Naatriumnitriti kasutamine võimaldab töötada temperatuuridel kuni -15 °C, potas kuni -25 °C ilma betooni soojustamata. Arvesse tuleb võtta aga asjaolu, et potase mõjul kaotab betoonisegu kiiresti oma plastsuse ja hakkab tarduma. Lisandite doseeringud ulatuvad neil juhtudel 10 kuni 15%-ni tsemendi kaalust, mis ei jäta mõju avaldamata konstruktsioonide pikaealisusele. Seetõttu ei tohiks selliste suurte lisandihulkadega betoone kasutada sildade, suuresildeliste talade ja plaatide, eelpingestatud konstruktsioonide, korstnate ja teiste vastutusrikaste konstruktsioonide valamisel. Samasse lisandite gruppi kuulub ka Eestis tuntud Soome päritoluga Jääkarhu, mille soovitavad doseeringud sõltuvalt keskkonna temperatuurist on 4-8%. Selle grupi lisandite kasutamine tuleks jätta vaid äärmise vajaduse jaoks, kui puuduvad võimalused betooni isoleerimiseks [6].
Kokkuvõte.
Antud töö koostamisel, tulin järeldusele, et talviseks betoneerimiseks on hästi palju erinevaid meetmeid ja vahendeid, mida kasutada. Ainus, mida vajatakse on piisav avatus uutele ideedele ja finantseering. Tuleb lihtsalt eelnevalt tellijaga läbi arutada ning leida kõige mõistlikum lahendus, mis arvestaks konstruktsioonilise lahenduse, igale konstruktsioonile tuleb läheneda eraldi, ja finantseeringu ja töömeeste kvalifikatsiooni astmega.
Kasutatud kirjandus.

Eesti Betooniühing, „Betoon ja raudbetoon “, 2007, lk 54-55

Litvinov, O., Alperovitš, S., Batura, G., Gurkovski, G., Klinduhh, A., Makaršuk, G., Oboznõi, A., Pištšalenko, J., Severinovski, L., Skripnik, N., Takatš, G., Tšernenko, V., Šitško, V., „Ehitustehnoloogia“, 1984, lk. 188-200

http://www.rudus.ee/Failid%20firma/uudis%20talvine%20betoneerimine.pdf

Uusitalo, J., Ihanamäki, J., Rajala, R., Vallin, O., „Betoonitööd“, 2008, lk. 101-115

http://www.ehitustootlus.ttu.ee/IreneLill/lingikogu/failid/talvine_betoneerimine.pdf

Uustalu , E. „Betoonilisandid“, 1997, lk. 61-63
12