Von Pete Haug, PE
und Todd Rudolph, PE
In jedem Prozess, in dem Wasser involviert ist, kann das Überschreiten der Gefriermarke sei ein Deal Breaker. Dies ist der Fall bei der Aushärtung von Beton, der über dem Gefrierpunkt erfolgen muss. Die Nichteinhaltung dieser Regel führt zu einer wesentlich längeren Aushärtung – und möglicherweise zu Beton, der vorzeitig ausfällt., Für diejenigen in kalten Klimazonen ist es nicht immer möglich, den Bau für die wärmeren Monate zu planen. Die Arbeit kann unter Gefrierbedingungen ausgeführt werden, jedoch nicht ohne eine erhebliche Anzahl von Schritten zu unternehmen, um den Beton während des Mischens und Aushärtens über dem Gefrierpunkt zu halten.
Das American Concrete Institute (ACI) verfeinert seine Ratschläge zu Kaltwettereinströmen weiter, und ein kürzlich von Erik Holck, einem leitenden Konstrukteur für Denver Water, vorgelegtes Webinar ging auf die Gründe ein, warum es wichtig ist, härtenden Beton vor dem Einfrieren zu schützen und wie man diesen Schutz bietet und überprüft.,
Warum Einfrieren und Härten nicht mischen
Bei 25 bis 27 Grad Fahrenheit stoppt das Einfrieren von Porenwasser im härtenden Beton die Hydratation – und den Härtungsprozess. Hydratation ist die chemische Reaktion, bei der die Schlüsselverbindungen im Zement chemische Bindungen mit Wassermolekülen bilden und zu Hydraten oder Hydratationsprodukten werden. Unter 27 Grad kann die Eisbildung innerhalb des härtenden Betons die langfristige Integrität des Betons durch Rissbildung beschädigen.,
Die ACI-Definition von kaltem Wetter – während der Schutzmaßnahmen ergriffen werden sollten – wurde vereinfacht, um einen tatsächlichen oder vorhergesagten Rückgang der Lufttemperatur unter 40 Grad Fahrenheit während einer kalten Wetterbetonschutzperiode – der Zeit, in der empfohlen wird, Beton bei kaltem Wetter zu härten-einzuschließen. Dieser Zeitraum reicht typischerweise von 1 bis 6 Tagen, wobei der kürzeste Zeitraum auf Beton angewendet wird, der beschleunigte Chemikalien enthält, während des Baus nicht belastet wird und im Betrieb (nach Projektabschluss) keiner Kälte ausgesetzt ist., Die längste Aushärtezeit ist für Beton ohne Beschleuniger erforderlich, der während des Baus unter Last steht und im Betrieb Kälte ausgesetzt ist.
Welche Temperatur sollte eingehalten werden?
In der Chargenanlage sollte der Beton bei 45 bis 70 Grad gehalten werden, wobei das höhere Ende dieses Bereichs für dünnere Betongießungen und kältere Außenluftbedingungen erforderlich ist. Niedrigere Temperaturen in diesem Bereich sind in der Anlage akzeptabel, wenn die Lufttemperatur weniger stark ist und der Pour dicker ist., Beim Gießen und während der Aushärtung muss der Beton bei 40 Grad gehalten werden, wenn mehr als 72 Zoll dick, 45 Grad, wenn 36 bis 72 Zoll dick, 50 Grad, wenn 12 bis 36 Zoll dick, oder 55 Grad, wenn weniger als 12 Zoll.
Hier sind ein paar weitere Temperaturtipps, die jede Kaltwetterbetonarbeit leiten sollten:
- Die Oberfläche, Kanten und Ecken des gegossenen Betons sind am anfälligsten für Kälte und am kritischsten zu schützen.
- Rebar von No. 18 und kleiner kann weniger als 32 grad bei der installation., So können Schalung und Stahl I-Träger und andere Einbettungen kleiner als 4 Zoll Quadrat.
- Oberflächen, die mit dem Frischbeton in Berührung kommen, müssen jedoch frei von Eis, Schnee und Frost sein und Beton darf nicht auf gefrorenen Untergrund gelegt werden. Hydronische (Wasser-oder Dampf -) Heizrohre können direkt auf dem Untergrad oder auf Isolierdecken auf dem Untergrad platziert werden, um den Untergrad vor dem Gießen aufzutauen.
Wie Schützt man Beton Vor Hohen Temperaturen?,
Hier sind die besten Schutzmethoden, um härtenden Beton vor kalter Umgebungsluft zu isolieren:
- Da Beton während der chemischen Reaktionen der Härtung Wärme abgibt, können isolierte Decken und isolierte Schalungen ausreichen, um die richtigen Härtetemperaturen aufrechtzuerhalten. Sie müssen gesichert werden, damit der Wind sie nicht abblasen kann. Es ist auch wichtig, keine thermische Belastung durch Überhitzung durch Überinsulierung auszulösen.,
- Starke, wetterfeste, beheizte Gehäuse schützen Beton in Gebäuden, es kann jedoch eine Aushärtungsmembran oder zusätzliches Wasser erforderlich sein, um zu verhindern, dass die Oberfläche durch den Einsatz von Heizgeräten austrocknet.
Überwachung Temperatur Ist Eine Herausforderung
Eine der schwierigeren Eigenschaften der Kaltwetterbetonhärtung ist die Notwendigkeit, die Betontemperatur während der gesamten Aushärtung zu überwachen, um die Einhaltung der 40 – bis 55-Grad-Mindestbetontemperatur zu überprüfen. Infrarotsensoren können verwendet werden, um die Innentemperatur des Betons zu messen, und Infrarotthermometer können verwendet werden, um die Oberflächentemperatur des Betons zu messen.
Die Festigkeit an Ort und Stelle-nicht die Anzahl der Härtungstage-muss die endgültige Schutzdauer für die Härtung von Beton regeln., Das Problem ist, dass sowohl Laborzylinder als auch Feldzylinder, die gleichzeitig mit dem Hauptgießen gegossen werden, bei der Bestimmung der Festigkeit des Betongießens unzuverlässig sind, da sie schwer bei der gleichen Temperatur wie der Hauptgießen zu halten sind und die Zylinder auch viel schlanker sein können als der gießen, wodurch sie schneller aushärten. Reifegradüberwachungsdaten, die mit Zylinderdaten kalibriert wurden, können verwendet werden, um die Festigkeit vor Ort zu überprüfen.
Nach der Aushärtezeit ist es wichtig, den Beton nicht bei plötzlichen kälteren Temperaturen zu schockieren., Der von ACI empfohlene maximale 24-Stunden-Temperaturabfall nach dem Entfernen des Schutzes reicht von einem 20-Grad-Schwung für Beton mit einer Dicke von mehr als 72 Zoll bis zu einem 50-Grad-Abfall für Beton mit einer Dicke von weniger als 12 Zoll.
Die Kosten für den Winterbetonbau
Der Winterbetonbau ist kostspielig, zum Teil, weil die Betonmischung mehr kostet, aber hauptsächlich, weil die Produktivität der Arbeiter aufgrund all der Arbeiten, die mit dem Heizen und Isolieren während des Aushärtens, dem Einrichten zusätzlicher Baustellenbeleuchtung und dem Ausgleich niedriger Luftfeuchtigkeit verbunden sind, geringer ist.,
Das oben in diesem Beitrag abgebildete Dam Spillway-Projekt kostete beispielsweise für den Winterbau etwa 750.000 US-Dollar mehr als im Sommer. Ein Teil dieser Prämie ist auf die außergewöhnlich kalten Bedingungen des Winters zurückzuführen, als die Temperaturen im Januar 2014 so tief wie 23 Grad fielen und während der 20-Tage in einen negativen Bereich fielen., Eine teilweise Minderung der inneren Kosten des Winterbaus ist die Tatsache, dass Auftragnehmer motiviert sind, einen Teil der Heizungs-und Heizkosten zu „essen“, nur um ihre Mitarbeiter während Monaten arbeiten zu lassen, in denen sie sonst saisonal entlassen würden.
Haben Sie einen Kaltwetterschutzplan
ACI hält Kommunikation für einen kritischen Bestandteil eines erfolgreichen Kaltwetter-Betonprojekts und empfiehlt Ingenieuren, sicherzustellen, dass der Auftragnehmer einen Kaltwetterschutzplan bereitstellt., Dieser Plan gibt dem Ingenieur die Möglichkeit, das relative Erfahrungsniveau des Auftragnehmers zu beurteilen, und es bietet allen Parteien die Möglichkeit, auf die gleiche Seite zu gelangen und den Ingenieur mit dem Auftragnehmer zu beraten, um sicherzustellen, dass alle Schutz-und Überwachungsgeräte vor dem Projekt aufgereiht sind., Der Plan sollte Folgendes umfassen:
- Unterstufenvorbereitung und-schutz
- Temperaturüberwachungsmethode
- Festigkeitsüberwachungsmethode
- Identifizierung von Schutzmethoden wie Gehäusen, isolierten Schalungen und Decken, hydronischen Heizgeräten und Verbrennungsheizungen
- Änderungen der Mischungsbezeichnungen
ACI empfiehlt diese Planungstipps, um Probleme zu vermeiden:
- li > Den Beton so niedrig wie möglich stellen, um Blutungswasser und Verzögerungen zu minimieren, da Wasser stehen und gefrieren kann, anstatt zu verdampfen.,
- Vermeiden Sie es, den Fertigungsprozess vorzeitig zu beginnen, was verlockend ist, wenn Auftragnehmer bei verkürztem Tageslicht arbeiten. Skalierung kann durch Finishing entstehen, während noch Blutungswasser aus dem Beton austritt.
- Vermeidung der Verwendung von übermäßiger Hitze. Beispielsweise können Heizungen in Gehäusen die ihnen nächstgelegenen Bereiche überhitzen.
Pete Haug, PE, ein Ingenieur für Wasserressourcen, verfügt über 20 Jahre Erfahrung in der Konstruktion und Prüfung von Wasserwerken mit Schwerpunkt auf Verschüttungen., Als Ingenieur von Record für mehrere Dam Spillway, Sluice Gate und River Channel Design und Bauprojekte hat er mehrere kleine Dammreparatur-Designs abgeschlossen, einschließlich Projekte, die Winterbetonbau in kalten Klimazonen erfordern. Todd Rudolph, PE, ein Ingenieur für Wasserressourcen, entwirft und inspiziert hydraulische Strukturen wie Tore, führt hydraulische und hydrologische Berechnungen durch und bietet Unterstützung bei der Bauinspektion, auch bei Projekten, die Kaltwetterbetonarbeiten erfordern.