Способ возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Способ возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций включает предварительный разогрев бетонной смеси до температуры, не превышающей 80°С, укладку бетонной смеси в утепленную опалубку и уплотнение. Затем производят выдерживание бетонной смеси в утепленной опалубке при температуре окружающей среды, причем период выдерживания ограничивают иррегулярным периодом охлаждения. После выдерживания осуществляют периферийный обогрев, сохраняя положительный градиент температур по сечению конструкции от центра к периферии. Способ обеспечивает хорошее качество и сокращает время возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

 

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций с применением тепловой обработки бетона.

В современном строительстве при возведении бетонных и железобетонных конструкций в заводских условиях и на строительной площадке применяют различные способы в зависимости от условий производства бетонных работ.

Известен способ изготовления сборных и возведения монолитных массивных бетонных и железобетонных конструкций (авт.св. №422707, МПК C04B 41/30, опубл. 05.04.1974 г.), заключающийся в укладке и уплотнении бетонной смеси с последующей электротермообработкой центральных слоев конструкции в период пребывания наружных слоев в упругопластичном состоянии. В конструкцию укладывается бетонная смесь с естественной температурой (5-20°C) и уплотняется, затем в течение начального периода твердения производится электроразогрев ядра конструкции при помощи различного рода электронагревательных элементов в виде греющего шнура, струн, сеток, пластин до температуры не выше 90°C со скоростью 20°C/ч. В результате разогрева внутренних слоев бетона ядро конструкции расширяется и достигает практически максимальных деформаций до затвердевания бетона в периферийных слоях, бетон в которых еще способен воспринимать деформации растяжения без разрушения.

Недостатками вышеописанного способа являются:

- увеличение времени возведения конструкции из-за невысокой температуры поверхностных слоев в процессе прогрева и возрастания сроков созревания бетона в последних;

- снижение качества конструкции после термообработки вследствие различной прочности в ядре и поверхностных слоях;

- актуальность данного способа для узкого класса бетонных конструкций (большой массивности с модулем поверхности М_п<3).

Более широкая область применения у способа, заключающегося в укладке, формовании и уплотнении предварительно подогретой бетонной смеси, при этом слой образуют из бетонной смеси, имеющей разную температуру, причем в центральную часть укладывают бетонную смесь с температурой 30-100°C (авт.св. №350920).

Недостатками этого способа являются:

- необходимость применения опалубки, имеющей большое термическое сопротивление;

- преждевременное замерзание бетона в периферийных зонах конструкции;

- продолжительный срок выдерживания бетона в опалубке из-за невысокой температуры периферийных слоев.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения монолитной бетонной конструкции (авт.св. №1079800, МПК E04G 21/02, опубл. 15.03.1984 г.), включающий укладку бетонной смеси, ее уплотнение и разогрев ядра конструкции, при этом одновременно с разогревом ядра осуществляют охлаждение поверхности конструкции, после чего опалубку утепляют и осуществляют периферийный прогрев до твердения конструкции.

При осуществлении способа в неутепленную опалубку, оборудованную полосовыми электродами, из бадьи укладывают бетонную смесь с температурой 5-20°С и уплотняют. Затем производят одновременный разогрев ядра путем сквозного электропрогрева со скоростью 5-20°C/ч и охлаждение (естественное или искусственное) поверхности конструкции. При разогреве ядра до 80°C процесс прекращается, после чего в течение 1-2 ч опалубку утепляют, переключают полосовые электроды и осуществляют периферийный электропрогрев со скоростью 20°C/ч при 50-60°C до достижения бетоном требуемой прочности.

Этот способ в некоторой степени устраняет неравномерность набора прочности и также, как и предыдущие, может быть применен для бетонов на цементах с высокой степенью активности и обладающих повышенным выделением тепла при твердении. В рассматриваемом способе недостатком является возможность переохлаждения периферийных слоев конструкции до конца срока разогрева центральной части. При повышении темпа подъема температуры прогрева образуется рыхлая структура бетона вследствие миграции воды, что также ведет к снижению прочности и качества. При этом происходит неравномерный набор прочности в ядре и периферийных слоях конструкции. Для осуществления этого способа необходим период для охлаждения поверхности конструкции, утепления опалубки и дальнейшего выдерживания бетона, что ведет к увеличению сроков производства работ.

Изобретение решает задачу сокращения времени возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций за счет снижения трудоемкости технологического процесса, а также обеспечения оптимального качества конструкций за счет создания благоприятного термонапряженного состояния бетона.

Для получения необходимого технического результата в известном способе возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, включающем укладку в опалубку бетонной смеси, уплотнение, выдерживание при температуре окружающей среды и периферийный обогрев в утепленной опалубке до набора требуемой прочности, предлагается производить предварительный разогрев бетонной смеси до температуры, не превышающей 80°C, укладку бетонной смеси осуществлять в утепленную опалубку, а после уплотнения производить выдерживание бетонной смеси в утепленной опалубке при температуре окружающей среды, причем период выдерживания ограничить иррегулярным периодом охлаждения, длительность которого определять по формуле:

,

где

, a_λ=e^{(2.7-1.35ln(Bi+1)}-1,

τ_ир - продолжительность иррегулярного периода охлаждения, ч;

τ_ост - время остывания бетона в центре конструкции до 0°C, ч;

с_б - теплоемкость бетона, кДж/кг °C;

γ_б - плотность бетона, кг/м³;

К_ф - коэффициент, учитывающий форму конструкции и вид бетона;

α_прив - приведенный коэффициент теплоотдачи опалубки, Вт/м² °C;

λ_б - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/м °C;

M_n - модуль поверхности конструкции, м^-1;

t_бн - начальная температура бетона, уложенного в опалубку, °С;

t_нв - температура наружного воздуха, °C;

a_λ - коэффициент, зависящий от критерия БИО Bi;

L - определяющий размер конструкции, м;

K_τ - коэффициент, характеризующий отношение времени остывания конструкции к периоду регулярного режима и зависящий от критерия БИО;

Bi - критерий БИО,

а после выдерживания осуществлять периферийный обогрев, сохраняя положительный градиент температур по сечению конструкции от центра к периферии.

Согласно теории регулярного режима процесс остывания конструкций, выдерживаемых при отрицательных температурах окружающей среды, делится на три стадии. На первой стадии, называемой иррегулярным режимом, определяющую роль играет начальное распределение температуры по объему конструкции. Практически невозможно при расчете температурного режима конструкции точно указать температуру бетона в различных ее точках в начальный момент времени ввиду влияния большого числа случайных факторов: неравномерность прогрева бетона перед укладкой, неравномерное охлаждение бетонной смеси в процессе перегрузок и укладки и т.д. Поэтому получение строгой аналитической зависимости температуры бетона в любой точке конструкции в стадии иррегулярного режима невозможно.

Вторая стадия - регулярный режим. Она характеризуется тем, что распределение температуры в основном определяется формой и размерами конструкции, условиями теплообмена, теплофизическими характеристиками бетона и т.д. и может быть описано известными зависимостями. Таким образом, расчет и назначение параметров периферийного обогрева, проводимого по окончании иррегулярного периода, можно осуществлять с достаточной степенью точности.

Третья стадия соответствует квазистационарному состоянию.

Конкретный пример осуществления способа. Бетонная смесь разогревается, укладывается в утепленную опалубку и уплотняется. По приведенным выше формулам определяется τ_ост, К_τ и τ_ир. По окончании иррегулярного периода охлаждения, длительность которого τ_ир, начинают периферийный обогрев и продолжают до набора бетоном требуемой прочности.

Предлагаемый способ тепловой обработки был осуществлен в зимнее время на строительной площадке при возведении монолитных железобетонных фундаментов с модулем поверхности M_n=6.

В соответствии с предлагаемым способом бетонную смесь разогревали до температуры 70°C на установке для предварительного электроразогрева. После укладки смеси в утепленную термоактивную опалубку и уплотнения проводили коммутацию нагревателей. Определяли время начала периферийного обогрева.

Исходные условия для расчета:

с_б=1,05 кДж/кг °C; γ_б=2400 кг/м³; К_ф=1,14; α_прив=1,85 Вт/м² °C;

λ_б=2,4 Вт/м °C; M_n=5,6 м^-1; t_бн=70°С; t_нв=-20°С; L=1,1 м.

Далее определяли:

α_λ=e^{(2.7-1.35ln(Bi+1)}-1=e^{(2,7-1,35ln(0.85+1)}-1=5.49

Через 10,6 ч после укладки включали нагреватели и поддерживали температуру бетона периферийной зоны, которая за это время снизилась до 50-55°C, постоянной и равной 50°C. Необходимая прочность получена через 24-26 часов после укладки.

Опытным путем обосновано заявленное время начала периферийного обогрева. Начало периферийного обогрева ранее чем через 10.6 ч, привело к опережающему росту прочности бетона наружных слоев по сравнению с центральными, что повлекло за собой образование трещин ввиду появившихся температурных напряжений и снижение прочности конструкции в целом. Начало периферийного обогрева позднее чем через 10.6 ч, привело к переохлаждению периферийных слоев конструкции. При дальнейшем прогреве периферийной зоны в бетоне образовалась рыхлая структура, что также привело к снижению прочности и ухудшению качества конструкции.

Способ-прототип включает укладку неразогретой смеси в опалубку, уплотнение, установку и коммутацию полосовых электродов, утепление опалубки, электропрогрев в течение 48 часов при температуре 45-50°C. Измерения показали, что температура бетона периферийных зон выше, чем центральных, что неблагоприятно влияет на формирование структуры бетона. После достижения бетоном периферийной зоны требуемой прочности (70% от R₂₈) подачу напряжения на электроды прекращают.

Предлагаемый способ сокращает время оборачиваемости опалубки в 1.5-2 раза по сравнению со способом-прототипом. Благодаря предложенному режиму тепловой обработки получена конструкция требуемой прочности и оптимального качества.

Предлагаемый способ позволяет сократить время возведения монолитных конструкций по сравнению со способом, рассмотренным выше, за счет того, что, во-первых, предварительный разогрев бетонной смеси позволяет исключить прогрев центральной части конструкции, а следовательно, и работы, связанные с этой операцией; во-вторых, не требуется период для охлаждения периферийных зон конструкции; в-третьих, сразу же устанавливается утепленная опалубка; в-четвертых, интенсивность набора прочности в предлагаемом способе выше, чем в рассмотренном.

Способ возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, включающий укладку в опалубку бетонной смеси, уплотнение, выдерживание при температуре окружающей среды и периферийный обогрев в утепленной опалубке до набора требуемой прочности, отличающийся тем, что производят предварительный разогрев бетонной смеси до температуры, не превышающей 80°C, укладку бетонной смеси осуществляют в утепленную опалубку, а после уплотнения производят выдерживание бетонной смеси в утепленной опалубке при температуре окружающей среды, причем период выдерживания ограничивают иррегулярным периодом охлаждения, длительность которого определяют по формуле

где
α_λ=e^{(2,7-1,35ln(Bi+1))}-1,
τ_ир - продолжительность иррегулярного периода охлаждения, ч;
τ_ост - время остывания бетона в центре конструкции до 0°C, ч;
с_б - теплоемкость бетона, кДж/(кг·°C);
γ_б - плотность бетона, кг/м;
К_ф - коэффициент, учитывающий форму конструкции и вид бетона;
α_прив - приведенный коэффициент теплоотдачи опалубки, Вт/(м²·°C);
λ_б - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°C);
M_n - модуль поверхности конструкции, м^-1;
t_бн - начальная температура бетона, уложенного в опалубку, °C;
t_нв - температура наружного воздуха, °C;
α_λ - коэффициент, зависящий от критерия БИО Bi;
L - определяющий размер конструкции, м;
K_τ - коэффициент, характеризующий отношение времени остывания конструкции к периоду регулярного режима и зависящий от критерия БИО;
Bi - критерий БИО,
а после выдерживания осуществляют периферийный обогрев, сохраняя положительный градиент температур по сечению конструкции от центра к периферии.