CC BY
50
УДК 691.44
А. Р. Мавлюбердинов, Г. А. Сунгатуллина ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ В ТЕРМОАКТИВНОЙ ОПАЛУБКЕ
Ключевые слова: бетон, электропрогрев, опалубка.
В работе представлены результаты исследований бетонирования конструкций в термоактивной опалубке. Проанализирована эффективность прогрева конструкций щитами термоактивной опалубки.
Keywords: concrete, theelectricalheatingsystem, formwork.
The paper presents the results of investigations of concrete structures in thermosetting formwork. The efficiency of the heating structures hields thermosetting formwork.
Введение
В процессе социально-экономических преобразований, происходящих в нашей стране за последниегоды, без внимания не осталась и строительная отрасль. В частности, коренным образом изменилось соотношение между сборным и монолитным бетоном. Раньше объемы монолитного и сборного бетона, а также железобетона были примерно равными. В настоящее же время преобладающим является строительство зданий и сооружений из монолитного железобетона [1].
Специфика климатических условий нашей страны затрудняют развитие монолитного строительства. Значительная часть территории России расположена в зонах с суровыми климатическими условиями. В Республике Татарстан из 12 месяцев в году в течение 5 месяцев сохраняется неблагоприятный температурный режим для твердения бетона (зимние условия).
Известно, что при температуре ниже О С химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме приблизительно на 9%. В результате чего, в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзший бетон обладает высокой прочностью, но только за счет сцепления замерзшей воды. При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочность значительно ниже, чем прочность бетона, не подвергавшегося замерзанию. Известно, что на процесс набора прочности бетона существенно влияют условия твердения. Если бетон до замерзания наберет 30-50% прочности от проектной, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики [2].
Таким образом, за счет создания благоприятных условий твердения бетона в начальный период получают конструкции требуемого качества.
В современном строительстве на протяжении ряда лет ведутся разработки в области технологии бетонирования в зимний период, а именно прогрева бетона [4].
Целью исследований является получение наиболее оптимального метода ускорения твердения бетона до достижения им требуемых структурных характеристик с наименьшими техническими и
экономическими затратами [2].
Самый распространенный из методов термообработки - электропрогрев - обладает мобильностью и простотой, технологичностью и эффективностью, сравнительно низкими
потребными мощностями и расходом энергии и имеет различные модификации [5].
Электротермообработка бетона объединяет группу методов, основанных на использовании тепла, получаемого от превращения электрической энергии в тепловую. Это может происходить или непосредственно в материале, когда электрический ток пропускается через бетон, или вразличного рода электронагревательных
устройствах, от которых тепло подводится к бетону радиационно, кондуктивно или конвективно [6].
Одним из перспективных методов термообработки бетона является кондуктивный метод. Контактный (кондуктивный) нагрев обеспечивает передачу энергии от искусственно нагретых материалов или тел прогреваемому бетону путем непосредственного контакта между ними. Разновидностями этого способа являются обогрев бетона в термоактивной опалубке или прогрев с применением различных технических средств (греющие провода, кабель, термоактивные покрытия и др.), которые непосредственно контактируют с обогреваемой средой - бетоном [3].
Греющие щиты опалубки подразделяются на две группы: 1 - с несущей основой (палубой), контактирующей с бетоном, 2 - с нагревателем, контактирующим с бетоном.
Наиболее интересными в технологическом аспекте являются греющие щиты второй группы. Принципиальным и относительно новым для греющих щитов этой группы является установка нагревателя на контактирующую с бетоном поверхность палубы. Недостатком данной конструкции является износ нагревателя в связи: с механическими воздействиями, его контактом с укладываемой бетонной смесью, твердеющим бетоном и распалубкой. Преимуществами являются: - отсутствие адгезии нагревателей к бетону и, как следствие, возможность отказа от смазки;
- возможности крепления нагревателя на любую палубу или трансформации в греющие щиты любой из существующих систем опалубок с палубой из фанеры;
- увеличение оборачиваемости фанеры;
- ликвидация мостиков холода и проблем связанных с ними;
- равномерность температурных полей на поверхности обогрева;
- простота технологии замены палубы современных опалубок и нагревателя установленного на них;
- значительное снижение затрат энергии на обогрев и, как следствие, уменьшение требуемых установочных мощностей на строящихся объектах [1].
На основании анализа имеющихся методических данных, нами была разработана термоактивная опалубка, представленная на рис. 1.
бетонной смеси в течение девяти часов.
Рис. 1 - Внешний вид термоактивной опалубки
Опалубка состоит из щитов ламинированной фанеры толщиной 20мм. Щиты крепятся между собой саморезами, образуя конструкцию в виде коробки размерами 220х220х200мм. В каждый щит встраиваются провода марки ПНСВ-1,2 с шагом укладки 40мм и с шириной борозды 10мм.
В лаборатории были проведены эксперименты по прогреву бетона с целью определения эффективности использования данной опалубки.
Часть образцов была предназначена для определения прочности бетона на сжатие, остальные - для определения температуры бетонной смеси в контрольных точках (см. рис. 2) с течением времени.
Для приготовления бетона использовался композиционный портландцемент Вольского завода ЦЕМ II/А-К (Ш-П) 32,5Б, песок обогащенный Камско-Устьинского месторождения, щебень фракции 5-20 мм, производимый из пород Саткинского месторождения (Челябинская область). Соотношение компонентов 1:1,4:3,1.Образцы изготавливались согласно ГОСТ 7473-2010.
В образцы, предназначенные для определения температуры бетонной смеси, закладывались специальные датчики ТЕРМОХРОН. Каждый из датчиков до начала работ был запрограммирован фиксировать температуру каждый час.
Далее, с предварительным подсоединением проводов к зарядному устройству с током заряда 6А, опалубка с бетонной смесью помещалась в морозильную камеру с установленной температурой -18°С. Затем сразу же осуществлялся прогрев
Рис. 2 - Схема расположения датчиков: 1 -опалубка; 2 - бетонная смесь; 3 - датчик (размеры даны в см.)
Рис. 3 - Испытуемые образцы в морозильной камере
По истечении указанного времени зарядное устройство отключали от источника питания, образцы с датчиками ТЕРМОХРОН извлекались из морозильной камеры. Другие образцы оставались в морозильной камере в течение одних, трех, семи и двадцати восьми суток.
Данные, полученные с датчиков, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Показания ТЕРМОХРОНов в зависимости от времени прогрева
Время Температура бетона в контрольных
твердения, точках, °С
мин 1 2 3
60 14,0 12,5 13,5
120 14,5 13,0 13,5
180 13,0 12,0 12,0
240 12,0 11,0 11,0
300 11,5 10,0 10,5
360 10,5 9,5 10,0
420 10,0 9,0 9,5
480 9,5 8,5 9,0
540 9,5 8,0 9,0
600 9,5 8,0 9,0
Из таблицы видно, что температура в контрольных точках повышается в течение первых 120 минут. Затем температура начинает плавно
снижаться.
Результаты испытания образцов на сжатие представлены в виде диаграммы зависимости прочности бетона (кг/см2) от времени (сут.) (рис. 4).
О 10 20 30
Рис. 4 - Диаграммы набора прочности бетона с течением времени при температуре -18°С
Пунктирной линией обозначен график твердения бетона без обогрева в термоактивной опалубке, сплошной - с обогревом. Образцы испытывались в возрасте трех, семи и двадцати восьми суток.
Заключение
1. Разработана универсальная конструкция
термоактивной опалубки, позволяющая производить бетонирование как в зимнее, так и в летнее время.
2. На основании результатов проведенных экспериментов установлено, что в центральной точке испытуемого образца потери тепла наибольшие.
3. Анализ представленных зависимостей показал, что электропрогрев бетона позволяет увеличить прочность бетонных образцов приблизительно в 3 раза в возрасте 28 суток.
Литература
1. Крылов Б.А., Амбарцумян С.А., Звездов А.И. «Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях», Москва, 2005г., 275с.
2. Сокова С.Д. «Зимнее бетонирование монолитных конструкций», Москва, 2013г., 56с.
3. Теличенко В.И. «Технология строительных процессов», Москва, 2005г., 392 с.
4. Д. Г. Имайкин, Р. А. Ибрагимов, М. М. Мартынов, А. Р. Сунгатуллина Технология зимнего бетонирования строительных конструкций с применением термоактивной опалубки./ Вестник КГТУ, №24, 2014г. -с.96-99
5. Гендин В.Я. «Электропрогрев в производстве сборных железобетонных изделий и блоков», 1961г., 196 с.
6. Садович М.А. «Методы зимнего бетонирования в условиях севера», Братск, 2009г., 104с.
© А. Р. Мавлюбердинов, кандидат технических наук, доцент каф. «Технология, организация и механизация строительства» КГАСУ, [email protected]; Г. А. Сунгатуллина, магистрант, КГАСУ, [email protected].
© А. R. Mavlyuberdinov, Ph.D. in Engineering, Associate Professor of Dept. Of Technology, Organization and Mechanization of Construction, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; G. А. Sungatullina, master in Engineering, Kazan State University of Architecture and Engineering, gr. 3SM203; [email protected].
