CC BY
11УДК 69.057.51
С.В. ФЕДОСОВ, д-р техн. наук, чл.-корр. РААСН, А.М. ИБРАГИМОВ, д-р техн. наук, А.С. РЕДЬКИНА, инженер (asredkina@mail.ru), С.А. НЕСТЕРОВ, инженер, Ивановский государственный архитектурно-строительный университет
Контроль тепловых процессов, происходящих в теле монолитной железобетонной конструкции при зимнем бетонировании
Бетон и железобетон являются одними из основных материалов современного строительства. Способность бетона твердеть и увеличивать свою прочность с течением времени как на воздухе, так и под водой, возможность возведений зданий и сооружений различных архитектурных форм, а также надежность и долговечность все больше обусловливают широкое использование бетона и железобетона в промышленном и гражданском строительстве.
В последние годы наметилась тенденция увеличения строительства домов из монолитного бетона и железобетона. По данным Госкомстата РФ за 2007 г., основным конструктивным решением жилых зданий-новостроек является монолитно-каркасная конструкция (около 77%). Панельных жилых зданий-новостроек значительно меньше — около 18%. Кирпичных домов совсем немного — около 5% [1]. Причем работы по возведению зданий ведутся круглогодично.
Предметом исследований, проводящихся в ИГАСУ, является разработка экономически целесообразных и простых в инженерном исполнении технологий зимнего бетонирования. Для этого необходимо решить следующие задачи:
• изучить вопросы твердения бетона в монолитной конструкции в условиях строительной площадки в зимний период года;
• разработать математические модели распространения тепла в теле палубы при ее обогреве термоактивными опалубками;
• изучить вопрос влияния теплового эффекта гидратации цемента на процесс твердения бетона в монолитной палубе;
• разработать инженерный метод расчета для проектирования монолитных палуб в условиях зимнего бетонирования;
• предложить изменение технологии зимнего бетонирования с точки зрения рационального выбора режимов термообогрева бетона;
• разработать методику проведения эксперимента и поставить его в реальных условиях строительной площадки;
• рассчитать экономический эффект предлагаемых разработок и внедрить их в производство.
Эта статья продолжает цикл публикаций, посвященных вопросам зимнего бетонирования [2].
При монолитном бетонировании, особенно в зимний период года, для получения железобетонной конструкции с заданными свойствами необходим производственный контроль непосредственно на строительной площадке, который включает входной, операционный и приемо-сдаточный.
В рамках научных исследований в условиях строительной площадки был поставлен натурный эксперимент. Бетонировался монолитный сплошной фундамент под здание в 16 этажей с размерами в плане 32730x16130 мм. Толщина фундаментной плиты сос-
тавляла 1100 мм. Весь объем бетона укладывался единовременно 12 декабря 2009 г. Товарный бетон на строительную площадку поставлялся непрерывно с двух БСУ, один из которых находился на расстоянии 15 км, другой — 35 км. Для учета внутреннего разогрева бетона за счет гидратации цемента к арматурному каркасу были приварены трубки различной длины с шагом по высоте 100 мм. Трубки компоновались в кусты, один из которых располагался в центре фундаментной плиты, другой — в углу фундамента, а третий — по диагонали между ними (рис. 1). Трубки были приварены к каркасу с таким учетом, чтобы они выступали минимум на 50 мм и над открытой поверхностью. Такое расположение кустов позволяет отследить температуру бетонной смеси по толщине плиты и по площади. Во избежание охлаждения воздуха внутри трубки на верхний конец трубки надевались пенопластовые кубики. Температурные замеры производились двумя пирометрами. Температура наружного воздуха фиксировалась спиртовым термометром. В теле фундаментной плиты вдоль верхних стержней каркаса крепился греющий провод ПРСВ 1,2, шаг арматуры составлял 200 мм (рис. 2). Перед укладкой бетонной смеси непосредственно из миксера были отобраны пробы бетона, которые были уложены в формы с целью последующего определения прочности бетона в возрасте 14, 28 и 56 сут. Согласно ГОСТ 10181—2000 «Смеси бетонные. Общие требования к методам испытания», было отобрано 10 партий, половина из которых набирала прочность в условиях строительной площадки, а другая половина — в лабораторных условиях с температурой воздуха 18—20оС и влажностью 55—65%.
Проведение эксперимента
1. Перед укладкой бетонной смеси осуществлялся контроль пространственного положения арматурных каркасов, отсутствие снега и наледи в опалубке и на арматуре перед приемкой бетона (вся площадь фундамента укрыта полиэтиленовой пленкой, которая была снята непосредственно перед укладкой бетонной смеси).
2. Отслеживалась целостность греющих проводов, объединенных в электрическую цепь.
3. Фиксировалась температура наружного воздуха в момент укладки бетонной смеси.
4. Фиксировалась температура поставляемой смеси непосредственно в подъезжающих миксерах.
5. Виброуплотнение контролировалось по признаку появления цементного молочка на поверхности бетонируемой конструкции.
6. В течение трех суток с интервалами в 3 ч с помощью пирометров производились замеры температур в каждой трубке с одновременной фиксацией температур наружного воздуха. Результаты замеров заносились в журнал. Замеры производились первые 2 сут через 3 ч, затем до 14 сут через 6 ч и до 28 — через 24 ч.
7. В процессе твердения бетона производители работ периодически регулировали подачу и силу тока в грею-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ï^
40 март 2010
щих проводах. Проводился хронометраж увеличения и уменьшения силы тока.
8. Частично в районе 2-го и 3-го кустов открытая поверхность фундамента производителем работ на 2-е сут была укрыта слоем полиэтиленовой пленки и утеплителем.
9. Распалубка была осуществлена на 8-е сут твердения бетонной смеси.
Результаты эксперимента
1. При проведении эксперимента было установлено, что в трубках появляется влага, появление которой обусловлено конденсатом и капиллярным подсосом (рис. 3). Перед замером температуры влага из трубок удалялась.
2. При наблюдении за состоянием поверхности фундамента уже на 2-е сут было отмечено появление трещин, которые располагались вдоль верхних стержней каркаса, и в районе 2-го узла на поверхности бетона появились высолы (рис. 4).
3. По результатам температурных замеров были построены графики изменения температуры во времени на разной глубине фундаментной плиты. Характер температурных кривых соответствует современным представлениям о тепловыделении при гидратации цемента. Максимальное значение температуры внутри конструкции за период наблюдения достигало +29,4оС (куст 2).
4. Сравнительный анализ значений температур в кустах 1, 2 и 3 позволяет сделать вывод, что внутри тела конструкции температура в кустах 2 и 3 выше, чем температура в кусте 1. Это обусловлено тем, что поверхность бетона в районе этих кустов была укрыта утеплителем.
5. Регулирование силы тока в греющих проводах производителем работ осуществлялось без мониторинга температуры окружающей среды.
6. В возрасте 14 сут была испытана партия образцов, которая набирала прочность в лабораторных условиях.
Испытания проводились неразрушающими методами с помощью пружинного склерометра, молотка Кашкарова и методом ударного импульса прибором ИПС-МГ4.01, а также разрушающими методами на прессе марки П125. По результатам испытания класс бетона составил В17,5. Аналогичные испытания были проведены в возрасте 28 сут. Прочность бетона соответствовала классу В20.
7. В возрасте 28 сут с помощью неразрушающих методов был определен класс бетона непосредственно в теле конструкции, который составил В15 (бетон находился в мерзлом состоянии). При лабораторных испытаниях на прессе партии образцов, твердевших на строительной площадке, предел прочности на сжатие бетона составил 7,76 МПа, что соответствует классу бетона В5. Класс бетона в возрасте 56 сут также составил В5. Выводы.
Класс бетона в возрасте 28 сут не достиг декларируемого класса, указанного в сертификатах, — В25 в силу объективных и субъективных причин:
• температура укладываемой смеси в силу удаленности БСУ от места строительства была ниже нормативной на 3—5оС;
• размеры крупного заполнителя в миксерах колебались от 3 до 30 мм, это позволяет утверждать, что бетон фундаментной плиты неоднороден по плотности;
• локальные появления на поверхности бетона высо-лов, которые характерны для поташа, объясняются тем, что процентное содержание противоморозных добавок и водоцементное отношение в каждом миксере были различны;
• появление трещин на поверхности фундаментной плиты может быть обусловлено двумя причинами: а) при электрообогреве бетона произошло интенсивное
испарение влаги в защитном слое, так как был нарушен проект производства работ: не осуществлялось плавное уве-
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® март 2010 41
личение силы тока до проектного режима, а поверхность бетона оставалась свободной от гидро- и теплоизоляции;
б) в момент укладки бетонной смеси арматурные стержни имели отрицательную температуру, температура бетонной смеси составляла всего +2 — +3оС. Резкое ночное понижение температуры наружного воздуха, отсутствие утепления открытой поверхности привели к замерзанию влаги в защитном слое бетона, которая в конечном итоге разорвала бетон в месте расположения арматурных стержней;
• в процессе укладки бетонной смеси местами была нарушена целостность токопроводящих элементов, что сказалось на величине температуры в верхних слоях бетона и в конечном итоге повлияло на скорость гидратации цемента в этих слоях;
• теплоизоляция открытой поверхности бетона осуществлялась лишь частично, что тоже снижало скорость гидратации цемента и набор прочности бетоном;
• в процессе твердения колебание температуры наружного воздуха составляло 31оС (на начало бетонирования -11оС, на 3-и сут -30оС, на 14-е сут +1оС, на 28-е сут —12оС). Эти изменения температуры оказывали существенное влияние на поверхностные слои твердеющей конструкции фундамента;
• анализ температурных полей позволяет сделать вывод о том, что температура в нижних слоях фундаментной плиты была ниже, чем температура в средних и верхних слоях.
В целом полученные результаты исследования соответствуют физике процессов, протекающих в теле бетонной конструкции при различных граничных условиях. Рекомендации
1. При зимнем бетонировании необходимо проводить работы в соответствии с требованиями технологической карты, в которой приведена методика зимнего бетонирования, и осуществлять мониторинг парамет-
ров, только это может обезопасить производителей работ от возможной последующей ответственности.
2. Математическое моделирование процессов, происходящих в теле бетонируемой конструкции, и результаты проведенного эксперимента прямо указывают на то, что открытая поверхность бетона должна быть укрыта гидроизоляционной пленкой и утеплена непосредственно по окончании бетонирования на весь период набора прочности бетоном, т. е. минимум на 28 сут.
3. При бетонировании массивных конструкций типа сплошного фундамента под здание необходимо производить прогрев с двух сторон — со стороны основания и со стороны открытой поверхности, а также для оперативного контроля температуры в теле конструкции устраивать минимум три куста с трубками — это позволит оперативно вмешиваться в процесс твердения бетона.
4. Предпочтительно использование греющей деревянной опалубки во избежание промерзания углов конструкции.
5. Обязательное ведение журнала зимнего бетонирования с фиксацией всех изменяющихся параметров.
В данной работе приведены результаты натурного эксперимента. Математическое моделирование условий эксперимента и его результаты будут представлены в последующих публикациях.
Ключевые слова: зимнее бетонирование, монолитная конструкция, температурные поля.
Список литературы
1. Матросов Ю.А. Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути ее решения. М.: НИИСФ, 2008. 496 с.
2. Федосов С.В., Ибрагимов А.М., Нестеров С.А. Двусторонний прогрев бетона в монолитной железобетонной фундаментной плите с использованием термоактивной опалубки // Строит. материалы. 2007. № 12. С. 26—27.
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «СТРОЙМЕХДНИКА» +7(4872)701 400
Надежные и качественные комплектующие:
Предохранительные клапаны
Машиностроительное предприятие «СтройМеханика», РФ, г. Тула, пос. Рудакове, ул. Люлина, д. 6А; Тел/факс +7 (4872) 701 400; е mail: info(5)penobet.ru www.stroymehanika.ru
Реклама
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
42 март 2010
