CC BY
40
Devices technology of joints in precast-monolithic buildings
in winter time
Permyakov M.1, Mishinsky M.2, Mishinsky M.3, Davydova A.4, Chernyshova E.5 (Russian Federation) Технология устройства стыков в сборно-монолитных зданиях в
зимнее время
12 3
Пермяков М. Б. , Мышинский М. И. , Мышинская М. С. , Давыдова А. М.4, Чернышова Э. П.5 (Российская Федерация)
1Пермяков Михаил Борисович /Permyakov Mikhail - кандидат технических наук,
доктор Ph.D,
директор института строительства, архитектуры и искусства, доцент, заведующий кафедрой; 2Мышинский Максим Игоревич /Mishinsky Maxim - кандидат технических наук, доктор Ph.D, старший преподаватель, кафедра строительного производства; 3Мышинская Марина Сергеевна /Mishinsky Marina - кандидат педагогических наук, доцент, кафедра рекламы и визуальных коммуникаций; 4Давыдова Анастасия Михайловна / Davydova Anastasia - научный сотрудник, кафедра строительного производства; 5Чернышова Эльвира Петровна / Chernyshova Elvira - кандидат философских наук, доцент, член Санкт-Петербургского психологического общества (СПбПО), член Совета директоров (СД) России, заместитель директора по научной работе и международной деятельности, Институт строительства, архитектуры, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
г. Магнитогорск
Аннотация: целью данной работы является разработка режимов выдерживания бетона в зимнее время в сборно-монолитных стыках каркасных зданий и определение наиболее экономичного способа их устройства.
Abstract: the aim of this work is the development of modes of concrete solidification in winter in precast-monolithic joints of frame buildings and determining the most economical way of their devices.
Ключевые слова: сборно-монолитный каркас, здание, стык, зимнее время, бетон. Keywords: precast-monolithic frame, building, joint, winter time, concrete.
В России ежегодно требуется все больше жилых и производственных площадей. Отсюда возникает необходимость использования технологий возведения зданий в максимально сжатые сроки и с наименьшими затратами для массового строительства, в том числе в зимнее время.
Речь идет о каркасных сборно-монолитных зданиях, которые взяли многие положительные свойства полносборных конструкций и ряд преимуществ монолитных.
Основой сборно-монолитного здания является несущий каркас, состоящий из трех основных железобетонных элементов: вертикальных опорных колонн, ригелей и связевых плит перекрытия.
Известно, что сборно-монолитные каркасные системы обеспечивают высокий темп возведения каркаса, имеют высокую технологичность и соответствующую заводскую готовность для быстрого монтажа на строительной площадке. Это
позволяет существенно снизить продолжительность и трудоемкость возведения каркаса [1-5].
В основном этот тип зданий характеризуется рамной или рамно-связевой структурой и узлами «колонна-ригель» или «колонна-ригель-диск перекрытия». Колонны применяются сборные, а ригели и диски перекрытия могут быть сборным или монолитными.
Каркас является несущим элементом, а стены выполняют ограждающие функции.
При использовании в каркасе монолитных ригелей и сборных перекрытий, а также монолитных ригелей и монолитных перекрытий возможно применять различные архитектурно-планировочные решения.
Одним из основных этапов возведения таких зданий является устройство монолитных узлов и стыков между сборными элементами, которые определяют надежность зданий в целом [8-10].
В условиях круглогодичного строительства актуальным становится вопрос по технологии выдерживания бетона в монолитных конструкциях в зимнее время.
В городе Магнитогорск, согласно СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», времени для укладки бетона в зимнее время - 170 суток. Почти половину года строительство ведется при отрицательной температуре.
В работе рассматриваются два варианта исполнения каркаса (Рис. 1):
- со сборными железобетонными колоннами, сборными ригелями и сборными многопустотными плитами перекрытия;
- со сборными железобетонными колоннами, монолитными железобетонными ригелями и сборными многопустотными плитами перекрытия.
Колонны сборно-монолитного каркаса приняты сборные, т. к. их выполнение на заводе происходит более качественно, чем на строительной площадке.
Для выбора режимов прогрева бетона в зимнее время рассматриваются два варианта сопряжения сборных и монолитных конструкций (рис. 1).
Рис. 1. (1) Сборный ж/б ригель с монолитным участком (шпоночный стык); (2) Монолитный ж/б ригель с опиранием плит перекрытия
Для данных вариантов были определены методы выдерживания монолитных элементов каркаса в зимнее время.
Расчетные данные: Длина конструкции - 9 м; Марка цемента - М400; Скорость ветра - 10 м/с; Начальная температура бетона - 10оС; Температура наружного
воздуха, - 20оС; Предельная температура прогрева бетона 70оС; Массивность конструкции шпонки - 14,86 м-1; Массивность конструкции монолитного ж/б ригеля -7,61 м-1.
С позиции целесообразности применения к узлам омоноличивания можно выделить несколько методов выдерживания бетона в зимнее время для данных конструктивных схем [4]:
• Противоморозные добавки;
• Инфракрасный прогрев бетона;
• Электродный электропрогрев;
• Предварительный разогрев бетонной смеси (горячий термос).
Противоморозные добавки: позволяют бетону твердеть при температурах до
минус 25°С и к 28 суточному возрасту набирать от 20 % до 80 % проектной прочности в зависимости от температуры наружного воздуха и применяемой противоморозной добавки.
Для сборного ж/б ригеля применение противоморозных добавок целесообразно ввиду малого объема требуемого бетона и сборные элементы конструкции служат несъемной опалубкой для шпоночного стыка. Для примера, принята противоморозная добавка «Форт Уп-3». Для первого варианта идет удорожание бетонной смеси на 3135 руб., а для второго - на 14 333 р. при стоимости добавки 210 руб/кг.
Для монолитного ж/б ригеля применение противоморозных добавок не является целесообразным из-за большого объема бетона. Также требуется много времени (до 28 суток) для достижения распалубочной прочности.
Инфракрасный прогрев бетона. Целесообразно использование инфракрасных установок для отогрева сборного железобетона и поддержания его положительной температуры до тех пор, пока свежий бетон не наберет критическую прочность.
По техническим особенностям, инфракрасный прогрев бетона возможен для первого варианта, а для второго - невозможен и не рассматривается далее.
Электродный электропрогрев. Для первого варианта с массивностью конструкции 14,86 м-1 целесообразен режим тепловой обработки бетона, который включает период подъема температуры и изотермическое выдерживание. Период остывания не учитывается. (Рис. 2а). Требуемая удельная тепловая мощность составляет 45 кВт.
Для второго варианта с массивностью конструкции 7,61 м-1 целесообразен режим тепловой обработки бетона, который включает период подъема температуры, изотермическое выдерживание и период остывания (Рис. 2б). Расчеты показывают, что за счет учета экзотермического тепловыделения цемента при реакции с водой и применения утепленной опалубки, режим выдерживания будет состоять из периода подъема температуры и периода остывания (Рис. 2в). Требуемая удельная тепловая мощность при подъеме температуры до 70оС составляет 17,0 кВт [5].
За это время бетон приобретает 70 % проектной прочности, что позволяет распалубить конструкцию и использовать опалубку для возведения следующего ригеля и повысить оборачиваемость опалубки. Разработана деревянная и трехслойная опалубка с нашиваемыми электродами. Составлена программа выдерживания бетона в различных погодных условиях.
тд \_Гс_Время, ч
Рис. 2. Режимы выдерживания: а - подъем температуры и изотермическое ыдерживание; б - подъем температуры, изометрический прогрев и остывание; в - подъем
температуры и остывание
Предварительный разогрев бетонной смеси (Горячий термос)
Этот метод выдерживания бетона может быть осуществлен, если строительная площадка обладает высокими электрическими мощностями. Разогрев бетонной смеси производится в бадье, оборудованной электродами. Время форсированного электроразогрева бетонной смеси до температуры 75оС (в зависимости от мощности) составляет от 5 до 20 минут [12].
Время разогрева может быть увеличено путем введения в бетон пластифицирующих добавок. Разогретый бетон подается в утепленную форму при помощи кран-бадьи. Для предотвращения тепловых потерь с горизонтальной поверхности, бетонируемую конструкцию укрывают брезентом или пленочным материалом и укладывается утеплитель.
На основании всего вышесказанного можно сделать выводы:
1. Себестоимость монолитного ригеля меньше на 24 % по сравнению со сборным ригелем, трудозатраты по устройству больше на 30 %.
2. Количество электроэнергии в условиях зимнего бетонирования в стыке со сборным ригелем больше на 60 % по сравнению с монолитным ригелем при применении методов прогрева.
3. Выдерживание монолитного ригеля по режиму 2в, а также применение утепленной опалубки, снижает расход электроэнергии по сравнению с режимом 2б до 40 %.
Литература
1. Веселов А. В., Пермяков М. Б., Трубкин И. С., Токарев А. А. Сборно-монолитная составная свая и технология ее изготовления // Жилищное строительство. 2012. № 11. С. 15-17.
2. Chernyshova E. P., Permyakov M. B. Architectural town-planning factor and color environment // world applied sciences journal. 2013. № 27(4). pp. 437-443. ISSN 18184952.
3. Воронин К. М., Гаркави М. С., Пермяков М. Б., Кришан А. Л., Матвеев В. Г., Федосихин В. С., Чикота С. И., Голяк С. А. Научные исследования, инновации в строительстве и инженерных коммуникациях в третьем тысячелетии // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2009. № 2. С. 49-50.
4. Permyakov M. B. Building residual life calculation at hazardous production FACILITIES // Advances in Environmental Biology. 2014. Volume 8, Number 7. pp. 1969-1973.
5. Permyakov M. B. Methods of building residual life calculation // Advances in Environmental Biology. 2014. Volume 8, Number 7. pp. 1983-1986.
6. Пермяков М. Б. Анализ аварий производственных зданий и сооружений // Архитектура. Строительство. Образование. 2014. №1 (3). С. 264-270.
7. Пермяков М. Б., Чернышова Э. П. Направления подготовки высшего профессионального образования в институте строительства, архитектуры и искусства // Архитектура. Строительство. Образование. 2015. № 1 (5). С. 3-11.
8. Пермяков М. Б., Тимофеев С. В. Совершенствование технологии устройства противофильтрационных завес способом «стена в грунте» // Архитектура. Строительство. Образование. 2013. № 2. С. 129-138.
9. Пермяков М. Б., Веселов А. В., Токарев А. А., Пермякова А. М. Исследование технологии погружения забивных свай различных конструкций // Архитектура. Строительство. Образование. 2015. № 1 (5). С. 12-17.
10. Пермяков М. Б., Чернышова Э. П., Пермякова А. М. Предотвращение аварий эксплуатируемых зданий и сооружений // Научные труды SWorld. 2013. Т. 50. № 3. С. 38-43.
11. Пермяков М. Б., Чернышова Э. П. Архитектурно-строительному факультету Магнитогорского Государственного технического университета им. Г. И. Носова -70 лет // Жилищное строительство. 2012. № 5. С. 2-3.
12.Mishurina O. A., Mullina E. R., Chuprova L. V., Ershova O. V., Chernyshova E. P., Permyakov M. B., Krishan A. L. Chemical aspects of hydrophobization technology for secondary cellulose fibers at the obtaining of packaging papers and Cardboards // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Volume 10, Number 24. pp. 44812-44814. ISSN 0973-4562.
