CC BY
48
К ВОПРОСУ О ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПРИРОСТА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ СВОБОДНО ОСТЫВАЮЩИХ ПОСЛЕ РАСПАЛУБКИ
CONSIDERING A QUESTION ON FORECASTING OF A GAIN OF CONCRETE STRENGTH IN THE MONOLITHIC CONSTUCTION WHICH ARE FREELY COOLING DOWN AFTER REMOVAL
FORMWORK
C.B. Комиссаров, Л.В. Зиневич
S.V. Komissarov, L.V. Zinevich
ГОУ ВПО МГСУ
Рассматриваются вопросы прогнозирования дополнительного прироста прочности бетона в прогретых монолитных конструкциях зданий различной массивности, свободно остывающих после распалубки.
Questions offorecasting of an additional gain of strength of concrete in the heated-up monolithic constructions of buildings of various massiveness which are freely cooling down after removal form-work are considered.
Тепловая обработка и выдерживание монолитных железобетонных конструкций в условиях низкой температуры наружного воздуха обычно производится в следующие пять этапов:
- начальное выдерживание после укладки без тепловой обработки и утепления (как правило, 1-2 часа, что связано с продолжительностью бетонирования захваток, участков и фрагментов конструкций);
- активный обогрев и содержание бетона в опалубке и укрытиях по заданному температурному режиму (с учётом требуемой прочности к концу контролируемого выдерживания);
- остывание в опалубке и укрытиях до безопасного температурного перепада «бе-гон-воздух»;
- раскрытие конструкции (снятие опалубки и утепления);
Повсеместно момент прекращения выдерживания монолитных конструкций понимается как одновременное соблюдение температурных и прочностных критериев бетона при раскрытии конструкций. Прочность бетона конструкций должна обеспечивать восприятие нагрузок при продолжении работ и нормируется, в среднем для вертикальных конструкций, на уровне 50-70% от проектной. Часто это существенно больше возможной распалубочной прочности и критической прочности бетона по зимним условиям работ. При этом практически все изготовленные конструкции стен, колонн фундаментов включаются в работу не сразу, а через 5-7 дней после завершения выдержива-
Наличие достаточно длительного этапа остывания конструкций после снятия опалубки и утеплений позволяет утверждать, что уровни прочности бетона при завершении выдерживания широкого ряда конструкций могут быть существенно снижены за счет учета прироста прочности бетона при остывании конструкций до температуры, близкой к нулю и при последующем дозревании с температурой наружного воздуха. Если производственная система управления и контроля выдерживанием будет способна прогнозировать степень прироста прочности бетона на всех технологических этапах изготовления конструкции, то затраты на тепловую обработку (как энергетические, так и временные) могут быть существенно сокращены.
Применение компьютерной программы ТЯМ [1] при управлении тепловой обработкой бетона в ходе осуществления температурного контроля в значительной степени решает вопросы оценки и прогнозирования прочности бетона при его содержании в опалубке. В составе действий пользователя такой программы было интересно рассмотреть возможность прогнозирования прироста прочности бетона в результате остывания. Реальная организация измерений температуры в остывающих конструкциях являет определённые сложности, требующие проведения дополнительных теоретических и практических исследований.
Изменение температуры-прочности оценивалось преимущественно в поверхностных слоях, подверженных наиболее интенсивному охлаждению, в которых осуществляется большинство температурных измерений и определяется прочность при нераз-рушающем контроле. Температурные сценарии в ходе расчетов определялись с помощью численного компьютерного моделирования при использовании метода конечных разностей с учетом наличия источников тепла внутри конструкций, теплообмена с окружающей средой по внешним поверхностям и тепла экзотермии цемента, выделяемого в процессе твердения. Результаты расчетов получили экспериментальное подтверждение при осуществлении производственного температурного контроля на ряде объектов в зимние сезоны 2007-2008гг. На основе проведённых исследований можно сделать следующие основные выводы:
Первый вывод. В свободном остывании бетона поверхностных слоев монолитных конструкций при снятии опалубки можно выделить два этапа: сначала «интенсивное охлаждение», затем «стабильное остывание» - см. рисунок. При этом интенсивность остывания поверхности бетона на первом этапе практически не зависит от массивности конструкции (Мп) и начального распределения температуры по сечению, а зависит от величины начального перепада между температурой поверхности бетона и температурой воздуха (ДТнач) при распалубке. Длительность этого этапа остывания (время стабилизации) слабо зависит от Мп и от ДТнач и составляет до 2-х и 4-х часов для точки центра грани и углов конструкции соответственно при скорости ветра 4м/с).
Максимальные мгновенные скорости остывания бетона поверхностного слоя на первом этапе также не зависят от массивности конструкций (Мп) и определяются перепадом температуры «бетон-воздух» (ДТ) при распалубке.
Интенсивность остывания на втором этапе главным образом определяется массивностью конструкции (Мп).
Скорость ветра (V) существенно сказывается на интенсивности остывания, но не изменяет его характер в рамках указанных двух этапов.
Второй вывод. Остывание поверхности бетона в опалубке после отключения обогрева также протекает в два этапа, однако первый этап (сразу после отключения обогрева) выражен слабо, а остывание на втором этапе близко к линейному закону. В силу этого, если выдерживание протекает без резких изменений условий, для абсолютного
большинства конструкций, температурный характер остывания поверхности бетона в опалубке легко прогнозируется по данным предшествующих температурных наблюдений на ближайшие 4...10 часов выдерживания.
-10
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Расчетный характер остывания открытой поверхности бетона в центре грани прогретых колонн сечением 500x500, 800x800 и 1500x1500 мм при скорости ветра У=5м/с и перепаде температуры «бетон-воздух» ДТнач = 68 °С.
Третий вывод. При расчётном определении прироста прочности за период остывания после распалубки нужно учитывать существование выявленных двух этапов. Учет остывания только по виду классической экспоненты второго этапа может приводить к завышению показателей прочности, тем большим, чем больше массивность (Мп) и начальный температурный перепад (ДТнач). При этом также (если рассматривать процесс остывания с позиций допускаемых температурных перепадов при распалубке) будут занижены показатели максимальной скорости остывания, играющие решающее значение с позиций обеспечения целостности структуры бетона поверхностных слоев при распалубке.
В целом же, предварительная оценка «бесплатных» приростов прочности бетона в период свободного остывания конструкций показывает, что прочность бетона к моменту снятия опалубки или утеплений для самонесущих конструкций с показателями массивности 6.8м-1 можно уверенно снижать. Это означает, что 30.40% марочной прочности бетона (Яш), достигаемой при выдерживании большинства колонн, будет вполне достаточно для получения в них 50...60%Ят через 3.5 суток при электропрогреве, и 40.50%ЯШ при обогреве нагревательными проводами или теплогенераторами. Несколько ниже дополнительный прирост прочности при устройстве стен, но и там снижение распалубочной прочности может составлять до 10%ЯШ. При этом принимается в
расчёт средневзвешенная прочность бетона по сеченню конструкции, которая, как известно [2], выше, чем прочность бетона в наружных слоях.
Заключение.
На основе определённых расчетных зависимостей скорости свободного остывания бетона представляется возможным практическое прогнозирование температурно-прочностных характеристик бетона непосредственно в ходе выдерживания. Аппарат такого прогнозирования относительно просто встраивается в существующий сегодня комплекс температурно-прочностного мониторинга под общим названием TRM и позволяет на производственном уровне оперативно проигрывать последствия основных технологических воздействий при выполнении обогрева. В частности:
- обоснованно определять момент отключения обогрева и распалубки конструкций с учетом прироста прочности при остывании бетона до низкой положительной температуры по показателю скорости охлаждения бетона наружных слоев и достигнутой прочности;
- обоснованно определять возможность осуществления распалубки и установки съемных укрытий по показателям максимальной скорости охлаждения бетона наружных слоев и температуры его остывания за время замены опалубки.
Литература
1. Комиссаров C.B. Совершенствование управления обогревом и выдерживанием монолитных конструкций при зимнем бетонировании / C.B. Комиссаров, В.Л. Ройтер // Механизация Строительства. -1998. -№5.
2. Иванов С.И. Особенности контроля прочности вертикальных конструкций из тяжелых бетонов проектного класса В45 и выше с помощью неразрушающих методов / С.И. Иванов, Б.Х. Тухтаев, Д.В. Кузеванов // Технологии бетонов. -2006. -№4-5 и 9-10. -с.16-17.
The literature
1. Komissarov S.V. Soverchenstvovanie upravlenia obogrevom I viderjivaniem monolitnyh konstrukzii pri zimnem betonirovanii. Mehanizazia stroitelstva
2. Ivanov S.I. Osobennosti kontrolia procnosti vertikalnyh konstrukzii iz tiajelyh betonov proektnogo klassa B45 I vyche s pomochiu nerazruchaiuchih metodov. Tehnologia betonov
Ключевые слова: монолитное строительство, зимнее бетонирование, обогрев и выдерживание бетона, прогнозирование прочности бетона, контроль прочности бетона, программное обеспечение.
Keywords: monolithic housing construction, winter concreting, heating and care of concrete, forecasting of solidification of concrete, control of strength of concrete, the software.
E-mail авторов: [email protected].
Рецензент: Каган П.Б. Директор НИЦ «Информтехпроект»
