Технология ускоренного возведения многоэтажных зданий из монолитного бетона

УДК 69.003

С.Г. Головнев, Л.А. Беркович

Технология ускоренного возведения многоэтажных зданий из монолитного бетона

Аннотация

Статья посвящена многоэтапнойускоренной технологии возведения зданий из монолитного бетона и выдерживания конструкций в зимнее время.

Golovnev S. G., Berkovitch L. A. Technology of the accelerated erection ofmulti-storey buildings from monolithic concrete

The article is devot to technology oferection ofbuildings and keepings of designs duringwinter time.

Головнев Станислав Георгиевич

д-ртехн. наук, чл.-корр. РААСН, профессор ЮУрГУ

Беркович

Леонид

Александрович

инженеру ЮУрГУ

Строительство гражданских зданий с применением монолитного бетона является одним из основных направлений на пути решения социальных задач и развития рыночной экономики. Возведение подобных объектов приводит к необходимости формирования других, более эффективных строительно-архитектурных систем, технологий их реализации.

За последние десятилетия в технологии возведения зданий с монолитным железобетоном произошли существенные изменения. Широко применяются автобетоносмесители и бетононасосы, индустриальные опалубочные формы. Значительно повышены классы (марки) тяжелых бетонов. Практически не используются бетоны без добавок. Появились легкие теплоизоляционные материалы, различные электронагревательные устройства, греющие провода, термоопалубки, приборы для измерения температуры твердеющего бетона и средства автоматического управления режимами выдерживания конструкций. Значительно увеличились темпы возведения зданий, часто они сопоставимы с другими конструктивными схемами.

Сегодня, в основном, применяются каркасные системы, представленные монолитными или сборными колоннами, монолитными или сборно-монолитными балочными или безбалочными перекрытиями.

Но вместе с этим, отмеченные существенные изменения в конструктивных ре-

шениях, технологии и организации работ почти не нашли отражение в технологии бетонных работ при отрицательных температурах. Основные ее принципы опираются на исследования 30-50 годов прошлого века, посвященные изучению свойств бетона при отрицательных температурах и распространению их на массивные конструкции [1]. Конечно, эти работы являются основной технологии, но при этом не учитываются конструктивные особенности зданий, последовательность возведения как отдельных конструкций, так и этажей, разнообразие опалубок, утеплителей, составов бетонов и т.п. Вследствие этого, при «переносе» данных по свойствам материалов на реальные конструкции наблюдаются дефекты в виде трещин, раковин, образующихся при раннем замораживании бетона в конструкциях, при нерегулируемом охлаждении отдельных элементов здания, укладке бетонной смеси на холодное основание и т.д. (рисунок 1).

Являясь основным конструктивным материалом бетон, при многих его положительных свойствах, довольно медленно твердеет, что становится тормозящим обстоятельством при возведении зданий, в которых основные несущие конструкции выполняются из железобетона. А как известно, в соответствии с требованиями нормативных документов, прочность бетона к моменту загружения конструкций в зимнее время должна составлять не менее семидесяти процентов от проектной [2].

Рисунок 1. Дефекты монолитных конструкций при зимнем бетонировании

Вместе с этим, при производстве работ на строительных объектах, соблюдение названных требований практически трудно реализовать. Даже незначительные изменения в составах исходных материалов, погодных условий и т.п. приводит к необходимости не только к корректировке назначенных режимов выдерживания и термообработки, но и к их полной замене. Кроме этого, разработанные ранее рекомендации по выбору температурных режимов относились, в основном, к массивным конструкциям, да и прочность бетонов (без добавок) не превышала 250 кг/см2. Современные же архитектурно-конструктивные системы представлены главным образом монолитными плитами незначительной толщины с большой площадью опалубливае-мых и охлаждаемых поверхностей, колоннами небольших сечений и монолитными участками.

Как показывают многочисленные данные по срокам возведения монолитных зданий, снятие опалубки колонн и перекрытий и нагружение конструкций в зимнее время осуществляется через пять - семь суток после укладки бетонной смеси. Все это приводит к замедлению сроков возведения зданий, уменьшает оборачиваемость опалубок, снижает качественные показатели.

Поэтому целью проводимых нами исследований было получение данных по темпам набора прочности тяжелых бетонов

современных составов не только при различных положительных и отрицательных температурах, но и при их загружении и термообработке с начальной прочностью, т.е. в условиях, приближенных к производственным.

Для экспериментов применялись тяжелые бетоны, содержащие компоненты в следующих соотношениях (классы В30-В50, осадка конуса 20-22 см, водоцементное отношение не превышало 0,4): портландцемент М500 - 430-480 кг/м3; модификатор МБ10-01 - 45-55 кг/м3; песок кварцевый с Мп = 2,5-2,8 - 730800 кг/м3; щебень гранитный фракции 5-20 мм - 970-990 кг/м3; вода - 165-170 кг/м3; противомо-розная добавка нитрита натрия -20-25 кг/м3.

Отличительной особенностью лабораторных и производственных экспериментов было то, что процесс приготовления бетонной смеси имитировал реальные условия и был двухстадийным. Он состоял из стадии дозирования, загрузки и перемешивания компонентов в стационарном смесителе, а затем дополнительного перемешивания в автобетоносмесителе в процессе транспортирования смесей.

Экспериментальные исследования проводились на специальных установках при выдерживании образцов в камерах тепла и холода. На строительных площадках фиксировалась температура, прочность бетона определялась приборами неразрушающего контроля.

При испытаниях в нормальных условиях в суточном возрасте прочность бетона в зависимости от класса бетона и применяемых добавок составляет от 21 до 40%, в трехсуточном возрасте от 51 до 62 %, а в семисуточном - от 75 до 83 %. Полученные данные значительно отличаются от темпа роста прочности бетона классов В15 - В25, эта разница составляет, особенно в раннем возрасте 15 - 20 %, что, естественно, сказывается на сроках выдерживания бетона в зимнее время. Также были проведены исследования по определению прочности бетона при температурах выше и ниже +20° С. Был отмечен недобор прочности после термообработки при температурах выше 60° С. В условиях отрицательных температур зафиксирован прирост прочности до - 12° С для бетонов классов В50 (10-12 %).

На наш взгляд, это явление можно объяснить не только присутствием в малых количествах противоморозной добавки, но изменением технологии приготовления бетонной смеси. Она стала двухстадийной и поэтому степень гидратации за короткое время увеличивается, а присутствие макрокремнезема (в добавках) изменяет соотношение пор и капилляров, которые становятся меньше по размерам. Поэтому замораживание свежеуложенной бетонной смеси происходит без деструктивных процессов и формируется кристаллогидратная структура цементного камня, содержащего и частицы льда.

Анализируя полученные экспериментальные данные, можно отметить следующее. Скорость роста прочности при температуре от 0° до +20° С зависит от многих факторов, особенно это проявляется при температурах свыше 30° С. При таком воздействии интенсивность роста прочности бетонов с модификаторами значительно превышает скорость набора прочности бетонов без добавок. Максимальный набор прочности наблюдается у бетонов повышенных классов при температурах выше 50° С, в среднем эти величины не превышают 10 %.

Как известно, нарастание прочности тяжелого бетона при положительных и отрицательных температурах представляется в табличных и графических формах. Более наглядно характер этих зависимостей виден на графиках переходных температурных коэффициентов, характеризующих интенсивность твердения бетона при различных температурах по сравнению с твердением в нормальных условиях при температуре 20° С. Впервые подобные зависимости были опубликованы в материалах Второго международного симпозиума по зимнему бетонированию в 1975, затем уточнялись в 1983 году [4]. Полученные нами результаты представлены на рисунке 2.

Были также проведены исследования по оценке влияния параметров температурного и силового воздействия на прочность бетонов рассматриваемых составов, подвергшихся замораживанию в раннем возрасте. Установлена возможность термообработки бетонов, наибольшее увеличение прочности - до 16 % отмечено дл

15 12 -9 -6 -} О 3 6 9 12 /# 2/ IV V

Рисунок 2. Значения переходныхтем-пературныхкоэффициентов 1 - данные шведских исследователей; 2 - данные НИИЖБа; 3 - данные ЦНИОМТП; 4 -бетон В50; 5 - бетон В40; 6 - бетон ВЗО; 7-по градусо-часам.

бетонов В50. Раннее нагружение бетонов ВЗО - В50 оказывает положительное влияние на физикомеханические свойства в зависимости от начальной прочности и температуры замораживания, времени последующего твердения при положительных температурах.

Кроме этого, следует особо подчеркнуть, что имеющиеся в справочниках и учебных пособиях графики зависимости К= (Г) были получены 30 лет назад и до последнего времени не уточнялись, что приводит кувеличению времени твердения бетона до получения требуемой прочности.

Выполненные экспериментальные исследования позволили разработать стандарт ООО Холдинговой компании «Массив» - «Правила выполнения бетонных работ при возведении многоэтажных монолитных гражданских зданий в зимнее время». Он состоит из семи разделов. Это область применения; основные положения; требования к бетонной смеси и бетону; выполнение работ на объекте; особенности работ зимой; термообработка, выдерживание и уход за конструкциями; методы контроля.

В отличие от существующей технологии, в стандарте, кроме указанных параметров учитывалась взаимосвязь возрастающих эксплуатационных и технологических нагрузок и темп изменения прочности бетона на различных этапах твердения и возведения зданий.

В кратком изложении сущность новой технологии можно свести к следующему. После укладки и уплотнения бетонной смеси

осуществляется выдерживание (термообработка) бетона до получения заданной прочности. Причем величина прочности бетона определяется с учетом возможного загружения в течение зимнего периода, т.е. с учетом фактических сроков возведения зданий и условий окружающей среды.

Для определения требуемой к моменту загружения прочности бетона плит перекрытий и колонн предложены соответствующие формулы. При этом расчетные значения прочности должны превышать величину критической прочности бетона при замерзании, а также величину минимальной прочности бетона из расчета на местное действие технологических нагрузок. Как и для любого технологического процесса, при новой технологии обязательным проектным документом является технологическая карта, в которой включаются дополнительные разделы в соответствии со стандартом.

Выдерживание бетона в зимнее время сводится к созданию соответствующего температурного режима твердения, а также постепенного снижения температур в возводимых конструкциях. Здание разбивается на горизонтальные и вертикальные захватки. Если разбивка на горизонтальные захватки связана, в основном, с возможностями строительной организации, то вертикальные захватки обеспечивают постепенное снижение температур, тем самым соблюдаются нормативные требования по скорости охлаждения и допустимым температурным перепадам [2]. Количество вертикальных захваток бывает различным и они назначаются в зависимости от темпа бетонирования, температуры твердения бетона, температуры окружающего воздуха. Предусмотрено, в необходимых случаях, переопирание перекрытий на временные стойки. Если температура воздуха не ниже -25 С, число захваток с различными температурами составляет до четырех. Это зоны укладки бетона и его термообработки, две зоны охлаждения и зона готовых конструкций (ри-сунокЗ).

Разработанные организационно-технологические решения применяются в течение ряда лет на объектах г. Челябинска и области. Производственная апробация подтвердила возможность реали-

зации многоэтапной технологии возведения зданий и выдерживания конструкций в зимнее время. Сроки твердения бетона до получения требуемой прочности сокращены на 30-50 %, оборачиваемость опалубки увеличена в 1,5 - 2 раза, повышено качество бетона.

Рисунок 3. Возведение зданий с по-ярусным выдерживанием конструкций

Список использованной литературы

1. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. М., Стройиздат, 1975.

2. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой СССР. М., ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

3. А.С. 652302 (СССР). Способ возведения монолитных железобетонных конструкций в зимнее время / С.Г. Головнев и др. - опубл. в Б.И., 1979, №10

4. Головнев С.Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования. Л., Стройиздат, Ленинград, отд., 1983.