СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD FOR ERECTION OF MONOLITHIC CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE STRUCTURES

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций с применением тепловой обработки бетона.
В современном строительстве при возведении бетонных и железобетонных конструкций на строительной площадке в зимний период применяют различные способы тепловой обработки в зависимости от условий производства бетонных работ.
Известен способ изготовления сборных и возведения монолитных массивных бетонных и железобетонных конструкций (А.с. №422707, МПК C04B 41/30, опубл. 05.04.1974 г.), заключающийся в укладке и уплотнении бетонной смеси с последующей электротермообработкой центральных слоев конструкции в период пребывания наружных слоев в упругопластичном состоянии. В конструкцию укладывается бетонная смесь с естественной температурой (5-20°C) и уплотняется, затем в течение начального периода твердения производится электроразогрев ядра конструкции при помощи различного рода электронагревательных элементов в виде греющего шнура, струн, сеток, пластин до температуры не выше 90°C со скоростью 20°C/ч. В результате разогрева внутренних слоев бетона ядро конструкции расширяется и достигает практически максимальных деформаций до затвердевания бетона в периферийных слоях, бетон в которых еще способен воспринимать деформации растяжения без разрушения.
Недостатками вышеописанного способа являются:
- увеличение времени возведения конструкции из-за невысокой температуры поверхностных слоев в процессе прогрева и возрастания сроков созревания бетона в последних;
- снижение качества конструкции после термообработки вследствие различной прочности в ядре и поверхностных слоях;
п
- актуальность данного способа для узкого класса бетонных конструкций (большой массивности с модулем поверхности М<3).
Известен способ возведения монолитной бетонной конструкции (А.с. №1079800, МПК E04G 21/02, опубл. 15.03.1984 г.), включающий укладку бетонной смеси, ее уплотнение и разогрев ядра конструкции, при этом одновременно с разогревом ядра осуществляют охлаждение поверхности конструкции, после чего опалубку утепляют и осуществляют периферийный прогрев до твердения конструкции.
При осуществлении способа в неутепленную опалубку, оборудованную полосовыми электродами, из бадьи укладывают бетонную смесь с температурой 5-20°C и уплотняют. Затем производят одновременный разогрев ядра путем сквозного электропрогрева со скоростью 5-20°C/ч и охлаждение (естественное или искусственное) поверхности конструкции. При разогреве ядра до 80°C процесс прекращается, после чего в течение 1-2 ч опалубку утепляют, переключают полосовые электроды и осуществляют периферийный электропрогрев со скоростью 20°C/ч при 50-60°C до достижения бетоном требуемой прочности.
Недостатком этого способа является необходимость периода для охлаждения поверхности конструкции, утепления опалубки и дальнейшего выдерживания бетона, что ведет к увеличению трудоемкости и удлинению сроков производства работ, что отрицательно отражается на себестоимости конструкции. В зависимости от марки бетонной смеси прекращение разогрева ядра конструкции по достижении в нем температуры 80°C может привести к недостаточному набору прочности бетона центральной зоны. В дальнейшем, при прогреве периферийной зоны, крайние слои набирают прочность быстрее, чем центральные, что приводит к трещинообразованию из-за появившихся температурных напряжений, снижению прочности и, следовательно, качества конструкции.
Изобретение решает задачу снижения себестоимости возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций за счет уменьшения длительности и трудоемкости технологического процесса, а также повышения качества конструкций за счет обеспечения благоприятного термонапряженного состояния бетона.
28
28
Для получения необходимого технического результата в известном способе возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, включающем укладку бетонной смеси в опалубку, ее уплотнение, последовательный прогрев при помощи электронагревательных элементов ядра конструкции и находящегося в упругопластичном состоянии бетона периферийной зоны, прогрев ядра производят до набора прочности R, составляющей не менее 0,25R, где R - прочность бетона в возрасте 28 суток. Прогрев периферийной зоны предлагается вести с выдерживанием градиента температур по сечению
в интервале
от ядра конструкции к периферии.
На прилагаемых к описанию графических материалах изображено:
- на фиг.1 - температурный режим тепловой обработки бетонной смеси;
б ср.
- на фиг.2 - графики нарастания прочности бетона класса B15 по прочности на сжатие на портландцементе марки 500 при разных средних температурах прогрева t;
- на фиг.3 - график нарастания прочности бетона разных классов на портландцементе при температуре изотермического прогрева 80°C.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - температурный режим тепловой обработки бетона ядра конструкции;
2 - температурный режим тепловой обработки бетона периферийной зоны;
п
τ - период подъема температуры бетона;
0,25R28
28
τ - период времени, по окончании которого бетон в ядре достигает прочности R≥0.25R;
- период изотермического прогрева ядра конструкции;
- период изотермического прогрева бетона периферийной зоны с соблюдением градиента температур по сечению
от центра конструкции к периферии;
o
τ - период остывания;
б ср.
t - средняя температура прогрева конструкции;
3 - бетон класса прочности на сжатие B15;
4 - бетон класса прочности на сжатие B22,5;
5 - бетон класса прочности на сжатие B30;
6 - бетон класса прочности на сжатие B40.
б ср.
На графиках (фиг.2) указаны средние температуры твердения бетонной смеси t
28
28
Прочность выдерживаемой бетонной смеси зависит главным образом от времени выдерживания и температуры прогрева. Главным критерием прекращения прогрева ядра конструкции является набор бетоном прочности R≥0.25R. Если начинать периферийный обогрев по достижении бетоном ядра конструкции прочности R<0.25R, то периферийные слои могут набрать прочность быстрее, чем центральные, что в дальнейшем повлечет за собой образование трещин ввиду появившихся температурных напряжений и снижение прочности конструкции в целом.
Главным критерием прогрева бетона периферийной зоны является соблюдение градиента температур по сечению
от центра конструкции к периферии. При температурном градиенте
наблюдается равномерный рост прочности бетона по всему сечению. Однако начало обогрева периферийной зоны приведет к опережающему росту прочности бетона наружных слоев по сравнению с центральными, вследствие чего бетон также приобретает неблагоприятное термонапряженное состояние. При градиенте температур
происходит разуплотнение бетона вследствие движения влаги по направлению от центральных слоев к периферийным, что также ведет к снижению прочности бетона.
28
Положительный эффект достигается, если начинать периферийный обогрев, когда прочность бетона ядра достигнет значения не меньше, чем 0,25 R, a градиент температур по сечению принимают из заявляемого интервала. При соблюдении этих условий прочность бетона в ядре конструкции больше, чем в периферийных слоях. Последние к началу периферийного обогрева находятся в упругопластичном состоянии и воспринимают температурные деформации без трещинообразования и угрозы снижения прочности конструкции. При нахождении градиента температур в указанном интервале миграция воды по сечению бетона незначительна, и разуплотнения бетона не происходит.
0,25R28
0,25R28
Конкретный пример осуществления способа. Бетонную смесь укладывают в опалубку, уплотняют и начинают прогрев бетона в ядре конструкции посредством стержневых электродов. По графикам в зависимости от средней температуры прогрева определяют τ. По истечении периода времени τ прогрев бетона в ядре конструкции прекращают и начинают прогрев бетона периферийной зоны с соблюдением градиента температур по сечению
с использованием греющих проводов. В момент набора бетоном требуемой прочности прогрев прекращают.
п
-1
Предлагаемый способ тепловой обработки был осуществлен в зимнее время на строительной площадке при возведении монолитных железобетонных фундаментов. Фундаменты в плане квадратные со стороной 1,5 м, модуль поверхности М=4,7 м. Начальная температура бетонной смеси 20°C.
В соответствии с предлагаемым способом бетонную смесь укладывали в опалубку, уплотняли, устанавливали и коммутировали стержневые электроды и начинали прогрев ядра конструкции. По приведенным графикам (фиг.2, фиг.3) определяли время начала периферийного обогрева.
Исходные условия для расчета:
- бетон класса В15 по прочности на сжатие на портландцементе марки 500,
- начальная температура бетонной смеси 20°C,
- скорость электропрогрева 15°C/ч,
- температура изотермического прогрева ядра конструкции 80°C.
Далее определяли:
б ср
t.=(20+80)/2=50°C.
б cp.
0,25R28
В соответствии с графиком (фиг.2) для t=50°C определяем τ=8,4 ч.
п
τ=(80-20)/15=4 ч.
.
28
Через 9 ч после укладки прекращали прогрев ядра конструкции. Измеренная ультразвуковым неразрушающим методом с использованием прибора «Пульсар-1.2» прочность бетона составила 31% от R. Затем включали греющие провода в периферийной зоне и поддерживали температуру постоянной и равной 60°C. Максимальный градиент температур по сечению составил
Необходимая прочность получена через 19-20 часов после укладки.
п
-1
Опытным путем обоснован заявленный интервал градиента температур для бетона периферийной зоны. Результаты опытов для монолитных железобетонных фундаментов (квадратные в плане со стороной 1,5 м, модуль поверхности М=4,7 м), сведены в следующую таблицу:
Основные параметры температурного режима тепловой обработки бетонной смеси
Градиент температур по сечению конструкции при прогреве бетона периферийной зоны.
Результат
- температура изотермического прогрева ядра конструкции 65°C.
<img file="00000012.tif" he="11" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
Образование трещин, снижение прочности конструкций
- температура изотермического прогрева бетона периферийной зоны 65°C.
- температура изотермического прогрева ядра конструкции 80°C.
<img file="00000013.tif" he="11" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
Неравномерная структура бетона конструкции
- изотермического прогрева бетона периферийной зоны 50°C.
Способ-прототип включает укладку бетонной смеси в опалубку, оборудованную полосовыми электродами, уплотнение бетонной смеси, разогрев ядра конструкции со скоростью 20°C/ч до 80°C (3 часа), при этом одновременно с разогревом ядра осуществляется охлаждение поверхности конструкции, после чего опалубку утепляют и выдерживают бетонную смесь в течение 1,5 часа, затем осуществляют периферийный прогрев при 50°C до твердения конструкции.
28
28
28
Необходимая прочность (70% от R) была получена через 29 часов после укладки бетонной смеси. Измерения показали, что к моменту начала периферийного прогрева бетон ядра конструкции набрал прочность R=0.11R, что меньше 0.25R. В результате дальнейшего прогрева периферийные слои набрали прочность быстрее, чем центральные, что в конечном итоге привело к образованию трещин в конструкции.
Предлагаемый способ сокращает время оборачиваемости опалубки в 1,4-1,5 раза по сравнению со способом-прототипом. Благодаря предложенному режиму тепловой обработки получена конструкция требуемой прочности и оптимального качества.
Предлагаемый способ позволяет сократить время, трудоемкость, а также себестоимость возведения монолитных конструкций по сравнению со способами, рассмотренными выше, за счет того, что: во-первых, не требуется период для охлаждения поверхности конструкции, утепления опалубки и дальнейшего выдерживания бетона; во-вторых, интенсивность набора прочности в предлагаемом способе выше, чем в рассмотренных ранее, в-третьих, при соблюдении предложенного температурно-прочностного режима выдерживания получена конструкция оптимального качества без образования температурных трещин.