СПОСОБ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD FOR WINTER CONCRETING OF BUILDING STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства бетонных и железобетонных конструкций, а именно - к способам зимнего бетонирования тонкостенных конструкций.
Известен способ зимнего бетонирования "сухой горячий термос" (патент РФ №2164867, МПК В28В 13/02, E04G 21/02, от 10.02.2000), включающий установку утепленной опалубки, укладку и уплотнение крупного заполнителя, инъецирование цементно-песчаным раствором, при этом в качестве крупного заполнителя используется керамзит с температурой 200-300°С, который после уплотнения выдерживается и инъецируется цементно-песчаным раствором после достижения керамзитом температуры ниже 100°С, после этого проводится временное утепление забетонированной конструкции.
Известен способ зимнего бетонирования (Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. - М.: Стройиздат, 1975), основанный на прогреве свежеуложенной бетонной смеси с целью предотвращения замерзания воды затворения, которая при замерзании превращается в лед и увеличивается в объеме, что влечет разрушение бетонного камня.
Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ бетонирования (Афанасьев А.А. Бетонные работы. - М: Высшая школа. 1991. - с.202-205), при котором удаление воды затворения из поверхностного слоя свежеуложенного бетона происходит за счет создания над поверхностью бетона пониженного давления, которое образуется внутри уложенного герметичного мата с помощью электрического насоса. Однако применение метода вакуумирования в зимних условиях невозможно без дополнительного прогрева и дополнительных энергозатрат.
При этом в известных способах использование прогрева обуславливает большие энергозатраты, что ограничивает область применения этих технических решений при изготовлении линейно протяженных тонкостенных конструкций.
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченного недостатка, а именно в снижении энергозатрат, достигается в предлагаемом способе зимнего бетонирования строительных конструкций, включающем приготовление бетонной смеси и укладку смеси в опалубку в виде бетонируемого слоя, тем, что в бетонируемом слое создают несквозные шпуры, вставляют в указанные шпуры пористые вкладыши с обеспечением капиллярного удаления через вставленные вкладыши выделяющейся избыточной воды затворения, причем соотношения между глубиной Нш шпуров, диаметром Dш шпуров, толщиной Нп бетонируемого слоя и расстоянием между соседними шпурами Lш задают в соответствии со следующими условиями:
Нш/Нп=0,40-0,60;
Lш/Нш=0,90-1,10;
Dш/Нш=0,10-0,20.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен план расположения шпуров на поверхности тонкостенной бетонной конструкции и разрез по А-А.
На чертеже обозначены: 1 - бетонируемый слой, 2 - шпур, 3 - пористый вкладыш, 4 - кривая депрессии, Lш - расстояние между осями соседних шпуров, Dш - диаметр шпура, Нш - глубина шпура, Нп - толщина бетонируемого слоя тонкостенной конструкции.
Предлагаемый способ зимнего бетонирования осуществляется в следующей последовательности операций: приготавливают бетонную смесь и заливают ее в опалубку (на чертеже не показана) в виде бетонируемого слоя 1. Отличительной особенностью способа является то, что в бетонируемом слое 1 создают несквозные шпуры 2, вставляют в них пористые вкладыши 3 с обеспечением капиллярного удаления через них выделяющейся избыточной воды затворения, при этом глубину Нш, диаметр Dш шпуров, толщину бетонируемого слоя Нп и расстояние Lш между соседними шпурами задают в соответствии со следующими условиями:
Нш/Нп=0,40-0,60; Lш/Нш=0,90-1,10; Dш/Hш=0,10-0,20.
При этом избыточная вода затворения удаляется не за счет создания вакуума, а благодаря наличию в бетонируемом тонкостенной слое 1 несквозных шпуров 2, внутрь которых вставляются пористые вкладыши 3. Избыточная вода затвердения до замерзания стекает к шпурам 3 под действием силы тяжести по кривой депрессии 4 (на чертеже показано стрелками) и затем за счет капиллярных сил поднимается по пористым вкладышам 3 над поверхностью бетона. Здесь вода замерзает, превращаясь в лед и увеличиваясь в объеме, но возникающие при этом силы не могут воздействовать на твердеющий бетон, так как образующийся лед и твердеющий бетон не взаимодействуют. Весь процесс происходит без прогрева и дополнительных энергозатрат.
2
Предлагаемый способ бетонирования опробован в условиях натурного эксперимента. Примеры данного способа указаны ниже. Товарная бетонная смесь класса В25 (соответствует прочности на сжатие 25 МПа или 327 кг/см) была уложена в стандартные формы размером 100×100×100 мм при температурах наружного воздуха от +6 до -15°С. Сразу после этого в образцах были проделаны шпуры, в которые были установлены вкладыши из пористого материала - велотерма. После набора бетоном прочности образцы выдерживались в естественных условиях под открытым воздухом при отрицательных температурах. Время выдерживания образцов составило не менее 90 суток. После выдерживания образцы были испытаны на прочность путем их разрушения с помощью гидравлического пресса.
При проведении серии экспериментов были заданы соотношения параметров шпуров в расширенном диапазоне:
Нш/Нп=0,6; 0,5; 0,4;
Lш/Нш=4,0; 2,0; 1,0; 0,5;
Dш/Нш=0,6; 0,3; 0,15; 0,1.
В ходе обработки результатов экспериментов было установлено, что предлагаемый способ имеет границы своего применения, т.е. для получения указанного выше технического результата в способе реальный диапазон соотношения параметров должен быть уменьшен, что будет показано в приводимых ниже примерах.
При этом сочетания соотношений Нш/Нп, Lш/Нш, Hш/Hш и зависимость прочности бетона на сжатие (у) от температуры наружного воздуха при укладке бетона (х=t) аналитически можно выразить полиномами вида:
2
у=-ax+вх+с.
где: у - прочность бетона на сжатие;
х=t - температура наружного воздуха при укладке бетона;
а, в, с - коэффициенты, зависящие от соотношений Нш/Нп, Lш/Hш, Dш/Hш.
Пример 1: В эксперименте для соотношений Нш/Нп=0,4 и Lш/Нш=4,0 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона (t) составили:
Таблица 1
Dш/Нш
0,6
0,3
0,15
0,1
t, °C
0,0
-8,0
-10,0
-7,5
В эксперименте установлено, что при уменьшении значений соотношения параметров Dш/Hш от 0,6 до 0,3 эффективность предлагаемого способа возрастает и достигает максимума при значениях около Dш/Нш=0,15 (при температуре около -10°С) и затем резко уменьшается при снижении значения соотношения до 0,1.
Данные результаты позволили определить оптимальные соотношения Dш/Нш от 0,10 до 0,20 (с точностью ±10%).
Пример 2: В эксперименте для соотношений Нш/Нп=0,4 и Dш/Hш=0,3 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона (t) составили:
Таблица 2
Lш/Hш
4,0
2,0
1,0
0,5
t, °C
-8,0
-7,50
-9,1
-4,0
Установлено, что при уменьшении значений соотношения параметров Lш/Нш от 4,0 до 2,0 эффективность предлагаемого способа изменяется в пределах статистической погрешности и достигает своего максимума при значениях около 1,0 (при температуре около -9,1°С) и затем резко уменьшается при снижении значения соотношения до 0,5.
Данные результаты позволили определить оптимальные соотношения Lш/Hш от 0,90 до 1,10 (с точностью ±10%).
Пример 3: В эксперименте для соотношения Lш/Hш=1,0 и Dш/Нш=0,3 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона составили:
Таблица 3
Нш/Нп
0,6
0,5
0,4
t, °C
0,0
-12,0
-8,0
При уменьшении значений соотношения параметров Нш/Нп от 0,40 до 0,60 эффективность предлагаемого способа возрастает, после чего достигает своих максимальных возможностей при значениях около 0,5 (при температуре около -12°С) и затем уменьшается при снижении значения соотношения до 0,6.
Данные результаты позволяют определить оптимальные соотношения Нш/Нп от 0,40 до 0,60 (с точностью ±10%).
Результаты экспериментов, проиллюстрированных примерами 1-3, позволили установить возможность бетонирования тонкостенных конструкций при отрицательных температурах созданием шпуров с вкладышами, обладающими капиллярными свойствами, и определить оптимальные соотношения: Нш/Нп=0,40-0,60; Lш/Hш=0,90-1,10; Dш/Нш=0,10-0,29.
Предлагаемый способ бетонирования позволяет вести укладку бетона при отрицательных температурах без дополнительных энергозатрат с требуемой прочностью бетона.
Преимущественной областью применения способа являются тонкостенные горизонтальные конструкции, в которых отверстия от шпуров закрываются последующими слоями. Например, днища каналов, где отверстия будут заиливаться, основания полов или дорожных покрытий.