Бетонирование при отрицательной температуре

Выбор метода; технологические расчёты; схема опалубки и производства работ

Существующие методы зимнего бетонирования подразделяют на две основные группы: с безобогревным выдерживанием бетона и с искусственным прогревом бетона монолитных конструкций. Методы бетонирования с искусственным прогревом позволяют не только непрерывно вести работы в зимних условиях, но и интенсифицировать процесс набора прочности бетоном, сократить сроки строительства и увеличить темпы оборачиваемости опалубки.

К методам зимнего бетонирования с безобогревным выдерживанием бетона относят метод «термоса» и его разновидности: с применением противоморозных добавок и с предварительным разогревом бетонной смеси.

К методам бетонирования с искусственным прогревом бетона конструкций относят электротермическую обработку (электропрогрев сквозной и периферийный, индукционный электропрогрев, греющие опалубки), прогрев бетона паром, горячим воздухом и в тепляках, обогрев инфракрасными лучами.

При выборе и проектировании методов зимнего бетонирования исходят из реальных условий, которые существуют или могут быть созданы на конкретном объекте.

Предпочтение следует отдавать методу термоса — как обычному, так и кратковременному электропрогреву бетонной смеси в бункере с последующим термосным остыванием бетона в конструкции.

Сущность метода термоса заключается в том, что бетон вследствие предварительного нагрева и энергии гидратации цемента при надлежащем утеплении способен продолжительное время сохранять продолжительную температуру, набирать необходимую по проекту прочность до того, как наступает замерзание.

При проектировании бетонных работ с выдерживанием бетона по методу «термоса» выполняют теплотехнический расчёт.

Сущность данного метода состоит в том, что бетонная смесь непосредственно перед укладкой кратковременно прогревается в бадье путём пропускания электрического тока промышленной частоты. Затем смесь укладывается в горячем состоянии и в дальнейшем приобретает заданную прочность в процессе медленного остывания в утеплённой опалубке.

Метод «термоса» .

Теплотехнический расчёт по методу термоса выполняется в следующей последовательности.

Определяем объём бетона в конструкции по формуле:

V1=2400•1800•300=1.296м3;

V2= 1800•1200•300=0.648м3;

V3 =2400•1200•1200=3.456м3;

Vобщ=1.296+0.648+3.456=5.4м3.

Определяем поверхность охлаждения конструкции:

;

Sобщ=2.4•1.8+2•0.3•2.4+(2.4•1.8−1.8•1.2)+2•0.3•1.8+2•0.3•1.8+(1.8•1.2−1.2•1.2)+2•0.3•1.2+4•2.1•1.2+1.2•1.2=22.8м2.

Рисунок 7 — Общий вид столбчатого фундамента под колонну.

Находим модуль поверхности конструкции:

; м^-1

Определяем начальную температуру бетона с учётом нагрева арматуры:

где — удельная теплоёмкость арматуры, кДж/(кг· єС);

— расход арматуры, кг/м³.

=0,84Вт/м³; =0,46 Вт/м³; =106 кг/м³; г₁=г₂=2446 кг/м³; t_б.н=25 єС; t_В=-14 єС.

єС, При марке бетона М200 и марке цемента М500 по графикам определяем =15 єС, при которой бетон набирает требуемую прочность в течение 5 суток.

Ориентировочно определяем коэффициент теплопередачи опалубки.

.

Область применения этой формулы ограничивается условием:

.

Тогда = 1,18 кДж/(м²· ч·єС) =0,33 Вт/(м²· єС).

По таблице 4 [18, стр. 27, 28] ориентировочно назначаем следующую конструкцию опалубки:

Рисунок 8 — Схема опалубки фундамента.

Для данной конструкции опалубки при скорости ветра 4 м/с. к=0,33 Вт/(м²· єС).

Определяем удельный тепловой поток через опалубку:

; = 11,616 Вт/м².

По графику (рис. 2) [18, стр. 12] получаем, что коэффициент теплоотдачи конвекции при скорости ветра 4 м/с равен б_К = 18 Вт/(м²· єС). Принимаем температуру наружной поверхности наружной стенки опалубки равной = -20 єC, тогда коэффициент теплоотдачи излучением б_Л = 0.

Проверяем правильность заданной температуры на наружной стороне опалубки:

; =-13,35 єС.

Определим процент ошибки:

;

Процент ошибки в пределах допуска.

Определяем температуру нагрева опалубки:

⁰С.

Определяем количество тепла, идущее на нагрева опалубки:

где Cj, Fj, бj, Yi — соответственно удельная теплоемкость, площадь, толщина, объемная масса материала опалубки. Значения 1 и 4 берутся из приложения 1 [18], таблица 5.

Находим температуру бетона с учетом потерь тепла, затраченных на нагрев арматуры и опалубки:

.

.

Уточняем значение коэффициента теплопередачи:

= 1,86кДж/мІчєС = 0,52 Вт/мІ єС.

Для оптимизации материалов на оборудование опалубки пересчитаем толщину утеплителя и других составляющих опалубки, теплопроводность которых составит:

.

где л₀ — коэффициент теплопроводности материалов опалубки при 0єС (таблица 5) [18, стр. 29−31].

Для доски: =0,19 Вт/(м²· єС);

Для пенопласта: =0,19 Вт/(м²· єС);

Для фанеры: =0,17 Вт/(м²· єС);

Находим толщину изоляции — пенопласта.

=0,140 = 140 мм.

Уточнённый тепловой поток составит:

; =18,88 Вт/м².

Окончательно определим температуру на наружной поверхности.

; =-12,95.

Уточняем процент ошибки:

;

Определим температуру бетона к концу выдерживания:

; =14 єС.

Проверяем продолжительность остывания бетона:

; =4,9 суток.

Вывод: окончательный срок остывания составил 5 суток, что соответствует условию задачи и подобранная опалубка подходит для работ при данных температурах.

Принимаем опалубку в составе: доска 25 мм, пенопласт 140 мм, фанера 4 мм. При следующих параметрах: время остывания конструкции ф = 5 суток; t_б.н. = 25 єС ;

t_б.н.' = 21,1 єС; t_б.н.^" = 22,3 єС; t_б.ср. = 15 єС;