Технология монолотного и приобъектного бетонирования

    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.

    В общем случае выбор метода зимнего бетонирования зависит от размеров и назначения конструкции, от возможности изготовления их на заводах и полигонах, от ожидаемых наружных температур, применяемых цементов, наличия на строительстве источников тепла, химических добавок, теплоодежд и др.

    Именно  все эти факторы сведены во едино и нашло отражение в  СНиПе III-15-76 (п.5.3) в качестве рекомендаций, согласно которым 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 (рис.3.2.1) по формуле:

    

;

    

;

    

;

    

;

    

.

    Определяем  поверхность охлаждения конструкции:

    

;

     =300×2700=0,81 м²  =300×1800=0,54 м²  =1200×900=1,08 м²

     =300×2100=0,63 м²  =300×1500=0,45 м²  =1200×900=1,08 м²

     =2700×2100=5,7 м²  =1800×1500=2,7 м²  =900×900=0,81 м²

=2·0,81+2·0,63+(5,7-2,7)+2·0,54+2·0,45+(2,7-0,81)+2·1,08+2·1,08+0,81=14,88 м².

    

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·ºС);

            – расход арматуры, кг/м³.

     =1,047Вт/м³; =0,48 Вт/м³; =104 кг/м³; γ₁=γ₂=2450 кг/м³; t_б.н=235 ºС; t_В=-19 ºС.

    

ºС, 

    При марке бетона М500 и марке цемента М500 по графикам [9, стр. 12] определяем =19 ºС, при которой бетон набирает прочность 70% в течение 5 суток.

    Ориентировочно  определяем коэффициент теплопередачи опалубки: 

    

; 

= 3,8 кДж/(м²·ч·ºС) =0,75 Вт/(м²·ºС). 

    По  таблице 4 [9, стр. 27, 28] ориентировочно назначаем следующую конструкцию опалубки:

Рисунок 8 – Схема опалубки фундамента.

Для данной конструкции опалубки при скорости ветра 5 м/с к=0,8 Вт/(м²·ºС).

    Определяем  удельный тепловой поток через опалубку: 

    

; = 23,27Вт/м². 

    По  графику (рис. 2) [9, стр. 12] получаем, что  коэффициент теплоотдачи конвекции  при скорости ветра 5 м/с равен α_К = 21,5 Вт/(м²·ºС). При коэффициенте излучения наружного слоя опалубки (фанеры) равном примерно 4,44 Вт/(м²·ºС) принимаем температуру наружной поверхности наружной стенки опалубки равной = -20 ºC, тогда коэффициент теплоотдачи излучением α_Л = 0. 
 

    Проверяем правильность заданной температуры  на наружной стороне опалубки:

    

; =-20,5ºС.

    Определим процент ошибки:

    

;

    Процент ошибки в пределах допуска.

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

, 

 

  Уточняем  значение коэффициента теплопередачи: 

=       = 2,57кДж/м²чºС = 0,84 Вт/м² ºС.

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

    

,

    Где λ₀ – коэффициент теплопроводности материалов опалубки при 0ºС (таблица 5) [9, стр. 29-31]. 

  Для дерева   =0,1 Вт/(м²·ºС);

  Для пенопласта  =0,05 Вт/(м²·ºС);

  Для фанеры  =0,175 Вт/(м²·ºС). 

    Толщина теплоизоляционного слоя составит:

    

,

где λ_из и λ_i – коэффициент теплопроводности соответственно теплоизоляции и соответствующих материалов.

    

=0,14 м = 140 мм

    Уточнённый  тепловой поток составит: 

    

; =40,32 Вт/м². 

    Окончательно  определим температуру на наружной поверхности 

    

; =21,3ºС. 

    Уточняем  процент ошибки: 

    

;  

    Ошибка  составила менее 5%, что говорит  о правильно выбранной опалубке.

    Определим температуру бетона к концу выдерживания: 

; =21,77 ºС. 

    Проверяем продолжительность остывания бетона: 

    

; = 115,2 ч = 4,8 суток 

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

3. Статистический  контроль прочности  бетона

1. Анализ  прочности изделий  в партии.

 

    Среднеарифметическое  значение. В результате экспериментальных данных измерений определяют различные значения изучаемого состава материала, каждое из которых в отдельности не является характерным, поэтому используется среднеарифметическое значения.

    Среднеарифметическое  значение чисел х₁, х₂, …, х_n, характеризующих количественно одно и тоже свойство материала, определяют по формуле:

    

,

где х_i – вариационный ряд наблюдений;

       n – количество наблюдений.

    Среднеквадратичным  отклонением называется показатель, характеризующий среднюю изменчивость, изучаемого свойства материала и вычисляется по формуле:

    при n>25

;

    при n≤25

;

    

,

где х₀ – сомнительное значение свойства материала.

    Путем сопоставления расчетного значения t с табличными критическими значениями t, устанавливают достоверность сомнительного наблюдения.

    Из таблицы процентного распределения количества вариантов определяем, что в пределах М60,7s находится 52% общего числа вариантов. Последнее означает, что погрешность истинного значения изучаемого свойства материала относительно к среднеарифметическому не превышает трехкратного значения среднеквадратического отклонения. Это обстоятельство именуется законом 3s.

    Требуется определить количество изделий с  пределом прочности при сжатии 30±3,5 МПа в общем объеме партии железобетонных изделий, выпущенной в течении рабочей смены и равной 400 шт. Известно, что М = 30 МПа, s = ± 5 МПа.

    Находим z = 3,5/5 = 0,7. По таблице в пределах М ± 0,7s находится 52,6% общего числа вариантов. Таким образом, становится известным, что 52,6% из общего числа (400 шт.), т.е. 210 изделий имеют предел прочности при сжатии 30 ± 3,5 МПа. Одновременно можно констатировать, что 100% изделий этой партии имеют предел прочности при сжатии в интервале (30 ± 3,5·7) МПа, т.е. от 18 до 42МПа.

 

2. Оценка  достоверности повышения  прочности бетона при применении разного вида заполнителей

 

    Коэффициент вариации характеризует изменчивость изучаемого свойства материала. Этот коэффициент показывает, сколько процентов составляет среднеквадратичное отклонение от среднеквадратичного значения изучаемого свойства материала, и вычисляется по формуле:

    

.

    Средняя ошибка среднеарифметического значения вычисляется по формуле:

    

    С помощью средней ошибки можно  оценить достоверность в различии двух сравнимых величин, которые характеризуют свойства материала:

    

  при n³5 , (1) 

    

             при n³25. (2) 

    Изготовлены две серии бетонных образцов по 7 и 10 шт. Серии отличаются между собой видом крупного заполнителя. Для первой серии образцов М = 26 МПа, m = ± 1,0 МПа; для второй серии образцов М = 28 МПа, m = ± 0,9 МПа. Требуется оценить достоверность повышения прочности бетона в случае применения второго вида крупного заполнителя.

    С помощью средней ошибки оцениваем  достоверность сравниваемых величин, воспользовавшись формулой (1), так как количество образцов не превышает 25 штук:

    

. 

    Так как условие не выполняется, то понижение  прочности бетона в случае применения второго вида заполнителя не можем  считать достоверным.

 

    

3. Оценка  изменчивости прочности легкого и тяжелого бетона

 

    Среднюю ошибку среднеквадратичного отклонения вычисляют по формуле: