Пример расчета параметров твердения бетона методом термоса

 

В.1 Требуется определить параметры режима твердения бетона методом термоса с предварительным разогревом бетонной смеси перед укладкой в опалубку при устройстве монолитного железобетонного фундамента для монолитной колонны с подколонником по следующим исходным данным:

— конструкция — трехступенчатый железобетонный фундамент (подошва 1,8´1,8 м, высота
и шаг ступени — 0,3 м) с подколонником (сечение 0,6´0,6 м при высоте 1,5 м) с объемом бетона
 = 2,6 м³, общей площадью поверхности

— то же, при отогреве основания, т. е. без его учета:

— бетон тяжелый класса С²⁰/₂₅, портландцемент марки 400, расход бетона — 370 кг/м³, содержание С₃А — менее 7 %;

— расход арматурной стали — 35 кг на 1 м³ бетона при коэффициенте армирования менее 1 %;

— опалубка — стальная блок-форма. На период твердения бетона укрывается стегаными минерало­ватными матами с общим коэффициентом теплопередачи = 1,27 (при скорости ветра = 5 м/с); расчетное сечение — сталь d = 3 мм, вата минеральная d = 55 мм (соответствует типу V таблицы 9). Планируемая оборачиваемость опалубки — 2 сут;

— расчетная температура наружного воздуха = –15 °С;

— предварительный разогрев бетона производят электротоком при U = 200 В в специальных поворотных бадьях. Подача к опалубке бетонной смеси выполняется краном на расстояние L = 6 м. Уплотнение осуществляют глубинным вибратором типа ИВ-47В (d _в = 0,8 м) при расчетной высоте слоя
h = 0,3 м (по высоте ступеней) и продолжительности вибрирования на одной постановке вибратора  с;

— основание — уплотненная подготовка из песчано-гравийной смеси (ПГС) при W_п» 10 %.

В.2 Расчет производят по методике раздела 6.

В.2.1 Определяют расчетное значение критической прочности бетона класса С²⁰/₂₅ *, которая, согласно таблице 2, для рассматриваемого случая должна быть не менее 40 % от проектной прочности, т. е. = 0,4 , или (при обеспеченности 0,95 и коэффициенте вариации 13,5 %)

 ³

В.2.2 Определяют среднюю температуру твердения бетона С²⁰/₂₅ по таблице 4, необходимую для обеспечения прочности = 0,4  которая при планируемой оборачиваемости 2 сут соответствует » 20 °С.

В.2.3 Определяют конечную температуру бетона к моменту снятия опалубки, которая должна обеспечивать безопасный перепад температур не более 20 °С при < 5 м^–1 в соответствии с таблицей 2.

При  температура бетона  не должна превышать 5 °С.

В.2.4 Определяют снижение температуры разогретой бетонной смеси при подаче, укладке и уплотнении в опалубке и выполнении финишных работ (укрытие гидро- и теплоизолирующим покрытием) по разделу 5.

В.2.4.1 Относительное снижение температуры смеси при подаче к опалубке определяют по формуле (11) и данным таблицы 3, поз.3:

В.2.4.2 Производительность работ по укладке и уплотнению бетона одного слоя h = 0,3 м глубинным вибратором при  рассчитывают по формуле (15):

В.2.4.3 Продолжительность укладки и уплотнения бетона ( = 2,6 м³) в конструкции определяют
по формуле (12):

В.2.4.4 По данным таблицы 3, поз.5 находят относительное снижение температуры на финишных работах при площади поверхности бетона F = 12 м²:

В.2.4.5 Суммарное относительное снижение температуры при укладке смеси составит:

В.2.4.6 Снижение температуры бетонной смеси определяют по формуле (1):

В.2.5 По формуле (19) рассчитывают температуру предварительного разогрева бетонной смеси:

В.2.6 Производят уточнение температуры разогрева бетонной смеси с учетом ее потерь на нагрев опалубки, арматуры и отогрев основания по формуле (21).

В.2.6.1 Тепловые затраты на нагрев опалубки площадью F = 12 м² (сталь d = 3 мм,   с = 0,48 кДж/(кг·°С)) с гидротеплоизолирующим покрывалом из прошивных минераловатных матов
(d = 55 мм,   с = 0,76 кДж/(кг·°С) определяют по формуле (22):

В.2.6.2 Определяют тепловые затраты на отогрев основания площадью F = 3,24 м² — подготовка из ПГС с » 10 %, средней плотностью   с» 1,15 кДж/(кг·°С) (см. таблицу 7), при отогреве на h = 0,3 м до положительной температуры (например, до = 20 °С), по формуле (23):

Q _осн = 1,15 × 1600 × (3,24 × 0,3) × [5 – (–15)] = 35 770 кДж.

В.2.6.3 По формуле (21) определяют уточненное значение температуры бетонной смеси с учетом общих тепловых потерь:

В.2.6.4 Уточненное значение температуры бетонной смеси с учетом потерь на нагрев арматуры
и опалубки (без отогрева основания) составит:

В.2.6.5 Для компенсации потерь тепла бетонной смеси на нагрев опалубки и арматуры следует увеличить температуру ее предварительного разогрева по формуле (25):

и отогреть основание перед укладкой бетона в опалубку.

В.2.6.6 Если по условиям производства работ отогреть основание не представляется возможным, температуру разогрева бетонной смеси следует увеличить:

Учитывая, что при указанном повышении температуры предварительного разогрева бетонной смеси обеспечивается условие поддержания ее средней за период твердения бетона на расчетном уровне (t _ср³ 20 °С), необходимо проверить продолжительность остывания бетона  по формуле (27) без учета экзотермии цемента [17]:

т. е.  ³ 3 сут, что больше расчетного  При этом обеспечивается температурный режим твердения бетона для достижения расчетной прочности ³ 0,4 f_ст.

В.3 При необходимости определяют возможность твердения бетона без увеличения температуры предварительного разогрева смеси. Для этого уточняют продолжительность остывания бетона в опалубке по формуле (27) и ожидаемую прочность бетона.

В.3.1 В случае если основание отогревают, а температуру разогрева (t _раз= 33 °С) бетонной смеси не увеличивают, т. е. пренебрегают потерями тепла на нагрев арматуры и опалубки, по формуле (26) рассчитывают среднюю температуру бетона:

°С.

По формуле (27) вычисляют продолжительность остывания бетона:

Условие  выполняется, что обеспечивает в период  твердение бетона при положительной температуре (выше 5 °С).

По таблице 5 путем интерполяции уточняют расчетное значение прочности бетона, обеспечиваемое за требуемое по условию время  при . Оно составляет:

%, что меньше требуемых 40 %.

Уточняем продолжительность твердения бетона при , обеспечивающую достижение требуемой критической прочности.

Прочность бетона за время твердения 3 сут при температуре  составит:

%,

тогда требуемая продолжительность выдерживания бетона до f_{сm ,кр} = 40 % составит:

В.3.2 В случае если пренебрегают общими потерями тепла на нагрев арматуры и опалубки и отогрев основания, средняя температура бетона

Продолжительность остывания бетона

В этом случае за 1 сут твердения прочность бетона достигнет примерно 14 %, т. е. требуемая прочность не будет обеспечена.

В.4 Рассмотренные варианты режимов твердения бетона характеризуются следующими параметрами.

В.4.1 При производстве работ без предварительного отогрева основания и обогрева опалубки и арматуры температура предварительного разогрева бетонной смеси перед укладкой должна быть:
 ³ 46 °С для обеспечения за 48 ч твердения прочность f_сm ³ 0,4 f_сm.

В.4.2 В случае отогрева основания, но без предварительного обогрева опалубки и арматуры
 ³ 35 °С.

В.5 В случае отогрева основания, опалубки и арматуры  ³ 33 °С.

В.6 Вариант производства работ без отогрева основания, опалубки и арматуры при разогреве бетонной смеси до  = 33 °С неприемлем, т. к. не обеспечивает достижение расчетной прочности бетона за требуемый период твердения.

В.7 Расчет энергетических затрат, параметров тока и основного оборудования для разогрева бетонной смеси при расстоянии между пластинчатыми электродами b = 0,3 м и температуре бетонной смеси к началу разогрева около 5 °С (крупность зерен заполнителя — до 20 мм), принятая продолжительность разогрева — 10 мин, напряжение U = 220 В.

В.7.1 Затраты электрической энергии на разогрев порции бетонной смеси объемом V _б = 2,6 м³ определяют по формуле (31):

— для температуры разогрева  = 46 °С при К₁ = 0,415 (см. таблицу 11)

— для температуры разогрева  ³ 35 °С при К₁ = 0,25

— для температуры разогрева  = 33 °С при К₁ = 0,22

В.7.2 Расчетные электрические параметры разогрева бетонной смеси:

— максимальная удельная мощность для разогрева по формуле (32)

— требуемую мощность трансформатора определяют по формуле (33):

— максимальную силу тока для выбора (или оценки применимости) типа и сечения подводящих кабелей определяют по формуле (34):

В.8 В случае использования добавок — ускорителей твердения бетона рассмотренная методика расчета изменится в следующем.

В.8.1 При сохранении значения требуемой прочности бетона  и средней температуры его твердения, равной принятой  уточняют продолжительность выдерживания бетона в опалубке  путем интерполяции данных таблицы 5, с учетом повышения темпа роста прочности бетона с ускорителем твердения (см. таблицу 6).

Так, в случае применения добавки (например, Na₂SO₄ — 1 % от массы цемента) относительная прочность бетона возрастает:

— за 24 ч      — 23 ´ 1,6» 36 %;

—   “ 48 ч     — 40 ´ 1,4» 56 %.

Тогда интервал времени  за которое относительная прочность будет соответствовать 40 % от  будет равен:

В.8.2 При сохранении значения требуемой прочности бетона с добавкой на уровне  
и продолжительности выдерживания его в опалубке  = 48 ч, уточняют необходимую среднюю температуру бетона

С учетом данных таблиц 5 и 6 определяют, что за 48 ч твердения бетона с добавкой в опалубке относительная прочность возрастает:

— при  = 10 °С     — 25 ´ 1,4» 35 %,

—    “  = 20 °С     — 40 ´ 1,4» 56 %.

Тогда средняя температура при твердении бетона, которая обеспечит относительную прочность
40 % от  за 48 ч:

Полученные по В.8.1 или В.8.2 данные вводят в расчет, который в остальном осуществляют по приведенной ранее методике.

 

Приложение Г

(справочное)