Твердение бетонной смеси с применением безобогревочного выдерживания бетона.

Безобогревное выдерживание бетонных и железобетонных конструкций, зимой основано на использовании некоторых физико-химических реакций, протекающих в твердеющем бетоне.

Основным способом безобогревного выдерживания бетона является способ «термоса». Другим – бетонирование с применением противоморозных добавок. Метод термосного выдерживания бетона прост в применении и наиболее экономичен.

При производстве бетонных работ по способу «термоса» бетон приобретает заданную прочность без применения дополнительного прогретой смеси, предварительно подогретой до максимальной температуры, разрешаемой техническими условиями, применением цементов, обладающих высокими экзотермическими свойствами, и хорошим утеплением поверхности бетона и его опалубки. Целесообразность применения термосного выдерживания бетона зависит от условий производства работ (метеорологические условия, наличие цементов, срок выдерживания, предусмотренный календарным планом), массивности конструкции и характера утепления. Сочетанием этих факторов устанавливается предел применения метода термоса, после которого использование других методов становится более целесообразным как с технической, так и с экономической точки зрения.

Применение способа «термоса» при обычном бетонировании ограничено; им пользуются при выдерживании конструкций с модулем поверхности охлаждения до 6-8. С целью расширения области применения метода рекомендуется: применять быстротвердеющие высокопрочные бетоны, бетоны с добавками – ускорителями твердения;

- при бетонировании конструкций в котлованах и траншеях рекомендуется использовать тепло, аккумулированное в слоях грунта, расположенных ниже уровня промерзания;

- при бетонировании неармированных конструкций следует вводить повышенные добавки хлористого кальция (5%) и хлористого натрия (2% от веса цемента).

- при этом процесс твердения бетона прекращается только после его остывания

до –15 °С.

Применение указанных мероприятий позволяет расширить область применения способа «термоса» на железобетонные конструкции, имеющие модуль 18–20, и бетонные конструкции - до 40. Возможность и целесообразность применения данного метода в каждом отдельном случае устанавливаются теплотехническим расчетом и обосновывается технико-экономическими соображениями.

Расчет термосного выдерживания бетона по способу проф.

Б. Г. Скрамтаева

Наиболее распространенный (приближенный) способ расчета охлаждения бетонных конструкций до 0 °С предложен проф. Б. Г. Скрамтаевым. В основу этого расчета положено уравнение теплового баланса

(5.1)

где –длительность остывания бетона,до 0°;

К –коэффициент теплопередачи ограждений бетонируемой конструкции;

–модуль поверхности остывающей конструкции, Вт/(м^2.К);

–среднее значение температуры бетона в течение срока ;

–расчетная температура наружного воздуха;

–объемная теплоемкость бетона, обычно принимаемая равной 600 ккал/м³ град;

–температура уложенного в конструкцию бетона в начале остывания;

Ц –удельное содержание цемента в бетоне, кг/м³;

–тепловыделение 1 кг цемента за срок .

При использовании данного расчета необходимо знать:

–геометрическую характеристику и размеры бетонируемой конструкции;

–температуру наружного воздуха;

–температуру бетона в начальный момент выдерживания;

–марку и вид цемента, и его удельное содержание в бетоне;

–конструкцию теплоограждения;

–величину относительной прочности бетона, которую он должен приобрести к концу выдерживания;

–детальную характеристику условий транспортирования смеси и ее укладку в конструкцию.

5.2.2. Определение коэффициента теплопередачи. Теплоизолирующая способность ограждений бетона характеризуется коэффициентом теплопередачи ограждений (К) или коэффициентом их теплосопротивления (R), причем .

(5.2)

где – толщина отдельных слоев утепления (включая и опалубку), м;

–коэффициент теплопроводности материалов каждого из слоев утепления, Вт/(м^2.К);

β – поправочный коэффициент.

Если в теплоограждении имеются замкнутые воздушные прослойки, значение К определяется по следующей формуле:

(5.3)

где –теплосопротивление воздушной прослойки, зависящее от ее характера и толщины.

Значения коэффициентов теплопроводности материалов, применяемых для устройства ограждений, приведены в таблице 5.4, а значения - таблице 5.5.

Таблица 5.4

Значения коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости основных строительных материалов, применяемых в качестве утеплителей

Таблица 5.5

Теплосопротивление воздушных прослоек

Величина поправочного коэффициента β зависит от степени влаго-проницаемости и воздухопроницаемости материалов ограждений. К числу легкопроницаемых утеплителей относят: камышит, соломит, войлок, опилки, шлак; к числу труднопроницаемых: толь, фанеру, тщательно выполненную опалубку. Покрытие ограждения из простых утеплителей слоем плотного материала (например, рубероидом) повышает эффективность теплозащиты.

Величина коэффициента β повышается на 15%, если выдерживаемая бетонная или железобетонная конструкция расположена на открытой, не защищенной от ветра местности или высоко над уровнем земли.

Значения коэффициента (для обычных условий и для условий сильного обветривания , что характерно для районов Крайнего Севера) приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6. – Значения поправочного коэффициента

Характеристика ограждения
Ограждение состоит только из легкопроницаемых утеплителей	2,6
То же, но с защитой со стороны бетона слоем труднопроницаемого утеплителя		2,3
То же, но с защитой с внешней стороны слоем труднопроницаемого утеплителя	1,6	1,9
То же, но с защитой, как с внешней, так и с внутренней стороны слоем труднопроницаемого утеплителя	1,3	1,5
Ограждения состоят только из труднопроницаемых утеплителей	1,3	1,5

Коэффициенты теплопередачи К для различных типов теплоограждений приведены в таблице 5.7.

Приведенные выше формулы (5.2) и (5.3) могут быть использованы:

а) для определения коэффициента теплопередачи К в случае, когда задана конструкция ограждения, т. е. известны расположение, толщина и материалы отдельных слоев ограждения;

б) для выбора конструкции ограждения в случае, когда задано значение коэффициента К.

Таблица 5.7.

Значения коэффициента теплопередачи для различных типов ограждений поверхностей бетона при слабом обогревании

Конструкция ограждения
2,6		1,6	1,3
Слой опилок толщиной, мм	1,35 1,05	1,55 1,05 0,8	1,25 0,85 0,65	0,7 0,5
Покрытие из соломита или камышита толщиной, мм:	3,45 1,75 1,2	2,65 1,35 0,9	2,1 1,1 0,75	1,7 0,9 0,6
Утепление в виде короба (толщина опалубки 25 мм, обшивка 20 мм) с засыпкой из опилок при толщине засыпки, мм: 100	― ― ―	― ― ―	― ― ―	0,8 0,6 0,45
Опалубка толщиной 25 мм издосок, утепленная шевелином, толщиной, мм: 12,5 37,5 62,5	― ― ― ― ―	― ― ― ― ―	― ― ― ― ―	2,75 1,8 1,35 1,1 0,9
Продолжение таблицы 5.7
Покрытие из шевелина без опалубки толщиной, мм: 12,5 37,5	― ― ― ―	― ― ― ―	― ― ― ―	4,35 2,35 1,65 1,2

5.2.3. Определение модуля поверхности бетонируемых конструкцийМодулем поверхности является отношение площади охлаждаемых поверхностей конструкций (F) к их объему (V). Модули поверхности охлаждения конструкций простых очертаний могут быть вычислены по схемам, приведенным рис. 5.2, а удлиненных конструкций квадратного и прямоугольного сечений – колонны, балки, прогоны, плиты – с помощью данных таблицы 5.8.

Рис.5.2. Схема определения модулей поверхности охлаждения (теплообмен через площадь примыкания не учитывается)

а – для балок и колонн прямоугольного и квадратного сечений; б – для стен и плит; в – для куба; г - для параллелепипеда; д – для параллелепипеда примыкающего к основному массиву; е – для ребристого перекрытия

Поверхности конструкций, соприкасающиеся с талым грунтом, при определении модуля поверхности можно не учитывать.

Определение средней температуры бетона конструкции в процессе выдерживания производится по формуле

(5.5)

Определив модуль поверхности и среднюю температуру бетона конструкции в процессе выдерживании, можно выбрать способ бетонирования в зимних условиях.

Таблица 5.8 – Модули поверхности охлаждения удлиненных конструкций квадратного и прямоугольного сечений

1,2															3,3	3,2	3,1		2,9	2,8	2,8	2,7	2,7	2,6
1,1														3,6	3,5	3,3	3,2	3,2	3,1		2,9	2,9	2,8	2,8
														3,8	3,6	3,5	3,4	3,3	3,2	3,2	3,1			2,9
0,9								4,5	4,2	4,0	3,9	3,8	3,6	3,5	3,5	3,4	3,3	3,2	3,2	3,2
0,8							4,7	4,5	4,5	4,2		3,9	3,8	3,8	3,7	3,6	3,6	3,5	3,5
0,7					5,7	5,4	5,1	4,8	4,7	4,5	4,4	4,3	4,2	4,1			3,9	3,9	3,8
0,6				6,7	6,2	5,8	5,5	5,3	5,2			4,9	4,7	4,8	4,6	4,5	4,4	4,3	4,3
0,5				7,3	6,8	6,5	6,2		5,8	5,7	5,5	5,4	5,3	5,2	5,2	5,1	5,1
0,45								8,5	7,8	7,3		6,7	6,5	6,2	6,1		5,8	5,8	5,7	5,6	5,5	5,5	5,4	5,4
0,4							9,5		8,3	7,8	7,6	7,2		6,8	6,6	6,5	6,4	6,3	6,2	6,2	6,1
0,35					11,4	10,7		9,7		8,5	8,2		7,7	7,5	7,4	7,3	7,1			6,9	6,8	6,7	6,7	6,6
0,3					12,5	11,6	11,2	10,7		9,5	9,1		8,7	8,5	8,3	8,2	8,1			7,8	7,8	7,7	7,7	7,7
0,25				14,5	13,5				11,3		10,5				9,7	9,4	9,4	9,3	9,2	9,2	9,1
0,2							14,5		13,3		12,5	12,2			11,7	11,5	11,5	11,4	11,3	11,2	11,1
0,15							17,7	17,5	16,5	16,2		15,5	15,3	15,2	15,1			14,8	14,5	14,5	14,5	14,4	14,3	14,3
в	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9		1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9		2,1