Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса

= 3,25 Вт/м²·С.

По формуле (10) проверяем правильность заданной температуры на наружной стороне опалубки:

= 9,005.

По формуле (11) проверяем процент ошибки:

100 % = 0,06 %  5 %.

По формуле (12) определяем температуру нагрева опалубки:

= 2,65.

Согласно формуле (13) определяем тепло, расходуемое на нагрев опалубки:

Q_оп = [2,65-(-10)]·(2,51-14,740,015550 + 1,4714,740,001600 + 0,75-15,42-0,02200 + 2,5115,490,004600) = 12,65457,001 = 5791 кДж.

По формуле (14) определяем температуру бетона с учетом потерь тепла, затраченных на нагрев арматуры и опалубки:

= 127308,2/9762,281 = 13,04 °С.

По формуле (15) уточняем значение коэффициента теплопередачи опалубки:

= 3,829 кДж/м²·ч·С = 1,064 Вт/м²·С.

В связи с отличием коэффициента теплоотдачи опалубки от принятого ориентировочно уточняется толщина теплоизоляции опалубки (минваты).

По формуле (16) определяем теплопроводность материалов опалубки, нагретых до температуры опалубки (t_оп):

доска λ₁ = 0,17(1 + 0,00252,65) = 0,171

толь λ₁ = 0,17(1 + 0,00252,65) = 0,171

минвата λ₁ = 0,07(1 + 0,00252,65) = 0,07

фанера λ₁ = 0,17(1 + 0,00252,65) = 0,171.

По формуле (17) определяем толщину теплоизоляции (минваты):

= 0,07(0,9398-0,0275-0,0877-0,0058-0,0231) = 0,070,7954 = 0,055678 м ~ 56 мм.

По формуле (18) уточняем удельный тепловой поток, теряемый бетоном через опалубку

q¹ = 1,064(13,04 + 10) = 24,51 Вт/м².

По формуле (19) окончательно определяем температуру наружной поверхности опалубки

= -9,33.

По формуле (20) уточняем процент ошибки

100 % = -3,7 %.

Процент ошибки составил менее 5, что свидетельствует о правильности выбранной опалубки.

По формуле (21) определяем температуру бетона к концу выдерживания:

= 23,04·е^-293-10 = 23,04·0,747-10 = 7,2°.

По формуле (22) производим окончательную проверку продолжительности остывания бетона:

= 47,9 ч = 1,996 ~ 2 сут.

Продолжительность остывания конструкции составила 2 сут., что удовлетворяет условиям задачи.

В итоге расчета установлено, что конструкция опалубки должна состоять из сосновой доски толщиной 15 мм, одного слоя толя толщиной 1 мм, слоя минеральной ваты толщиной 56 мм и фанеры толщиной 4 мм.

Пример расчета несущей опалубки

Исходные данные: железобетонная конструкция размером 1,21,52 м, изготовленная из бетона М300 на портландцементе М400 с расходом - 400 кг/м³ и расходом стали 150 кг/м³, бетонируется в зимнее время в условиях стройплощадки. Температура наружного воздуха равна t_в = -10 °С при скорости ветра 10 м/сек. Температура бетонной смеси в момент укладки составляет 35 °С.

Удельная теплоемкость бетона и арматуры составляет соответственно 1,047 и 0,48 кДж/кг·°С. Объемная масса бетона и арматуры составляет соответственно 2400 и 7800 кг/м³.

Требуется подобрать конструкцию несущей опалубки при условии, что бетон приобретет 70 % прочности от марочной в течение 6 суток остывания.

Расчет производится следующим образом:

По формулам (1), (2), (3) определяем объем бетона конструкции, поверхность охлаждения и модуль поверхности конструкции (см. Пример расчета ненесущей опалубки)

V = 3,6 м³, F = 14,4 м², М_п = 4 м^-1.

По формуле (4) определяем температуру бетона с учетом нагрева арматуры

= 33,7 С.

Согласно графику набора прочности (см. рис. 2) находим среднюю температуру твердения бетона t_бcр., равную 20 °С, при которой в течение приблизительно 6 суток бетон конструкции приобретет 70 % прочности от марочной.

По формуле (6) определяем (ориентировочно) коэффициент теплопередачи опалубки

= 3,89 кДж/м²·ч·°С = 1,08 Вт/м²·°С

Ориентировочно по табл. 16 назначаем конструкцию опалубки, состоящую из доски толщиной 25 мм, слоя толя толщиной 1 мм, слоя минваты толщиной 50 мм и слоя фанеры толщиной 4 мм. Физические показатели принятых материалов приведены в таблице 9а.

По формуле (8) определяем удельный тепловой поток через опалубку:

q = 1,08[33,7-(-10)] = 47,2 Вт/м².

По графику рис. 8 определяем коэффициент конвективной теплоотдачи опалубки при скорости ветра 10 м/сек. (по условиям задачи) _k = 33,15 Вт/м²·°С.

Зная, что лицевая сторона опалубки выполнена из фанеры, для которой (см. табл. 17) коэффициент излучения равен примерно 4,44 Вт/м²·°С и приняв температуру наружной поверхности опалубки равной -9 °С, находим _л по формуле (9):

= 3,25 Вт/м²·С.

По формуле (10) проверяем правильность заданной температуры на наружной стороне опалубки:

= -8,7 С.

По формуле (11) проверяем процент ошибки:

100 = 3,3 % < ±5 %

По формуле (12) определяем температуру нагрева опалубки:

= 12,5 °С

Согласно формуле (13) определяем тепло, расходуемое на нагрев опалубки:

Q_оп = (2,51·14,74·0,025·550 + 1,47·14,75·0,001·600 + 0,75·15,42·0,05·200 + 2,5·15,49·0,04·600) (12,5-(-10)) = 16493,73 кДж

По формуле (14) определяем температуру бетона с учетом потерь тепла, затраченных на нагрев арматуры и опалубки:

= 30 С.

По формуле (15) уточняем значение коэффициента теплопередачи опалубки

= 2,69 кДж/м²·ч·°С = 0,75 Вт/м²·°С

В связи с отличием коэффициента теплопередачи опалубки от принятого ориентировочно уточняется толщина теплоизоляции опалубки (минваты).

По формуле (16) определяем теплопроводность материалов опалубки, нагретых до температуры опалубки (t_оп = 12,5 °C):

доска сосновая λ_t = 0,17(1 + 0,0025·12,5) = 0,175 Вт/м²·°С;

фанера клееная λ_t = 0,17(1 + 0,0025·12,5) = 0,175 Вт/м²·°С;

толь λ_t = 0,17(1 + 0,0025·12,5) = 0,175 Вт/м²·°С;

вата минеральная λ_t = 0,07(1 + 0,0025·12,5) = 0,072 Вт/м²·°С.

По формуле (17) определяем толщину теплоизоляции (минваты):

= 0,079 м ~ 79 мм.

По формуле (18) уточняем удельный тепловой поток, теряемый бетоном через опалубку:

q¹ = 0,75(30 + 10) = 30 Вт/м².

По формуле (19) окончательно определяем температуру наружной поверхности опалубки:

= -9,2 С.

По формуле (20) уточняем процент ошибки:

100 = -2,2 %.

По формуле (21) определяем температуру бетона к концу выдерживания:

-10 = 11,4 °С.

По формуле (22) производим окончательную проверку продолжительности остывания бетона:

= 144,79 ч = 6 сут.

Продолжительность остывания конструкции составила 6 сут., что удовлетворяет условиям задачи.

В итоге расчета установлено, что конструкция опалубки должна состоять из сосновой доски толщиной 25 мм, одного слоя толя толщиной 1 мм, слоя минеральной ваты толщиной 79 мм и фанеры толщиной 4 мм.

Рис. 2. Нарастание прочности бетона марок 200 - 300 на портландцементе марки 400 (в % от R₂₈) при температурах от -3 до +50 С

Рис. 3. Нарастание прочности бетона марки 200 на портландецементе марки 300 (в % от R₂₈) при температуре от -3 до +40 С

Таблица 10

Нарастание прочности бетона марок 200-300 на портландцементе марки 400 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут.

Температура бетона, °С

-3

0

5

10

20

30

40

50

60

1/2

-

1

4

5

12

17

28

38

50

1

3

5

9

12

23

35

45

55

63

2

6

12

19

25

40

55

65

75

80

3

8

18

27

37

50

65

77

85

-

5

12

28

38

50

65

78

90

-

-

7

15

35

48

58

75

87

98

-

-

14

20

50

62

72

87

100

-

-

-

28

25

65

77

85

100

-

-

-

-

Рис. 4. Нарастание прочности бетона марок 400 на портландцементе марки 500 (в % от R₂₈) при температурах от -3 до +40 °С

Рис. 5. Нарастание прочности бетона марки 200 - 300 на шлакопортландцементе марки 400 (в % от R₂₈) при температурах от -3 до +50 °С

Таблица 11

Нарастание прочности бетона марки 200 на портландцементе марки 300 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут.

Температура бетона, °С

-3

0

5

10

20

30

40

50

60

1/2

-

-

2

5

8

15

20

-

-

1

-

4

6

10

18

27

36

45

52

2

-

8

12

18

30

43

55

65

72

3

5

12

20

25

40

52

65

75

-

5

8

20

30

40

55

65

78

-

-

7

10

30

38

48

64

74

85

-

-

14

12

40

52

64

80

90

100

-

-

28

15

55

68

80

100

-

-

-

-

Рис. 6. Нарастание прочности бетона марок 200 на шлакопортландцементе марки 300 (в % от R₂₈) при температурах от -3 до +40 С

Рис. 7. Нарастание прочности бетона марки 500 на портландцементе марки 600 (в % от R₂₈) при температурах от 0 до +40 С

Таблица 12

Нарастание прочности бетона марки 400 на портландцементе марки 500 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут.

Температура бетона, °С

-3

0

5

10

20

30

40

50

60

1

-

8

12

18

28

40

55

65

70

2

-

16

22

32

50

63

75

85

90

3

10

22

32

45

60

74

85

92

98

5

16

32

45

58

74

85

96

-

-

7

19

40

55

66

82

92

100

-

-

14

25

57

70

80

92

100

-

-

-

28

30

70

90

90

100

-

-

-

-

Рис. 8. Зависимость коэффициента передачи тепла конвекцией от скорости ветра

Таблица 13

Нарастание прочности бетона марок 200 - 300 на шлакопортландцементе марки 400 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут.

Температура бетона, °С

-3

0

5

10

20

30

40

50

60

1/2

-

-

2

4

7

20

25

32

42

1

-

3

6

10

16

30

40

50

65

2

3

8

12

18

30

40

60

75

90

3

5

13

18

25

40

55

70

90

-

5

8

20

27

35

55

65

85

-

-

7

10

25

34

43

65

70

92

-

-

14

12

35

50

60

80

96

100

-

-

28

15

15

65

80

100

-

-

-

-

Таблица 14

Нарастание прочности бетона марки 200 на шлакопортландцементе марки 300 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут.

Температура бетона, °С

-3

0

5

10

20

30

40

50

60

1/2

-

-

-

3

6

12

20

-

-

1

-

-

3

6

12

20

35

45

60

2

-

4

7

12

20

35

50

65

76

3

2

7

12

18

30

46

63

80

-

5

4

13

20

30

45

60

80

-

-

7

6

18

25

40

55

70

92

-

-

14

8

25

40

55

75

90

-

-

-

28

10

35

55

70

100

-

-

-

-

Таблица 15

Нарастание прочности бетона марки 500 на портландцементе марки 600 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сут

Температура бетона, °С

0

5

10

20

30

40

1

8

13

21

32

45

59

2

17

25

36

52

65

75

3

23

35

46

62

74

83

7

42

57

68

83

90

98

14

58

73

82

94

100

-

28

71

83

92

100

-

-

Таблица 16

Коэффициенты теплопередачи опалубок различной конструкции

Тип опалубки

Конструкции опалубки

Материал опалубки

Толщина слоя, мм

Коэффициент К, Вт/м²·°С при скорости ветра, м/с

0

5

15

I

Доска

25

2,44

5,2

5,98

II

Доска

40

2,03

3,6

3,94

III

Доска

25

1,8

3

3,25

Толь

-

Доска

25

IV

Доска

25

0,67

0,8

0,82

Пенопласт

30

Фанера

4

V

Доска

25

0,87

1,07

1,1

Толь

-

Вата минеральная

50

Фанера

4

VI

Металл

3

1,02

1,27

1,33

Вата минеральная

50

Фанера

4

VII*

Фанера

10

2,44

5,1

5,8

Асбест

4

Фанера

10

VIII

Толь

-

0,74

0,89

0,9

Опилки

100

IX

Толь

-

1,27

1,77

1,87

Шлак

150

X

Толь

-

1,01

1,31

1,37

Вата минеральная

50

* Применяется с сетчатым нагревателем, расположенным между слоями асбеста.

Таблица 17

Значения коэффициентов излучения материалов, наиболее часто применяемых в строительстве

Материал

Поверхность

Коэффициент излучения, Вт/(м²·°С)

Бетон

Шероховатая

3,61

Бумага строительная

Матовая

5,37

Дерево (ель)

Строганая

4,44

То же (дуб)

Строганая

5,12

Алюминий

Неполированная

0,26

Алюминий

Окисленная

0,64

Сталь листовая

Черная матовая

3,95

Опилки древесные

-

4,11

Песок

-

4,21

Снег (иней)

-

5,69

Толь кровельный

Шероховатая

5,26

Приложение 2 ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА И ВЫБОР ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИЙ РАЗЛИЧНОЙ МАССИВНОСТИ Метод расчета позволяет решать задачу термосного выдерживания бетонов марок 200, 300 и 400 на портландцементах марок 400 и 500, а также бетона марки 300 на шлакопортландцементе марки 400 для конструкций с 2  М_п  10.

Расчет выдерживания бетона основан на использовании таблиц основных параметров (табл. 18 - 20), вспомогательной таблицы 16, а также номограммы (рис. 9).

Таблицы основных параметров получены расчетным способом (по методу В.С. Лукьянова) для тел классической формы (неограниченный цилиндр, неограниченная пластина, шар). Однако в представленном варианте таблиц геометрия конструкции в явном виде не фигурирует, а учитывается при подсчете модуля поверхности, что позволяет сократить их объем.

В случае несоответствия формы бетонируемой конструкции ни одному из перечисленных классических тел необходимо воспользоваться методами приведения тел произвольной формы к телам классической формы (табл. 21). Для этого по сочетанию реальных размеров необходимо определить, к какой группе перечисленных в табл. 21 тел относится данная конструкция.

К телам типа пластины относятся все изделия, у которых два измерения из трех в 5 - 6 раз превышают третье. К телам типа цилиндр относятся все изделия, у которых одно измерение «бесконечно большое», а два других конечны.

К телам типа «шар» относятся все изделия, у которых все три размера близки по величине.

Конструкции особо сложной формы следует рассматривать как состоящие из простейших элементов.

Рис. 9. Номограмма для определения термического сопротивления теплоотдаче опалубки в зависимости от расчетной скорости ветра и термических сопротивлений слоев опалубки соответствующих толщин и коэффициентов теплопроводности.

Приведение тел произвольной формы к телам классической формы заключается в расчете по реальным размерам тела произвольной формы модуля поверхности соответствующего классического тела, определении по полученному модулю поверхности (в сочетании с другими известными параметрами) по табл. 18 - 20 полного термического сопротивления опалубки и перемножения его значения на коэффициент формы (коэффициент L табл. 21). Для тел классической формы коэффициент L = l.

В случае, если рассматриваемая конструкция по сочетанию своих размеров не может быть непосредственно отнесена ни к одной из перечисленных в табл. 21 групп тел, необходимо подсчитать модуль ее поверхности по всем трем приведенным в табл. 21 формулам и выбрать максимальное значение. При этом при производстве работ необходим более строгий термометрический контроль за выдерживанием бетона и соблюдением условий распалубки таких конструкций (см. п. 1.12.).

Рекомендуемый порядок расчета термосного выдерживания бетона следующий:

а) по геометрии и реальным размерам конструкции определяется, к какой группе тел она относится;

б) по табл. 21 подсчитывается модуль поверхности;

в) в зависимости от типа и марки цемента и требуемой конечной относительной прочности выбирается одна из табл. 18 - 20;

г) по найденной таблице и известным параметрам определяется величина полного термосопротивления опалубки R_т (м²·°С/Вт) - верхняя строка, температура окончания выдерживания бетона (t_бk) - средняя строка и время выдерживания () - нижняя строка;

д) по формулам табл. 21 подсчитывается коэффициент формы L для группы, принятой в подпункте «а»;

е) определяется расчетное значение полного термосопротивления

R¹ = R_т·L

ж) по номограмме рис. 9 (нижняя кривая) в зависимости от расчетной скорости ветра определяется сопротивление теплоотдаче R_н (м²·°С/Вт) в окружающую среду;

з) определяется суммарное сопротивление собственно опалубки и тепловой изоляции R_из:

R_оп + R_из = R¹-R_н

и) по табл. 16 выбирается конструкция опалубки и тип засыпки для открытых поверхностей;

к) для материалов, выбранных в подпункте «и», выбирается значение коэффициентов теплопроводности λ (Вт/м²·°С);

л) по номограмме рис. 9 по известным коэффициентам теплопроводности подбираются толщины опалубки и изоляции таким образом, чтобы соответствующие им значения термосопротивлений в сумме дали величину R_оп + R_из, найденную в подпункте «з».

Аналогично подбирается толщина засыпки.

Примеры ориентировочных расчетов

1. Необходимо определить принципиальную возможность выдерживания бетона марки 300 на шлакопортландцементе марки 400 (расход цемента 400 кг/м³) при температуре наружного воздуха -30 °С в конструкции колонны с металлической обечайкой диаметром 1 м и высотой 5 м. Температура уложенной бетонной смеси может быть обеспечена 25 °С.

Расчет. Конструкция соответствует II группе табл. 21 (цилиндр):

= 4 м^-1

Для получения 40, 70 и 100 % от R₂₈ по табл. 20, 20а и 20б соответственно имеем:

R_T40 = 0,53 м²·°С/Вт; R_T70 = 1 м²·°С/Вт; R_T100 = 2,37 м²·°С/Вт

₄₀ = 77 ч; ₇₀ = 174 ч; ₁₀₀ = 404 ч.

Для изоляции типа шлаковаты толщина слоев в м составит:

δ₄₀ = R_T40·λ_ш = 0,53·0,058 = 0,0308;

δ₇₀ = R_T70·λ_ш = 1·0,058 = 0,058;

δ₁₀₀ = R_T100·λ_ш = 2,37·0,058 = 0,13746;

Из анализа полученных величин, видимо, следует, что термосный метод при заданных условиях может быть рекомендован для получения 40 и 70 %-ной прочности от марки.

2. Какую прочность и в какие сроки можно получить при термосном выдерживании бетона марки 200 на портландцементе марки 400 при следующих условиях:

расход цемента - 230 кг/м³;

конструкция - колонна 0,3540,3543 м;

район строительства - Москва;

период строительства - декабрь.

Расчет. Длина колонны превышает два других размера более чем в шесть раз, следовательно, ее можно отнести к группе цилиндров:

= 10 м^-1

Расчетная температура наружного воздуха -19,1 °С.

Для портландцемента марки 400 по табл. 18 и 18а при расходе цемента 226 кг/м³ основные параметры будут иметь следующие значения:

для получения 40 % от R₂₈:

R_T40 = 0,815 м²·°С/Вт; t_бк = 5 °C; ₄₀ = 47,5 ч

для получения 70 % от R₂₈:

R_Т70 = 1,91 м²·°С/Вт; t_бк = 5 °С; ₇₀ = 122 ч.

Выдерживание при заданных условиях до получения 100 % от R₂₈ не рекомендуется.

Пересчет полученных значений термосопротивлений на условные толщины изоляции (например, шлаковаты) показывает реальную возможность осуществления этих режимов выдерживания:

δ₄₀ = 0,815·0,058 = 0,04727 м;

δ₇₀ = 1,91·0,058 = 0,11078 м.

Уточненный вариант расчета (условия соответствуют предыдущей задаче).

Необходимо определить величину тепловой изоляции и время выдерживания бетона колонны сечением 0,3540,354 м, длиной 3 м до приобретения 40 %-ной прочности от R₂₈ при ведении работ в Москве в декабре.

Бетон марки 200 на портландцементе марки 400, расход цемента - 230 кг/м³ бетона. Температура бетонной смеси при укладке - 25 °С.

1. Поскольку длина колонны превышает два других размера более чем в шесть раз, рассчитываем ее как бесконечный цилиндр.

2. Расчетная температура воздуха по табл. 3 составляет -19,1 °С, расчетная скорость ветра - 4,9 м/с.

3. По табл. 18 находим полное термическое сопротивление опалубки R_Т = 0,815 м²·°С/Вт и время выдерживания бетона в конструкции (до момента распалубки) - 47,5 ч.

4. Коэффициент формы по табл. 21 равен:

= 1,13.

5. Расчетное значение полного термического сопротивления (с учетом коэффициента формы) равно:

R¹ = R_тL₂ = 0,815·1,13 = 0,921 м²·°С/Вт.

6. По номограмме рис. 9 для скорости ветра 4,9 м/с находим сопротивление теплоотдаче R_н = 0,049 м²·°С/Вт.

7. Термическое сопротивление опалубки с изоляцией равно:

R_оп + R_из = R¹-R_н = 0,921-0,049 = 0,872 м²·°С/Вт.

8. Выбираем по табл. 16 конструкцию опалубки: доска-пенопласт-фанера.

9. Находим коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов: λ_д, λ_л, λ_ф.

10. По номограмме рис. 9 при найденных значениях коэффициентов теплопроводности подбираем соответствующие толщины слоев.

Если принять толщину доски δ_д = 0,025 м, фанеры δ_ф = 0,005 м, а пенопласта δ_п = 0,033 м, имеем:

R_д + R_п + R_ф = 0,145 + 0,71 + 0,0234 = 0,878 м²·°С/Вт,

что соответствует с некоторым запасом величине, полученной в п. 7 настоящего расчета.

В таблицах 18 - 20б для каждого расхода цемента приведены значения трех параметров:

верхняя строка - термическое сопротивление опалубки, м²·°С/Вт;

средняя строка - температура окончания выдерживания бетона, °С;

нижняя строка - время выдерживания, ч.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОСНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА

Таблица 18

Портландцемент 400, конечная прочность 40 % от R₂₈

Модуль поверхности, м^-1

Марка бетона

Расход цемента, кг/м³

Начальная температура бетона, °С

25

50

Температура среды, °С

0

-10

-20

-30

-40

0

-10

-20

-30

-40

2

200

226

0,073

0,089

0,113

0,125

0,15

0,174

0,228

0,304

0,36

0,038

0,052

0,022

0,081

0,114

0,137

0,183

6

8

11

15

5

9

5

5

5

5

9

5

5

5

5

5

72

57

49

43

63

52

60

59

58

59

43

63

46

41

39

38

400

0,043

0,064

0,078

0,106

0,098

0,12

0,155

0,197

0,24

0,028

0,034

0,043

0,043

0,078

0,103

0,12

6,5

11

14

20

6

12

5

5

5

6

8

12

5

5

5

5

74