3.3. Расчеты, связанные с бетонированием фундаментов

Фундамент размером 1,8х1,8х1,5 м, изготовленный из бетона марки 300 на портландцементе марки 400 с расходом арматуры 400 кг/м³ и расходом стали 160 кг/м³, бетонируется в зимнее время в условиях стройплощадки. Температура наружного воздуха равна -15°С, при скорости ветра 5 м/с. Температура нагрева бетонной смеси в момент укладки в опалубку составляет 45°С.

Требуется подобрать конструкцию опалубки при условии, чтобы бетон приобрел 70% прочности от марочной в течение 7 суток остывания.

1. Определяем объем бетона в конструкции:

,

а затем определяем поверхность охлаждения конструкции:

,

где h,b,L – соответственно толщина, высота и длина бетонируемой конструкции.

2. Находим модуль поверхности конструкции:

3. Определяем начальную температуру бетона с учетом нагрева арматуры:

,

где с₁ , с₂ – соответственно удельная теплоемкость бетона и арматуры;

– удельная масса бетона;

Р₂ – расход арматуры.

4. Согласно графикам набора прочности бетона при различной температуре находим среднюю температуру твердения бетона t_б.ср., равную 30С, при которой в течении примерно 7 сут. бетон конструкции приобретает 70% прочности от марочной. [3]

5. Определяем (ориентировочно) коэффициент теплоотдачи опалубки:

По таблице 4 приложения [1] назначаем (ориентировочно) конструкцию опалубки, состоящей из доски толщиной 25мм, слоя толи, слоя минеральной ваты толщиной 50мм и слоя фанеры толщиной 4мм, которые имеют при нормальной влажности и температуре 0С расчетные физические показатели, приведенные в таблице 5 приложения 1 [3].

6. Определяем удельный тепловой поток через опалубку:

7. Определяем по графику 1 коэффициент теплоотдачи конвекций при скорости ветра, равной 5м/с:

Зная, что лицевая сторона опалубки выполнена из фанеры, для которой коэффициент излучения равен примерно:

,

принимаем температуру на наружной поверхности опалубки равной

t’_оп. = –13С, тогда коэффициент теплоотдачи излучением .

8. Проверяем правильность заданной температуры на наружной стороне опалубки:

Определяем процент ошибки:

9. Определяем температуру (среднюю) нагрева опалубки:

10. Вычисляем количество тепла, идущее на нагрев опалубки:

где – соответственно удельная теплоемкость, площадь, толщина и объемная масса материала опалубки.

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

12. Уточняем значение коэффициента теплоотдачи опалубки:

13. В связи с тем, что найденный коэффициент теплоотдачи опалубки отличается от ранее полученного, для принятой ранее конструкции опалубки рассчитываем требуемую толщину слоя теплоизоляции (ваты минеральной). Для этой цели определяем коэффициент теплопроводности материалов опалубки, взятых до :

где – коэффициент теплопроводности материалов опалубки при 0С по таблице 5 приложения I [3];

для сосновой доски

для фанеры клеевой

для толи

для ваты минеральной

Находим толщину теплоизоляции, в данном случае – толщину слоя минеральной ваты:

где – коэффициент теплопроводности соответственно теплоизоляции и составляющих материалов опалубки при t_оп

14.Уточняем удельный тепловой поток, теряемый бетоном через опалубку:

15.Окончательно определяем температуру на наружной поверхности опалубки:

16.Уточняем процент ошибки:

Ошибка составила менее 5%, что свидетельствует о правильности выбранной опалубки.

17.Определяем температуру бетона к концу выдерживания:

Продолжительность остывания бетона окончательно проверяем:

Продолжительность остывания конструкции составила 7 суток, что удовлетворяет условиям задачи.

В итоге расчета установлено, что конструкция опалубки должна состоять из сосновой доски толщиной 25мм, одного слоя толя толщиной 1мм, минеральной ваты толщиной слоя 100 мм и фанеры толщиной 4мм.