Рішення задачі

1. Загальну тривалість тверднення бетону можна розділити на 3 періоди:

а) період підвищення температури (розігрівання бетону) – Z₁;

б) період ізотермічного прогрівання - Z₂;

в) період охолодження бетону - Z₃.

Зазвичай при розрахунках третій період в запас міцності не береться до уваги.

Протягом першого періоду температура бетону підвищуєтьсяся від t_бн = + 5°С до t_пр = 50°С.

При конструкціях середньої масивності з модулем поверхні від 3 до 8 можна приблизно вважати

При масивних конструкціях з модулем поверхні до 3 середню температуру тверднення визначають по формулі

для тонких конструкцій з модулем поверхні до 12 - за формулою:

Користуючись методом, запропонованим проф. Б. Г. Скрамтаєвим, отримуємо рівняння

К_б ∙ М_П ∙ Z₁ (t_пр - t_б.ср) = 600 (t_бк - t_бн), (3)

де М_П - модуль поверхні конструкції;

t_пр - температура парової сорочки;

t_бк - температура бетону на початок ізотермічного прогрівання; t_бк ≈ t_пр =+50°С.

t_бн - температура бетону перед початком прогрівання; t_бн = +5°С;

К_б - коефіцієнт теплопередачі від парового середовища до бетону. Значення К_б при паропрогріві визначається по формулі:

(для відкритих поверхонь бетону, що безпосередньо омиваються теплоносієм, приймається К_б =200); λ_оп

h_оп - товщина опалубки в м, h_оп = 0,025 м.

Підставляючи числові значення у формулу (3), отримаємо рівняння

6,0 ∙ 8 ∙ Z₁ (50 - 22,5) = 600 (50 - 5),

звідки Z₁ = 20,5 годин.

У випадку, коли характер теплоограждення у різних граней конструкції різний, слід в узагальнену формулу (3) підставити:

Для умов паропрогріву додаткове виділення тепла внаслідок екзотермії цементу не враховується.

Інтенсивність підйому температури рівна що цілком допустимо.

Для отримання 50% міцності R₂₈ при температурі +15°С тривалість витримки (згідно з графіком додатку В) складе 9 ∙ 24 = 216 годин.

Для отримання 70% міцності вимагається 15 ∙ 24 = 360 годин.

Користуючись коефіцієнтами, приведеними в додатку Г, знаходимо необхідну тривалість ізотермічного прогрівання.

Для отримання 50% міцності R₂₈ при 15°С потрібно часу:

те ж при 50°С

Z₂ = 180 ∙ 0, 137 = 24,5 год.

Для отримання 70% міцності R₂₈ необхідно часу:

2. Визначаємо теплозатрати на прогрівання однієї колони. Загальна теплопотреба Q складається з наступних частин: q₁ - потреба тепла на розігрівання бетону; q₂ - потреба тепла на розігрівання опалубки і огороджування парової сорочки; q₃ - тепловтрати через огороджування парової сорочки.

а) Кількість тепла на розігрівання бетону визначаємо по формулі

q₁ = W_б∙γ_б∙c_б∙(t_бк-t_бн),

де W_б - об'єм бетону в конструкції; W_б = 0,50 ∙ 0,50 ∙ 10 = 2,5 м³;

γ_б - об'ємна вага сирого бетону; γ_б = 2400 кг/м³;

С_б - питома теплоємність бетону; С_б = 0,25 ккал/кг ∙ град.

Підставляючи ці значення, отримаємо:

q₁ = 2,5 ∙ 2400 ∙ 0,25 (50-5) = 67500 ккал.

б) Кількість тепла на розігрівання опалубки буде рівна:

q’₂ = W_д∙γ_д∙c_д∙(t_бк-t_оп.н),

де γ_д - об'ємна вага матеріалу (деревини) в опалубці; γ_д = 600 кг/м³;

С_д - питома теплоємність дерева; С_д = 0,65 ккал/кг∙град;

t_бк = + 50°С;

W_д - об'єм деревини в опалубці; W_д = 0,025 ∙ 0,5 ∙ 4 ∙ 10 ∙ 1,10 = 0,55 м³

(коефіцієнт 1,10 прийнятий в даному випадку для врахування втрат тепла на розігрівання зшивних планок і хомутів);

t_оп.н - тепература опалубки на початок пуску пари.

Оскільки опалубка до цього моменту частково обігріта укладеним бетоном, то приймаємо

t_оп.н = (t_б + t_нв)/2 = (5 – 15)/2 = -5°С.

Тоді

q'₂= 0,55 ∙ 600 ∙ 0,65 (50 + 5) = 9652 ккал.

Потребу тепла для розігрівання огороджування тепляка q₂'' визначаємо аналогічно попередньому.

Для обшивки тепляка приймаємо початкову температуру t_нв = -15°С.

Оскільки огороджування зовні утеплено толем, то середню кінцеву температуру огороджування приблизно приймаємо рівною

2/3 (t_пр + t_нв) = 2/3 (50 – 15) = 23°С.

Об'єм деревини в огороджуванні буде рівний

W_д= 0,025 (0,5 + 0,12∙2) 4 ∙ 10 ∙ 1,10 = 0,81 м³.

Тоді кількість тепла на розігрівання огороджування

q₂'' = 0,81 ∙ 600 ∙ 0,65 (23 + 15)= 12004 ккал.

Всього q₂ =q₂' + q₂" = 9652 +12004 = 21656 ккал.

в) Втрати тепла через огороджування парової сорочки визначаємо по формулі:

q₃ = KF_огр∙( t_пр - t_нв)βZ,

де К - коефіцієнт теплопередачі парової сорочки; на підставі даних додатка Д маємо:

К=1/(0,05+0,025/0,15) = 4,6 ккал/м²∙град∙год (тепловий опір шару толя при цьому не враховуємо);

F_огр - площа огородження, F_огр = (0,50 + 0,12∙2 + 0,025∙2) 4 ∙ 10 = 31,6 м²;

β - поправочний коефіцієнт; β = 1,30.

Для отримання 50% міцності R₂₈ тривалість пропарювання складе:

Z = Z₁+Z₂ = 20,5 + 24,5 = 45 год,

а втрати тепла через огороджування складуть

q₃ = 4,6∙3,16 (50 + 15) 1,3∙45 = 552731 ккал.

Загальна витрата тепла буде рівна

Q = q₁+q₂+q₃ = 67500+ 21656+ 552731 = 641887 ккал.

Витрата пари визначається по формулі:

А₀ = 0,002 Q = 0,002 ∙ 641887 = 1284 кг.

Витрата пари на 1 м³ бетону складе

Для отримання 70% міцності бетону від R₂₈ аналогічно отримуємо:

Z = 20,5 + 44,5 = 65 год;

q₃ = 4,6∙31,6 (50+15) 1,3∙65 = 798 390 ккал;

Q = 67500 + 21656 + 798390 = 887 546 ккал;

A₀= 0,002 ∙ 887546 = 1675 кг;

Практичне заняття №7. Бетонні роботи в зимових умовах

Задача № 1

Визначити температури нагрівання води, гравію і піску для отримання бетону температурою t_б на виході з бетономішалки.

Витрата матеріалів на 1 м³ бетону: цементу Ц, піску П, гравію Г, водоцементне відношення В/Ц. Відносна (по вазі) вологість піску і_п, гравію і_гр.

Таблиця 1 – Вихідні дані для задачі №1.

Варіант	tб, °С	Ц, кг	П, м3	Г, м3	В/Ц	іп, %	ігр, %	Вид і марка цементу
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	+35 +38 +40 +42 +45 +35 +40 +45 +38 +42 +39 +43 +40 +41 +44	280 300 320 250 340 280 270 310 260 290 300 285 275 265 280	0,42 0,38 0,40 0,42 0,43 0,31 0,35 0,41 0,38 0,36 0,45 0,40 0,39 0,37 0,42	0,74 0,78 0,78 0,73 0,74 0,81 0,79 0,75 0,82 0,80 0,76 0,77 0,73 0,78 0,74	0,65 0,60 0,55 0,58 0,62 0,52 0,60 0,55 0,58 0,64 0,61 0,53 0,57 0,62 0,58	3 7 8 4 5 6 10 8 4 5 7 9 10 3 5	5 1,5 2 3 5 4 7 3 6 2 4 5 1,5 3 6	Портландцемент М500 Портландцемент М400 Портландцемент М400 Портландцемент М300 Портландцемент М200 Портландцемент М400 Шлакопортландцемент М200 Шлакопортландцемент М300 Пуцолановий цемент М300 Шлакопортландцемент М300 Портландцемент М400 Портландцемент М200 Пуцолановий цемент М300 Шлакопортландцемент М200 Портландцемент М300

Задача № 2

Визначити втрати тепла бетонною сумішшю під час транспортувания її від бетонного заводу до місця укладання і температуру суміші у момент укладання в конструкцію за наступних умов:

температура бетонної суміші, що видається заводом t_бн;

температура зовнішнього повітря t_нв.

Тривалість перевезення бетону Z₁. Тривалість переміщення баддів краном Z₂. Час знаходження бетонної суміші в бункері Z₃ = 10 хв.

Задача № 3

Визначити необхідну тривалість пропарювання залізобетонної конструкції для досягнення бетоном: а) 50% R₂₈ і б) 70% R₂₈. Скільки пари вимагається для цього в обох випадках?

Огороджування парової сорочки прийняте з дощок завтовшки h_оп = 25 мм, які ретельно проконопатили і укриті толем. Відстань між зовнішньою поверхнею опалубки і внутрішньою поверхнею огороджування парової сорочки складає с.

Температура зовнішнього повітря t_нв. Початкова температура бетону t_бн. Температура в паровій сорочці t_пр.

Таблиця 2 – Вихідні дані для задачі №2

Варіант	tбн,°С	tнв,°С	Транспортний засіб	Z1, хв	Z2, хв
1	28	-10	ГАЗ-536	50	-
2	30	-20	Баддя типу Б	30	2
3	32	-15	МАЗ-555	25	-
4	27	-18	ЗиЛ-585	35	-
5	35	-12	Баддя типу А	15	3
6	32	-16	Баддя типу В	20	5
7	38	-15	Баддя типу Б	40	7
8	45	-21	ЗиЛ-585	20	-
9	36	-19	Баддя типу А	15	4
10	28	-10	ГАЗ-536	25	-
11	33	-12	Баддя типу Б	13	5
12	37	-16	Баддя типу А	18	6
13	42	-18	МАЗ-555	30	-
14	40	-17	ЗиЛ-585	40	-
15	36	-14	Баддя типу В	20	4

Таблиця 3 – Вихідні дані до задачі №3.

Варіант	Конструкція, що прогрівається	Товщина опалубки	tнв, °С	tпр, °С	с, см	Вид цементу
1 2 3	Колона 0,40 X 0,40; H=5 м	25 мм	-20 -25 -18	60 70 50	15 10 12	Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
4 5 6	Балка 0,8 X 1,40; L = 6 м	Боки - 25 мм. Дно - 40 мм. Верх укритий шаром тирси товщ. 12 см	-15 -20 -18	60 75 55	15 10 8	Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
7 8 9	Балка1,0 X 0,50; L = 5 м	Боки - 25 мм. Дно - 40 мм. Верх укритий двома шарами войлока	-25 -15 -10	80 70 45	10 12 17	Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
10 11 12	Колона 0,45 X 0,65; H = 6 м	25 мм	-12 -17 -22	50 65 70	14 20 18	Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
13 14 15	Колона 0,7 X 0,7; H=12 м	35 мм	-27 -23 -16	80 65 50	15 13 20	Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент

Додаток А. Граничні температури бетону при виході з бетонозмішувача і складників перед їх перемішуванням

Вид цементу	Марка цементу	Гранична температура, °С
		бетону	складників
Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий портландцемент	500 400 200-300 200-300 300	35 40 45 45 40	60 70 80 80 70

Додаток Б.