5.8.4 Метод «термоса»

Сущность метода «термоса» заключается в создании бетону благоприятных температурных условий, обеспечивающих достижение к моменту остывания поверхностных слоев конструкции до 0°С, как минимум, «критической» прочности.

Для достижения этой цели используются тепло, внесённое в бетонную смесь при её изготовлении, и тепло, выделенное в бетоне вследствие гидратации цемента за период остывания.

При этом, как опалубка, так и не опалубленные поверхности конструкции утепляются в соответствии с расчётом.

Разогрев бетонной смеси осуществляется за счёт использования подогретой воды. В отдельных случаях возможно использование подогретых заполнителей.

Цемент не подогревается. В зависимости от вида и марки цементы по-разному реагируют на высокую температуру. А именно, цементы высоких марок и с малым количеством добавок (портландцементы и высокомарочные ШПЦ), плохо переносят высокую температуру (ускоряется схватывание и загустевание теста, имеют место потери прочности). Поэтому СНиПом регламентируются максимальные температуры составляющих и бетонной смеси в зависимости от типа и марки применяемого цемента (табл.5.1)

Таблица 5.1

Максимально допустимые температуры разогрева бетонной смеси

при ее приготовлении.

Вид и марка цемента	Максимальная температура, °С		Допустимая температура, °С
	воды	заполнителя	бетонной смеси
ПЦ, ШПЦ, ППЦ марок ниже 600	70		35
БТЦ и ПЦ марки 600 и выше	60		30
Глиноземистый цемент	40		25

Метод «термоса» наиболее эффективен для конструкций, находящихся в грунте. В этих случаях, во-первых, отсутствует продуваемость конструкции ветром, уменьшается «съём» тепла с поверхности бетона; во-вторых, создаются возможности для уменьшения интенсивности остывания бетона, вследствие уменьшения разности температур между бетоном и окружающей средой, так как грунт, находящийся ниже уровня промерзания, имеет положительную температуру. Конструкции, находящиеся в грунте, имеют более благоприятные условия для твердения также и в процессе оттаивания. Температура бетона понижается очень медленно и отсутствует периодическое краткосрочное оттаивание и замораживание конструкций, которое наблюдается в надземных конструкциях при повышении температуры в зимнее время, в осенне-зимний и зимне-весенний периоды.

Метод «термоса» для бетонных и железобетонных конструкций, находящихся выше уровня земли, может успешно применятся только при достаточной массивности их (с М_п до 10-12 М^-1). Однако это не является твердым правилом для всех случаев. В зависимости от величины отрицательной температуры, марки и вида цемента и сроков загрузки конструкций требования меняются.

Расчет продолжительности остывания бетона. Определяющим параметром метода «термоса» является продолжительность остывания бетона в поверхностных слоях конструкции до 0°С с условием приобретения к этому моменту заданной прочности.

Ориентировочная длительность остывания бетона до 0°С может быть определена по формуле, предложенной проф. Б.Г. Скрамтаевым и уточненной проф. С.А. Мироновым.

τ = , час

где V - объём бетона, м³;

С_б - удельная теплоёмкость бетона, кДж/(кг · град);

γ_б - объёмная масса бетона, кг/м³;

Ц - расход цемента, кг/м³;

t_б.н. - начальная температура бетона после укладки в опалубку и уплотнения, град;

Э - экзотермическое тепло, кДж/(кг · град);

V_i - объём каждого слоя утеплителя и опалубки, м³;

С_i - удельная теплоёмкость соответствующих слоев утеплителя и опалубки,

кДж/(кг · град);

γ_i - объёмная масса материала утеплителя и опалубки, кг/м³ ;

Δt - разность температур (опалубки и утеплителя) между величинами t до укладки смеси

и после укладки, град.

К - коэффициент общей теплопередачи опалубки и утеплителя с учётом ветра,

Вт/(м² · град);

F - площадь охлаждаемой поверхности конструкции, м² ;

t_б.ср.- средняя температура бетона за время остывания, град;

t_н.в. - температура окружающей среды, град;

Как показали расчеты, на нагрев арматуры и опалубки расходуется не более 3...5 % тепла, имеющегося в бетоне после укладки смеси в опалубку и уплотнения. Поэтому в дальнейших расчетах потерей этого тепла можно пренебречь.

Кроме этого, целесообразнее проводить расчеты, не привязываясь к объему конструкции, а на единицу объема - 1м³. После указанных упрощений формула принимает вид

τ = , час

где М_н - модуль поверхности конструкции, представляющий собой отношение суммы поверхностей конструкции (Σ F) к объему конструкции и определяемый по формуле:

М_{н = ,} м^-1

Он характеризует степень массивности конструкций.

При проектировании термосного выдерживания бетона исходят из условия получения им к моменту остывания поверхностных слоев конструкции до 0°С как минимум «критической прочности».

Достигается это требование обеспечением необходимой продолжительности остывания (τ) при установленной средней температуре (t _б.cp.) бетона за время остывания.

Для проектирования термосного выдерживания бетона используется выше приведенная формула Б.Г. Скрамтаева.

Однако изменять в этой формуле можно только три параметра:

t_б.н. - за счет уменьшения потерь тепла в процессе транспортирования, перегрузки, подачи к месту укладки, укладки и уплотнения;

t _б.ср. - зависит от t_б.н. ;

К - за счет изменения конструкции опалубки и в первую очередь - за счет изменения вида утеплителя и толщины его слоя.

Остальные параметры задаются (С_б., γ_б.) или определяются в процессе подбора состава бетонной смеси (Ц, Э).