Факторы, определяющие неоднородность условий выдерживания бетона в объеме конструкций
На неоднородность условий выдерживания бетона в объёме конструкций (а также их фрагментов – захваток и зон обогрева), соответственно и на величину и характер неравномерности температурно-прочностных показателей в этих конструкциях оказывают совместное влияние естественные, случайные и технологические факторы.
Естественные факторы – граничные эффекты, возникающие на краях и торцах конструкций, в местах выпусков арматуры, стыковки с ранее уложенным бетоном и т.п., а также массивность конструкций.
Случайные факторы – отказы нагревателей, перебои в электроснабжении, резкое изменение погодных условий и т.п.
Технологические факторы – метод выдерживания (вид подачи и распределения тепла), схемы расстановки нагревателей и интенсивность прогрева (тепловая мощность), качество утепления и электротехнических работ, стадийность выдерживания (в опалубке, без опалубки, в утеплениях, сочетание с прогревом) и др.
Влияние технологических факторов в большей мере поддаётся регулированию и часто оказывает существенное влияние на первые два рода факторов, поскольку все они тесно связаны и оказывают совместное действие.
«Граничные эффекты» определяют локальные зоны конструкций или их частей (захваток, участков бетонирования), в которых, из-за повышенной теплоотдачи, температура бетона может существенно снижаться по сравнению со средней температурой в конструкции. Такие «зоны интенсивного охлаждения» располагаются у краев и торцов конструкций, в местах выпусков арматуры, стыковки с ранее уложенным бетоном и т.п.
Массивность конструкций, как естественный, фактор неоднородности условий содержания бетона, в основном, определяет неравномерность распределения температуры от центра к краям – чем массивнее конструкция, тем выше перепад температур. Так, например, в массивных конструкциях фундаментов (Мп<2м-1), выдерживаемых по методу «термоса», разность температур ядра и поверхностных слоев бетона может достигать не один десяток градусов (от 20 до 60°С) [124]. Основные мероприятия, направленные на уменьшение температуры саморазогрева при бетонировании таких конструкций — снижение энергетического потенциала укладываемого бетона, введение добавок, замедляющих твердение и принудительное регулирование температуры в процессе твердения (периферийный обогрев или прогрев, охлаждение внутренних слоев бетонного массива).
Практика показывает, что при выдерживании среднемассивных конструкций (Мп=3...5м-1) методом термоса и регулируемого термоса температурные распределения в них достаточно стабильные (с перепадом температур не более 20°С) и специальных мероприятий по снижению температуры разогрева ядра не требуется. В немассивных конструкциях (Мп=5...20м-1) экзотермия вообще не вносит существенного влияния в формирование температурных распределений. Тем не менее, помимо способности к саморазогреву, массивность определяет также и восприимчивость конструкций к действию других факторов.
Неравномерность прогрева, вызванная наличием линейных нагревателей в бетоне (проводов, электродов) зависит, в основном, от шага нагревателей и нагрузки на них. Так, для, обогрева немассивных конструкций перекрытий и стен толщиной 200мм греющими проводами при нагрузке 15...25Вт/пм в работе [19] на испытательном стенде установлены разбросы температур в сечении конструкций для случаев:
двустороннего обогрева с шагом 100мм: 2°С;
двустороннего обогрева с шагом 200мм: 2,5°С;
одностороннего обогрева с шагом 100мм: 6°С.
Однако в большинстве практических случаев эти разбросы значительно выше, - провода раскладываются с большим шагом и прогрев осуществляется при больших нагрузках. Согласно [108,131] при нагрузках на греющий провод 30-40Вт/пм он нагревается в бетоне до 92-103°С, при этом сам бетон к моменту изотермического прогрева между проводами имеет температуру, как правило, в пределах 40...50°С. При увеличении шага раскладки греющего провода свыше 300мм и нагрузки свыше 40Вт/пм часто происходит локальное пересушивание бетона в зонах расположения греющего провода с появлением визуально заметных на поверхности конструкций «эффектов».
Кроме того, при прогреве нагревательными проводами достаточно часто случаются «отказы», то есть, когда происходят обрывы провода при бетонировании или случается его перегорание в частях конструкций, имеющих крупные пустоты (связанные обычно с недостаточно качественным уплотнением бетона). Как показывает практика, величина отказов при прогреве нагревательными проводами может достигать 15% для вертикальных и 10% для горизонтальных конструкций, при этом оставшиеся без обогрева участки конструкций обычно имеют выраженную геометрию, согласующуюся со схемой раскладки нагревателей. В этой связи колонны могут иметь односторонний обогрев (до 15% конструкций) или его полное отсутствие (до 5% конструкций), а сплошные стены или перекрытия - также односторонний обогрев или его отсутствие в довольно обширных областях. Это обстоятельство требует наличия, на объекте достаточного количества резервных средств обогрева, укрывочных и утепляющих материалов.
Небрежное выполнение электротехнических работ и отсутствие качественного утепления также приводит к увеличению, как внутренних градиентов, так и неравномерности распределения температуры по площади прогреваемого участка (Error: Reference source not found), что, в совокупности с граничными эффектами, часто является причиной пониженной прочности отдельных, как правило, наиболее нагруженных мест конструкций.
а) б) в)
г) д) е)
ж)
Рис. 2.5 Термограммы конструкций, где видны локальные зоны нарушения прогрева: а) отсутствует прогрев угла захватки перекрытия из-за отказа нагревателя (вид снизу, со стороны палубы); б) сильная неравномерность прогрева перекрытия греющими проводами (вид снизу по палубе) – max/min температуры бетона отличаются в 4 раза; в) характер нормального теплового состояния перекрытия при прогреве греющими проводами и его температурный профиль (вид сверху через п/э пленку – тонкая п/э пленка является прозрачным материалом для ИК измерителей температуры при длине волны 8-14 мкм) – естественная неравномерность по поверхности бетона при этом составляет порядка 2-6°С ( шаг нагревателей 200 – 250мм, нагрузка 30-35Вт/пм); г, д) перегрев прядей греющего провода в бетоне перекрытия (вид по сверху, через п/э плёнку); е, ж) перегрев шин в зонах соединения с электромагистралью.
Ещё один важный технологический фактор, влияющий на равномерность распределения температурно-прочностных показателей – стадийность выдерживания конструкций, которая выражается в приёмах (технологической последовательности мероприятий) выдерживания конструкций. Таким образом, например, при отключении прогрева с последующим выполнением распалубки неоднородность температурных распределений в конструкциях может значительно увеличиваться. Особенно это касается среднемассивных конструкций, способных длительное время удерживать тепло внутри при достаточно быстром падении температуры в наружных слоях.