3. Расчетная оценка прочности бетона по температуре выдерживания

Существующая практика определения прочности бетона по известной температуре выдерживания подразумевает применение трех основных методов:

• метод приведенного времени, основанный на гипотезе B.C. Лукьянова, связывающей интенсивность набора прочности бетона при различных температурах выдерживания с коэффициентом температурной вязкости воды [129].

• метод «градусо-часы», представляющий модификацию метода приведенного времени и основанный на принципе неизменности тепловой работы бетона при достижении одинаковых уровней прочности [78,79,127,129];

• интерполяционный, метод расчета прочности по набору кривых нарастания прочности бетона при изотермическом выдерживании с различными температурами [129,131,133].

При этом подразумевается, что технологические параметры выдерживания бетона не выходят за рамки допускаемых значений и не оказывают деструктивного влияние на его конечную структуру.

В двух первых методах время твердения бетона при какой-либо температуре соотносится со временем твердения бетона при нормальной температуре по приближенной формуле, и прочность определяется с использованием графика нормального твердения бетона по вычисленному значению «приведённого возраста» (или зрелости бетона).

Идея интерполяционного метода основана на использовании экспериментальных кривых нарастания прочности бетона при изотермическом его выдерживании с различной температурой, как правило, +10...+80°С с шагом в 10°С. При этом реализация вычислений строится на численном интегрировании по графику температуры и интерполировании в интервалах между базовыми кривыми изотермического твердения.

Оценка возможности применения того или иного метода в производственных условиях строится на учете ограничительных обстоятельств. Так, наибольшей сложностью при использовании интерполяционного метода является получение набора экспериментальных кривых твердения конкретного бетона при изотермическом выдерживании с различными температурами. Сегодня практически единственно возможным источником такой исходной информации являются усреднённые универсальные справочные графики нарастания прочности для бетонов определенного вида [110,129,131,133], ошибка прогнозирования по которым может быть достаточно велика (до 30%R28). Методы «приведённого возраста» с этих позиций являются более гибкими (исходные данные по любому типу бетона включают только график твердения этого бетона при нормальных условиях), однако достоверность методов оценить сложнее.

2. Особенности современной технологии монолитного строительства, влияющие на функциональное содержание производственного температурно-прочностного контроля

Процесс возведения несущего каркаса монолитного здания можно представить как сочетание последовательно выполняемых опалубочных, арматурных, бетонных работ, выдерживания забетонированных конструкций, а также работ по их контролю. Особенностями этого процесса, в первую очередь, являются условия возведения и связанные с ними сложности выполнения работ и управления их качеством [15,27,28]. Следует отметить следующие особенности современной технологии монолитного строительства, влияющие на функциональное содержание производственного температурно-прочностного контроля:

Практика применения и тенденции развития монолитного строительства в России и за рубежом.

До 90-х доля отечественного монолитного строительства не превышала 5% и приходилась, в основном, на сложные объекты и инженерные сооружения, имеющие большое число массивных конструкций, изготавливаемых из бетонов средних классов (В20-В25). К 1998г доля монолитного строительства в московском регионе выросла до 30% за счёт притока иностранных инвестиций и строительных компаний, сосредоточенных в секторе коммерческого нежилого строительства. В этот период осуществлялось возведение преимущественно среднемассивных и немассивных конструкций из бетонов В25-В45. К 2001 г доля монолитного строительства и его модификаций в московском регионе составила уже 50%, к 2008г – более 65% [82], а к 2015г – более 73%

Несмотря на некоторое отставание в развитии монолитного строительства на территории нашей страны в XX веке, активное освоение с начала 1990-х годов новых решений, применяемых на Западе, привело к тому, что XXI веке отечественные строительные компании начали возводить сложные, даже по мировым меркам, объекты и отдельные конструкции из монолитного железобетона. В качестве примера такого строительства можно привести строительство 96-этажного здания башни «Восток» комплекса «Федерация» в ММДЦ «Москва-Сити», особенностью которого стало бетонирование монолитной фундаментной плиты единовременной заливкой бетона объемом 14000 м³.

Поскольку твердение и упрочнение бетона происходит благодаря химической реакции гидратации цемента с водой [107], этот процесс крайне чувствителен к температуре окружающей среды. Очевидно, что в случае падения температуры ниже 0°C в начальный период структурообразования бетона происходит замерзание несвязанной воды затворения, что препятствует возможности ее реакции с цементом. В связи с этим, важной задачей для обеспечения возможности повсеместного внедрения монолитного строительства стала задача развития технологий «зимнего бетонирования» [81,99,101].

Необходимо отметить, что понятие «зимние условия» в технологии монолитного строительства отличается от аналогичного календарного понятия. Под зимними условиями бетонирования понимаются такие условия, при которых среднесуточная температура наружного воздуха не поднимается выше +5°C, либо когда минимальная температура в течение суток опускается ниже 0°C. Использование технологий зимнего бетонирования особенно актуально для России, поскольку в нашей стране подобные климатические условия в отдельных районах длятся до 10 месяцев, а все крупные российские города расположены в зоне, где период отрицательных температур продолжается 4…6 месяцев в году [8,108,109]. Именно по этой причине, в XX в. отечественные ученые и инженеры внесли огромный вклад в развитие производства бетонных работ в зимних условиях, создав несколько методов электротермии бетонной смеси и бетона [100], а также разработав оснастку и специальное оборудование для тепловой обработки монолитных конструкций на строительной площадке. Советские технологии зимнего производства бетонных работ были использованы в военные годы при возведении промышленных предприятий на Урале и в Сибири, а позднее заимствованы и западноевропейскими, а также американскими строительными компаниями [108]. Сегодня на строительных площадках при производстве бетонных работ в зимних условиях в мировой практике широко используются комбинированные методы, сочетающие методы обогрева бетонных конструкций, «термосного» выдерживания бетона, а также использования специальных химических добавок, снижающих температуру замерзания смеси и ускоряющих процесс твердения бетона.

С целью решения задач увеличения выработки и повышения общей экономичности монолитного строительства в настоящее время российские компании (в основном столичные) начали активное внедрение методов всесезонного скоростного монолитного строительства [6,59], особенностями которого являются:

- Ступенчатое возведение монолитных конструкций в круглосуточном режиме при высоких объемах (свыше 120 м3/сутки) укладки бетона и высокой степени совмещения работ вне зависимости от погодных условий на строительной площадке.

• Короткие сроки выдерживания бетона в опалубке (от 8 часов) и высокая скорость нагружения возведенных конструкций.

• Использование новых высокотехнологичных опалубочных систем.

• Применение новых средств механизации и технического оснащения монолитного строительства.

- Предварительная укрупнительная сборка арматуры на объекте или в специальных мастерских в арматурные каркасы и т.д.

Очевидно, что активное внедрение новых технологических решений требует существенных преобразований в сфере организации и управления производственными процессами. Для этого в диссертационной работе были изучены общие принципы организации данных процессов с целью выявления «узких мест» и выработки основных направлений их оптимизации

Возрастание темпов строительства и нагружения изготовленных конструкций.

Возведение 6...10 этажей в месяц с объёмами суточной укладки бетона 80…150м³ при организации работ в круглосуточном и круглогодичном режиме становится в отечественной практике нормой [90]. Более того, в монолитном домостроении отмечается качественный переход к технологиям скоростного всесезонного монолитного строительства, когда становится возможным возведение этажа здания точечного типа (в 600-900м²) за 1-2 дня [43,46,83,88].

Ясно, что высокие темпы возведения крайне обостряют проблемы набора монолитными конструкциями требуемой промежуточной прочности, причём не только в холодный период года, но и летом. В этих условиях большую значимость приобретают вопросы, прогнозирования прироста прочности бетона свежеизготовленных конструкций с момента прекращения выдерживания до момента их загружения вышерасположенным этажами [55]. Это, в свою очередь, выдвигает требования к повышению оперативности и надежности контроля выдерживания и разработке научно обоснованных производственных методов учета кинетики набора прочности в общей динамической картине нагружения конструкций на объекте.

Сокращение сроков тепловой обработки и выдерживания конструкций.

При увеличении скорости производства работ, неизбежно сокращаются сроки тепловой обработки и выдерживания бетона. В скоростном строительстве на выдерживание бетона в опалубке отводится 8... 12 часов для вертикальных конструкций и 1,5...2 суток для горизонтальных (с ранней распалубкой). Совмещаемые работы по установке арматурных каркасов на забетонированных перекрытиях начинаются через 6...8 часов с момента начала их выдерживания. Уже через сутки с момента бетонирования стен и колонн по ним укладывается бетон перекрытий [43].

Столь существенное сокращение темпов тепловой обработки привело к появлению следующих основных тенденций в технологии выдерживания монолитных конструкций:

• увеличение марочной прочности укладываемого бетона на класс в целях компенсации возможных недоборов проектной прочности;

• применение методов многоэтапной тепловой обработки и выдерживания конструкций с применением ранней распалубки конструкций;

• использование неутепленной опалубки ввиду нерациональности применения утепления, как по финансовым показателям, так и по наличию технологических противопоказаний (например, в части температурных перепадов при снятии опалубки).

Тенденция перехода к ранней распалубке сегодня существует довольно устойчивая, поскольку раннее распалубливание позволяет существенно сократить парк дорогостоящей опалубки на объекте за счёт ускорения её оборота. Однако с ранней распалубкой сопряжены некоторые трудности при дальнейшем уходе за бетоном [42].

Поскольку достигнутых, при раннем распалубливании прочностей бетона (особенно для вертикальных конструкций и в зимнее время года) часто бывает недостаточно для обеспечения требуемых промежуточных значений прочности (к моменту замерзания или к моменту значимого нагружения), дальнейшее выдерживание бетона обычно предполагает дополнительную интенсификацию его твердения. Это может быть термосное выдерживание в утеплениях, прогрев под защитными укрытиями, в тепляках и другие. Таким образом, происходит многоэтапная тепловая, обработка и выдерживание монолитных конструкций (прогрев — распалубка — укрытие — прогрев и (или) термосное выдерживание — разутепление), которые требуют специальных знаний и инженерных мероприятий по выдерживанию и контролю состояния бетона на каждом из этапов.