2. Метод организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона

Возвращаясь к оптимизации управления, необходимо обеспечить возможность моделирования процесса твердения возводимых монолитных конструкций с учетом их размера и формы, теплопроводности применяемой опалубки и ряда других факторов, оказывающих существенное влияние на кинетику твердения бетона и качество готовых конструкций. Решение этой задачи призвано обеспечить возможность планирования работ по уходу за твердеющим бетоном, сроков проведения распалубочных работ и обеспечения бездефектности производства.

Что касаемо вопросов обеспечения бездефектности монолитного производства, то тут, важной задачей является обеспечение температурной трещиностойкости бетона, являющейся особенно актуальной проблемой при круглогодичном скоростном ведении бетонных работ.

Обеспечение всесезонного бетонирования с возможностью ускорения сроков монолитного строительства при гарантированном качестве возводимых конструкций, невозможно без знания роли температурного фактора в твердении бетона и прогнозирования последствий его воздействия на конечные физико-механические характеристики. Сокращение сроков строительства и повышение конструктивной безопасности монолитных конструкций требует такой интенсификации структурообразования бетона, при котором кинетика роста прочности цементного камня опережала бы кинетику развития в нём деструктивных процессов, что требует построения моделей, связывающих оба этих явления.

Именно интенсивность передачи тепла поверхностью бетона в окружающую среду является причиной возникновения температурных перепадов и напряжений по толщине бетонируемых конструкций. Твердение бетона также сопровождается процессами массопереноса, которые в свою очередь влияют на перераспределение тепловых потоков и напряжений в бетонных конструкциях и могут стать причиной возникновения необратимых дефектов в конструкциях.

Возникающие перепады влагосодержания, температуры и давления создают в материале напряженное состояние. Если формирующаяся структура материала, находящегося в напряженном состоянии, не может противостоять силе, с которой передвигается масса по порам и капиллярам, то эта структура (формирующаяся в бетоне) может разрушаться. Поскольку напряженное состояние и скорость передвижения массы увеличиваются при возрастании температурного градиента, то необходимо выбирать такую скорость экзотермии бетона, при которой нарушения структуры будут минимальными.

Параметры и факторы, оказывающие влияние на распределение температур и напряжений в бетоне при твердении, можно разделить по значимости на следующие группы:

1. Интенсивность тепловыделения в бетоне при твердении;

2. Внешние условия твердения;

3. Теплофизические свойства бетона и бетонной смеси.

Главной особенностью данных параметров является то, что все они изменяются во времени и влияют друг на друга. Для построения адекватной и точной модели распределения температур и напряжений в бетонных конструкциях необходимо учитывать все эти параметры с учетом изменения их значений во времени.

Сегодня, когда скорость строительства и качество конструкций играют решающую роль при монолитном производстве, необходим пересмотр значимости расчета термонапряженного состояния и разработка новых организационно-технических решений, позволяющих эффективно использовать данный инструмент. Это должно дать возможность на начальном этапе организации бетонных работ в оперативном режиме учитывать неблагоприятные факторы, влияющие на качество возводимых конструкций. Исходными значениями для расчетов должны быть не статические значения значимых параметров (теплофизические характеристики бетона, температура окружающего воздуха, средняя температура бетонной конструкции и т.д.), а их динамические значения, изменяющиеся во времени и связанные с другими параметрами. Такой подход, несомненно, усложнит расчет термонапряженного состояния монолитных конструкций, но позволит достичь поставленных целей в обеспечении их качества и снижении сроков строительства. Сегодня эта задача может быть рационально решена с использованием растущих информационно-вычислительных возможностей, позволяющих осуществлять имитационное моделирование развития сложных процессов в динамических системах. Разработка, такого метода анализа кинетики твердения бетона, позволит решать и ряд задач организационного характера, в том числе: прогнозирование скорости твердения модифицированных бетонов в различных условиях; принятие оптимальных и своевременных технологических решений в процессе монолитного бетонирования; организация оперативных мер по предотвращению возникновения трещин в монолитных железобетонных конструкциях.

Механизм возникновения трещин в бетоне под воздействием растягивающих напряжений, вызванных перепадом температур между отдельными точками. В случае если возникающие растягивающие напряжения (σ_р) превышают значение прочности бетона на растяжение (R_bt), происходит образование трещин. Условно процесс набора увеличения прочности бетона на растяжение и возникновение растягивающих напряжений от времени приведены на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Изменение прочности бетона на растяжение и моделирование возникновения растягивающих напряжений во времени. Обозначения:

1– температурные растягивающие напряжения в бетонной конструкции, не приводящие к возникновению трещин σ_р, МПа;

2 – температурные растягивающие напряжения в бетонной конструкции, являющиеся причиной возникновения трещин σ_р, МПа;

3- нарастание прочности на растяжение в бетонной конструкции R_bt, МПа.