книги из ГПНТБ / Зимнее бетонирование на Южном Урале

§ 1. Технико-экономические показатели

Разнообразие конструктивных решений монолит­ ных сооружений, особенность конкретных условий вызывают необходимость выбора наиболее целесооб­ разного метода производства работ в зимнее время.

В современном строительном производстве увели­ чивается число возможных методов зимнего бетони­ рования. Их многообразие закономерно. Оно связано с развитием техники, которое объективно требует вы­ явления относительных преимуществ и недостатков этих методов и выбора наиболее рационального в конкретных условиях.

Оптимальные методы зимнего бетонирования дол­ жны выбираться на основе комплексного технико­ экономического анализа, включающего технологиче­ скую и экономическую целесообразность. Следует учитывать и социальные факторы: облегчение условий труда, обеспечение его безопасности и т. д. (рис. 42).

Основные технологические показатели методов зимнего бетонирования следующие: качество бетона, во многом зависящее от правильного прогнозирова­ ния и назначения температурного режима, -время вы­ держивания до приобретения критической прочности,

Рис. 42. Схема выбора методов зимнего бетонирования

Ш

включающее как время теплового воздействия, так и время остывания; суточный поток бетона, определяе­ мый производительностью соответствующего оборудо­ вания; возможные для применения механизмы и обо­ рудование; необходимость и степень утепления.

Экономический анализ выполняется на основе рас­ чета частных, а затем общих показателей. Частные показатели — трудоемкость, расход материалов, энер­ гоемкость— выражают величину не всех, а отдельных элементов затрат общественного продукта. Общие по­ казатели — себестоимость, капитальные вложения, приведенные затраты — суммируют различные затра­ ты живого и прошлого труда при осуществлении того или иного метода и измеряются в одних (денежных) единицах.

В соответствии с «Инструкцией по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве» (СН 423—71) расчеты сравнитель­ ной экономической эффективности осуществляются по минимуму приведенных затрат

вариантам.

Важнейшим требованием при определении эконо­ мической эффективности является обеспечение со­

поставимости вариантов.

±

С учетом вышеизложенного, при выборе метода зимнего бетонирования должны соблюдаться следую­ щие условия сопоставимости:

1) одинаковые эксплуатационно-технические ха­ рактеристики и назначения сравниваемых конструк­ ций (эксплуатационное назначение, условия работы, долговечность, нагрузки, пролеты и т. д.);

2)равная степень готовности с учетом одинако­ вых условий загрузки конструкции;

3)равноценные условия окружающей среды при производстве работ (температура воздуха, скорость

ветра и т. д.;.

112

Дополнительные затраты на подогрев воды и за­ полнителей наименее изучены. Местные нормы, разра­ ботанные для отдельных заводов, зависят от существу­ ющего оборудования и учитывают, в основном, спрос на товарный бетон, потребление которого колеблется в течение года. Поэтому увеличение себестоимости подогрева воды и заполнителей представлено в диффенцпрованном виде:

ботной платы в зимнее время (по сред­ ним фактическим нормам, действующим на бетонорастворных заводах);

Сввз— увеличение себестоимости за счет расхо­

да теплоэнергии и амортизационных за­ трат на подогрев воды и заполнителей.

При использовании электродов себестоимость под­ считывается как сумма затрат на изготовление, уста­ новку и срезку электродов плюс стоимость стали. При­ чем последняя берется с определенным коэффициен­ том износа, зависящим от местных условий.

Методика определения дополнительных затрат для различных методов зимнего бетонирования может быть представлена в следующем виде.

Для метода термоса:

а) анализируются исходные данные: геометриче­ ские размеры конструкции, марка, вид цемента и его расход на 1 м3 бетона, марка бетона, требуемая проч­ ность к моменту остывания, вид опалубки (утепле­ ния), температурные условия;

б) для заданной начальной температуры бетона ty.iT. определяется te.cp ,затем по графикам R = cp(t,т) определяется время т, необходимое для приобретения бетоном требуемой прочности;

в) по формулам остывания определяется коэффи­ циент теплопередачи ограждения и по нему требуемая толщина опалубки и утеплителя;

г) дополнительные затраты подсчитывают по фор­

114

ские размеры конструкций, марка, вид цемента и его расход на 1м3 бетона, марка бетона, требуемая проч­ ность к моменту остывания, вид опалубки (утепления), температурные условия, температура разогрева, раз­ меры бункера или кузова самосвала;

б) толщина опалубки (утеплителя) определяется аналогично пунктам «б» и «в» для метода термоса;

в) находятся электрические характеристики: удель­ ная мощность, время разогрева бетонной смеси, расход электроэнергии;

г) дополнительные затраты по увеличению себесто­ имости С Пр. раз и трудоемкости Т Пр. раз по формулам:

115

прочность к моменту остывания, вид опалубки и ее толщина, температурные условия, температура изо­ термического прогрева, тип трансформатора для электропрогрева, тип электродов;

б) выбираются режимы электропрогрева t = ср (т), тип трансформатора по необходимой удельной мощ­ ности на период подъема температуры;

в) для конструкции с Мп<СЮ рекомендуется учи­ тывать набор прочности за период остывания, причем экзотермией в этом случае, по рекомендации Р. В. Ве­ генера, можно пренебречь, что дает не более 5% ошибки;

г) с учетом пункта «в» в зависимости от требуе­ мой прочности и времени подъема температуры по графикам набора прочности бетона R = 9 (t) нахо­ дится время изотермического прогрева;

д) определяется расход электроэнергии, количе­

где СЭл, Тэл — себестоимость и трудоемкость изготов­ ления, установки и срезки электродов.

Разработанная методика была применена для оценки экономически целесообразного метода зимнего бетонирования фундаментов под колонны зданий Ли-

П6

Рис. 43. Дополнительные затраты по себестоимости в за­ висимости от модуля поверхности охлаждения конструк­ ций:

/ — электропрогрев; 2 — предварительный разогрев; 3 — термос

Рис. 44. Дополнительные затраты, связанные с утеплени­ ем (для предварительного разогрева)

саковского горно-обогатительного комбината и прово­ лочно-заготовительного стана «250» на Челябинском металлургическом заводе. Всего просчитано около 1200 вариантов на ЭВМ «Минск-22».

Дополнительные затраты по себестоимости и тру­ доемкости определены для портландцемента М 400 и шлакопортландцемента М 400. По проектам приняты марки бетона М 150, М200 и М300. Требуемая проч­ ность бетона к моменту остывания — 30, 50 и 70% от Ro8* Границы температур наружного воздуха были выбраны 0° и — 40° С.

Проведенные расчеты (рис. 43, 44) позволяют вы­ явить оптимальные области применения того яли иного метода зимнего бетонирования в каждом конкретном случае. В частности, для конструкции с Мп = 3 при RTp = 30—40% R28 наиболее эффективен предваритель­ ный электроразогрев бетонной смеси. При бетонирова­ нии конструкций с Мп = 9 целесообразнее применять метод электропрогрева, особенно при RTp7>40% R2s.

§ 3. Номограммы для определения дополнительных затрат

По разработанной методике можно делать сравни­ тельный анализ удорожания производства бетонных работ в зимнее время при многих переменных факто­ рах, влияющих на себестоимость и трудоемкость. Од­ нако многообразие независимых переменных, тем бо­ лее в условиях постоянного совершенствования техно­ логии и вес более широкого учета местных условий строительства, в некоторых случаях усложняет эконо­ мический анализ. Несомненную помощь при этом мо­ жет оказать применение ЭВМ, или методов оптималь­ ного планирования экспериментов.

В последние десять-пятнадцать лет стала разви­ ваться математическая теория экстремальных экспе­ риментов, позволяющая выбирать оптимальную стра­ тегию исследования при неполном знании процесса. Эффективность нового метода исследований тем выше, чем сложнее изучаемая система.

Поиск оптимальных решений при этом методе зна­ чительно отличается от обычного экспериментирова­ ния прежде всего обоснованным планированием экс­

118

перимента. В отличие от классических методой отыскания оптимальной функции, при которых варьи­ руется только один фактор, здесь одновременно изменяются все изучаемые переменные. Существен­ ным отличием такого планирования опытов является также и то, что экспериментатор получает информа­ цию не только об основных эффектах, но и об эффек­ тах взаимодействия факторов, которые нельзя выя­ вить при обычном однофакторном методе.

Количество (достоверность) информации стано­ вится известным, так как число опытов, расположение их в факторном пространстве определяется на осно­ вании некоторых правил, а достоверность информации может быть выражена дисперсией, вычисление кото­ рой известно.

Используя математико-статистические методы и идею так называемого «черного ящика», широко рас­ пространенную в кибернетике, удается подойти к организации исследовательских работ на качественно новой основе.

Расчеты по определению дополнительных затрат, выполненные на ЭВМ «Минск-22», позволили провести качественное ранжирование различных факторов, влияющих на увеличение себестоимости и трудоемко­ сти при производстве бетонных работ в зимнее время, которое способствовало сокращению количества пере­ менных факторов, влияющих на исследуемую функ­ цию. Остальные факторы были застабилизированы.

Для методов термоса и предварительного электро­ разогрева бетонной смеси основными переменными факторами приняты:

3)температура наружного воздуха — tn.B;

4)марка бетона (количество цемента)— Rg.

Для электропрогрева — следующие факторы:

119

Следует отметить, что вид цемента по ранжирова­ нию мог быть отнесен по значимости на третье место. Однако он представляет собой довольно стабильную величину, которая может быть выбрана один раз и на продолжительное время. Поэтому нами этот фактор не варьировался. А математическое планирование осуществлено для портландцемента.

Выбрав определяющие факторы и критерий срав­ нения систем, естественно было бы задаться вопросом о конкретных путях оптимальной организации поиска функции, описывающей достаточно полно исходные переменные. Здесь важно найти в общем потоке при­ кладных математических работ такие методы, которые наиболее соответствуют условиям данного конкрет­ ного исследования: определить его задачи с математи­ ческой точки зрения и выбрать подходящий метод аппроксимации определенной зависимости.

В данной работе нет необходимости приводить при­ меры реализации задач в различных областях иссле­ дований. Невозможно также перечислить и охаракте­ ризовать все известные математические методы плани­ рования экспериментов, которые подробно изложены в монографии В. В. Налимова и Н. А. Черновой, а также в работах других исследователей.

Задача в общем виде математически формулирует­ ся следующим образом: нужно получить некоторое представление о функции отклика, которую можно представить полиномом второй степени:

У = р .

где у — функция отклика, или параметр, подле­ жащий оптимизации;

30,, ?i, pjj — теоретические коэффициенты при соот­ ветствующих неизвестных варьируемых факторах;

п — число независимых переменных. Коэффициенты квадратичной модели можно вычи­

слить методами ортогонального центрального компо­ зиционного планирования (ОЦКП) и ротатабельного ЦКП — РЦКП. Недостаток ОЦКП в том, что инфор­ мация о поверхности отклика, содержащаяся в урав­

120