книги из ГПНТБ / Зимнее бетонирование на Южном Урале

2) расширение воды в бетонной смеси, которое приводит к развитию внутренних давлений, ухудшаю­ щих структуру неокрепшего бетона;

3) отрицательные явления, связанные с массопереносом и испарением влаги;

4) возникновение температурных деформаций и вследствие этого возможность ухудшения термона­ пряженного состояния железобетонных конструкций.

Было проанализировано формирование темпе­ ратурных полей свыше 120 видов железобетонных конструкций на ряде объектов «Главюжуралстроя» при использовании наиболее распространенных мето­ дов зимнего бетонирования. Анализ выявил следую­ щее.

3

Рис. 5. Электропрогрев бетона в металлической опалубке:

1 — трансформатор; 2 — опалубка; 3 — арматура; 4 — кабель, 5 и 7 — электроды; 6 — скважины

20

Начальная температура бетона перед электропро­

увеличивает электросопротивление бетонной смеси, а также начальное напряжение в сети.

Скорость повышения температуры бетона и осты­ вания конструкций на большинстве объектов строго соблюдается, что свидетельствует о соответствии при­ меняемого оборудования, степени утепления конст­ рукций и т. д. проектным решениям, за исключением массивных конструкций с Мп <С 4 м~К Вместо допу­ стимых скоростей 5—8° С в час для таких конструк­ ций примерно в 50% случаев отмечены скорости подъема температуры от 10 до 16° С в час.

Максимальная температура изотермического про­ грева довольно резко отличается от нормативной для конструкций с Мп до 5 м~х и за редким исключением ( ~ 5%) находится в допустимых пределах для кон­ струкций с Мп 7> 5 м~1.

Еще больший интерес представляет определение кинетики набора прочности бетона и изучение темпе­ ратурных полей однотипных конструкций, выдержи­ ваемых различными методами: паропрогревом и элек­ тропрогревом,— ибо температурные перепады наибо­ лее опасны при так называемой «кривой нулевых

том образования кривой нулевых напряжений мож­ но считать прочность, равную примерно 30—40% от

21

Т а б л и ц а 3

Температура и прочность бетона при паропрогреве

водит к большей неравномерности поля (градиенты достигают более 40° С) и вызывает, кроме этого, перегрев приэлектродных слоев.

Однако в течение всего периода электропрогрева периферийные слои имеют температуры более низ­ кие, чем центральные точки. По мнению профессора В. С. Лукьянова, такой режим является предпочти­ тельным для регулирования и улучшения термона­ пряженного состояния бехонных конструкций. В то же время анализ температурных режимов еще раз подчеркивает необходимость тщательного контроля за интенсивностью разогрева, за назначением скоро­ стей подъема и максимальных температур, чтобы исключить высокие перепады, опасные для структуры бетона. В особенности это касается процессов выдер­ живания массивных конструкций при периферийном электропрогреве, так как в данном случае интенсив­ ность теплообмена между поверхностными слоями и ядром конструкции обычно невелика. Поэтому темпе­ ратура ядра практически не зависит от нагрева пе­ риферийных слоев, хотя для создания полезного предварительно напряженного состояния температур­ ный режим периферийных слоев должен соответство­ вать температуре ядра.

Таким образом, при проектировании периферийно­ го электропрогрева наиболее важны следующие об­ стоятельства:

22

Т а б л и ц а 4

Температура и прочность бетона при электропрогреве

1) температуры периферийных слоев на протяже­ нии всего периода прогрева должны быть ниже тем­ ператур центральных зон, и в то же время градиенты температур по сечению не должны превышать норма­ тивных требований;

2) температурный режим должен обеспечить про­ ектную прочность бетона всех зон конструкции.

Следует отметить одну особенность, характерную для периферийного электропрогрева. При этом мето­ де разогреваются в основном поверхностные слои, конструкция же в целом (и в особенности ядро) бу­ дет иметь определенную тепловую инерцию за счет теплопередачи и экзотермии, а периферийные слои, воспринимающие энергию, предназначенную для всего объема конструкции, станут перегреваться. Вполне естественно напрашивается вывод о необходимости уменьшить мощность, подводимую для разогрева. В исследованиях В. С. Абрамова предложены опреде­ ленные значения коэффициентов уменьшения подво­ димой мощности при периферийном электропрогреве, в зависимости от различных технологических, конст­ руктивных факторов, обеспечивающие при этом по­ лучение проектных температурных режимов.

Анализ применения периферийного электропро-

23

грева на стройках «Главюжуралстроя» позволяет сделать такие выводы:

1)основной вид контроля за процессом электро­ прогрева— измерение температуры бетона в различ­ ных точках конструкций;

2)качество прогреваемого бетона, и в особенно­ сти возможность достижения марочной прочности, во многом зависит от снижения влагопотерь в процессе термообработки. Поэтому следует неукоснительно со­ блюдать определенные правила: применять такие ре­ жимы прогрева, которые должны соответствовать нормативным требованиям в части допустимых ско­ ростей нагрева и остывания, максимальной темпера­ туры изотермического прогрева и т. д., тщательно укрывать и утеплять все открытые поверхности кон­ струкции;

3)основными задачами периферийного электро­ прогрева массивных конструкций являются компен­ сация теплопотерь к регулирование температурного режима для осуществления полезного распределения температурных напряжений конструкций в процессе термообработки.

§ 7. Предварительный электроразогрев бетонной смеси

Исследования, проведенные на кафедре строитель­ ного производства, показали, что ускорение тверде­ ния и повышение прочности бетона, имеющие перво­ степенное значение при зимнем бетонировании, могут быть обеспечены при уменьшении расстояний между гидратирующимися частицами цемента на начальных стадиях твердения. Было установлено, что прочность структуры на разных стадиях твердения зависит от энергии взаимодействия между частицами реагирую­ щей системы.

На основе квантовомеханического расчета полу­ чены формулы энергии взаимодействия между иона­ ми и дипольнымц молекулами жидкой фазы и зерном вяжущего или кристаллогидратом, которые могут ис­ пользоваться и для расчета энергии взаимодействия между гидратированными частицами, представляю­ щими в электрическом отношении диполи. Получеи-

24

разогрева бетонной смеси перед укладкой ее в конст­ рукцию. Эксперименты полностью подтвердили эти теоретические выводы.

Несмотря на то, что электропрогрев является пока наиболее распространенным способом выдерживания бетона в зимнее время, на стройках «Главюжуралстроя» он все более вытесняется методом предвари­ тельного электроразогрева, применение которого в 1972 г. возросло по сравнению с 1970 г. более чем вдвое. Этот рост вызван многими причинами, одна из которых — большая простота, технологичность и эко­ номичность этого способа выдерживания бетона (эко­ номическое сравнение приведено в III главе).

Как показывает опыт, при выдерживании конст­ рукции с Мп до б—8 м~х наиболее эффективны мето­ ды термоса и предварительного разогрева.

Применение термоса для условий Южного Урала очень ограничено, так как на стройках в основном ис­ пользуются низкотермичные шлакопортландцементы. Начальные температуры бетонной смеси на заводах не превышают 30° С из-за возможной потери под­ вижности; к тому же весьма значительны теплопотери при транспортировке и перегрузках (§ 5). К этому добавляются и экономические факторы. Так, если для приготовления 1 м3 бетонной смеси в Европейской части СССР в зимний период расходуется на подо­ грев воды и заполнителей до 80—100 кг пара (дан­ ные канд. техн. наук Е. Ю. Брайниной), то на Южном Урале, по данным технико-экономического анализа, проведенного кафедрой «Строительное производство» ЧПИ, расходуется 150—200 кг пара.

В этом случае электроразогрев бетонной смеси непосредственно на площадке более эффективен бла­ годаря более высокому к. п. д. установки, сокраще­ нию непроизводительных потерь тепла при ее транс­ портировке и перегрузках. Важно и то, что здесь не исключается, а гармонично вписывается в техноло­

26

равномерность температуры (максимальные градиен­ ты At до 30° С) наблюдается только в начальный мо­ мент термообработки, когда есть так называемые «пластические шарниры», которые могут гасить нап­ ряжения.

Таким образом, в предварительном разогреве гар­ монично сочетаются кратковременный электропро­ грев в наиболее благоприятный момент структурообразования бетона с термосным выдерживанием. Этот метод устраняет нежелательное тепловое расширение в период формирования структуры, улучшая термо­ напряженное состояние бетонных конструкций. Такие очевидные преимущества сразу же оценили произ­ водственники, и сфера применения предварительного разогрева бетона с каждым годом стала расши­ ряться.

На Южном Урале впервые этот метод был приме­ нен в 1967 г. в трестах «Магнитострой», «Челябметаллургстрой», «Южуралпромстрой», «Уралавтострой» и др

Установка для прогрева бетона состоит из ряда бункеров с электродами. Практика показала, что удобнее иметь трансформаторы с напряжением на панели низкого напряжения 220 или 380 в. Мощность трансформатора выбирается в зависимости от объе­ ма одновременно разогреваемой бетонной смеси и времени разогрева и составляет от 150 до 450 ква. Электрический щит управления включает в себя ав­ томат-счетчик, амперметр, трансформатор тока, сиг­ нальные лампы, пускатель, звонок громкого боя, све­ товое табло. Щит замера температур состоит из лагометра, селенового выпрямителя, термометра соп­ ротивления или термопар и потенциометра.

Последнее время впервые в Магнитогорске, а за­ тем в «Уралавтострое» бетонная смесь стала разогре­

электробезопасность, придала большую маневрен­ ность и обеспечила высокую производительность тру-

27

иметь два нагревателя. Это позволяет поднять произ­ водительность труда, улучшить коэффициент загруз­ ки трансформатора, уменьшить вероятность простоя автотранспорта.

Повсеместному распространению предварительно­ го электроразогрева препятствует недостаточная раз­ работка технологии, в частности, вопросов, связан­ ных с назначением температурных режимов выдер­ живания, уменьшения подвижности бетонной смеси при разогреве и т. д.

В настоящее время температура разогрева бетон­ ной смеси зачастую назначается произвольно, без учета массивности конструкций, температуры наруж­ ного воздуха и т. д. В результате исследований, про­ веденных кафедрой «Строительное производство» ЧПИ по определению времени остывания различных конструкций при предварительном электроразогре­ ве, предложена табл. 5 для определения прочности бетона к моменту остывания до 0° С. Таблица может быть рекомендована для выбора начальной темпера­ туры разогрева, при которой бетон на шлакопортландцементе М400 приобретает за период остывания до 0° С заданную прочность (в случае применения деревянной опалубки и при скорости ветра не более

5 м / с е к ) .

Необходимость совершенных и надежных спосо­ бов контроля за процессом разогрева бетонной смеси не вызывает сомнений Этот контроль может осуще­ ствляться либо по температуре, либо по электриче­ ской мощности.

При прохождении через бетонную смесь электри­ ческого тока происходит превращение электрической энергии в тепловую с нагреванием проводника. Об­ ладая ионной проводимостью, бетонная смесь харак­ теризуется нестабильностью сопротивления во време­ ни за счет протекания в ней физических и химиче­ ских процессов. Ее электропроводность определяется количеством и химическим составом жидкой фазы на различных этапах прогрева.

Благодаря работам НИИЖБа, ВНИИСТа, НИИЦемента, ЦНИИЭПЖилища и других институтов

29