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 (М_п <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 (М_п =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 (М_п =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 (рис. 2.5), 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. 2.5Термограммы 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.