Раздел 11. Расчет параметров режима выдерживания бетона монолитных фундаментов методом «термоса»

 

    Сущность метода состоит в том, что бетон в опалубке набирает заданную прочность за счет тепла, внесенного при изготовлении бетонной смеси и выделяемого в процессе гидратации цемента, то есть суммарное количество тепла в бетоне должно быть равно теплопотерям при остывании. Для этого необходим расчет времени остывания бетона до заданной температуры, когда влияние отрицательной температуры не скажется на качестве забетонированной конструкции. Если τ остывания больше или равна τ проектной, то утепление опалубки не требуется, соответственно если τ остывания меньше τ проектного, то утепление опалубки требуется.

    Исходные данные:

Дальность транспортирования грунта: L_тр =5 км;

Расход цемента в бетоне: Ц=370 кг/ м ;

Дальность транспортирования бетонной смеси: S=8 км;

Температура наружного воздуха: t_н.в =-15˚ С.

Расчетная скорость ветра — 5 м/с.

Расчетная температура бетонной смеси на выходе из бетоносмесителя: t_б.с=+25˚ С.

Расчетная температура бетона в момент окончания выдерживания: t_б.к=+5˚ С.

Плотность бетонной смеси — 2400 кг/ м .

1) Определение модуля поверхности бетонируемой конструкции:

М_п=F_охл/V_б, м^-1 (25)

F_охл — сумма площадей охлаждаемых поверхностей фундамента, м²;

V_б — объем фундамента, м³.

М_п=36,18/8,79=4,12 м^-1.

2) Определение начальной средней температуры бетона после укладки бетонной смеси в опалубку, ее уплотнения и заглаживания:

t_б.н= t_загр-∑Δ t_i*(t_загр- t_н.в), ˚ С (26)

∑Δ t_i — относительные величины снижения температуры на отдельные операции технологического цикла, ˚ С.

а) определение величины снижения температуры при транспортировании:

Δ t_тр= Δ t_тр^’*τ_тр, ˚ С (27)

Δ t_тр^’ — относительное снижение температуры за 1 мин при разнице температур смеси и наружного воздуха в 1 ˚ С (принимаем 0,001, так как бетонная смесь транспортируется автобетоносмесителем более 5 м³ );

τ_тр — время транспортирования бетонной смеси, мин.

τ_тр=60*S /V_ср, мин (28)

S — дальность транспортирования бетонной смеси, км;

V_ср — средняя скорость транспортирования, км/ч (принимаем равной 30 км/ч).

τ_тр=60*8/30=16мин.

Δ t_тр= 0,001*16=0,016 ˚ С.

б) определение величины снижения температуры при выгрузке бетонной смеси в приемное устройство:

Δ t_выгр= Δ t_выгр^’*τ_выгр, ˚ С (29)

Δ t_выгр^’ — относительное снижение температуры за 1 мин при разнице температур смеси и наружного воздуха в 1 ˚ С (принимаем 0,0022*6=0,0132, так как бетонная смесь подается в поворотных(неповоротных) бункерах (бадьях) краном на высоту 6 м);

Τ_выгр — прожолжительность выгрузки бетонной смеси, мин.

Τ_выгр=V_б/V_выгр, мин (30)

V_б — объем бетона в автобетоносмесителе, м³;

V_выгр — скорость выгрузки, м³/мин (принимается от 1 до 2 м³/мин).

Τ_выгр=8/2=4 мин.

Δ t_выгр= 0,0132*4=0,0528 ˚ С.

в) определение величины снижения температуры при укладке и уплотнении бетонной смеси:

Δ t_у.у= Δ t_у.у^’*τ_у.у, ˚ С (31)

Δ t_у.у^’ — относительное снижение температуры за 1 мин при разнице температур смеси и наружного воздуха в 1 ˚ С (принимаем 0,003, так как минимальная толщина слоя бетона равна 0,6 м);

τ_у.у — прожолжительность укладки и уплотнения бетонной смеси, мин.

τ_у.у=V_ф/П, мин (32)

V_ф — объем фундамента, м³;

П — производительность укладки бетонной смеси,;

П=2*К_н*в*R*h*60/(τ_в-τ_пер), м³/мин (33)

К_н — коэффициент использования вибратора принимаемый равным 0,85;

в — ширина слоя уплотняемой смеси в опалубке, м (при в>R, принимают равным R, следовательно принимаем в=0,25 м);

R — радиус действия вибратора, м (при расчетах допускается принимать от 0,3 до 0,5 м);

h — высота слоя уплотняемого бетона, м;

τ_в — минимальное необходимое время вибрирования (принимаем равным 25 с);

τ_пер — время перестановки вибратора (5-10 с).

П=2*0,85*0,4*0,4*0,25*60/(25-7)=0,227 м³/мин.

τ_у.у=8,79/0,227=38,8 мин.

Δ t_у.у= 0,003*38,8=0,116 ˚ С.

г) определение величины снижения температуры при заглаживании открытых поверхностей:

Δ t_з = Δ t_з^’*F_з, ˚ С (34)

Δ t_з^’ — относительное снижение температуры за 1 мин при разнице температур смеси и наружного воздуха в 1 ˚ С (принимаем 0,016);

F_з — площадь заглаживания, м².

Δ t_з = 0,016*9,7=0,155˚ С.

Определение начальной средней температуры бетона после укладки бетонной смеси в опалубку, ее уплотнения и заглаживания:

t_б.н= 25-(0,016+0,0528+0,116+0,155)*(25- (-15))=11,41˚ С.

3) Определение средней температуры бетона за период его твердения:

t_б.ср= t_б.к+(t_б.н- t_б.к)/(1,03+0,18*М_п+0,006*(t_б.н- t_б.к)), ˚ С (35)

t_б.к — расчетная температура бетона в момент окончания выдерживания, ˚ С;

t_б.н — начальная средняя температура бетона после укладки бетонной смеси в опалубку, ее уплотнения и заглаживания, ˚ С;

М_п — модуль поверхности бетонируемой конструкции, м^-1;

t_б.ср=5+(11,41- 5)/(1,03+0,18*4,12+0,006*(11,41-5))=9,09 ˚ С.

4) Определение за сколько суток бетон наберет прочность 50% от проектной при t_б.ср=9,09 ˚ С:

Бетон наберет прочность 50% от проектной при t_б.ср=9,09˚ С за τ_проект=8 суток или 192 часов.

5) Определение расчетного времени остывания смеси:

τ_ост=(С_б*ɣ_б*(t_б.н- t_б.к)+Ц*Э)/(3,6*М_п*(t_б.ср- t_н.в)*К₀), часов (36)

С_б — удельная теплоемкость бетона, принимается равной 1,05 кДж/кг˚ С;

ɣ_б — средняя плотность бетона (2400 м³/кг);

t_б.н — начальная средняя температура бетона после укладки бетонной смеси в опалубку, ее уплотнения и заглаживания, ˚ С;

t_б.к — расчетная температура бетона в момент окончания выдерживания, ˚ С;

Ц — расход цемента в бетоне, кг/м³;

Э — тепловыделение цемента при твердении бетона;

М_п — модуль поверхности бетонируемой конструкции, м^-1;

t_б.ср — средняя температура бетона за период его твердения, ˚ С;

t_н.в — температура наружного воздуха, ˚ С;

К₀ — коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м² ˚ С.

τ_ост=(1,05*2400*(11,41- 5)+370*191)/(3,6*4,12*((9,09+15)*5,6)=43,39часов.

    В результате расчетов получаем τ_ост< τ_проект, так как 43,39 часов<216 часов, значит необходимо утепление опалубки.

Определяем требуемый коэффициент теплопередачи опалубки К_0(тр):

К_0(тр)=(С_б*ɣ_б*(t_б.н- t_б.к)+Ц*Э)/(3,6*М_п* τ_ост (t_б.ср- t_н.в)), Вт/м² ˚ С (37)

К_0(тр)=(1,05*2400*(11,41-5)+370*191)/(3,6*4,12*43,39*(9,09+15))=1,00 Вт/м² ˚ С

Найдем необходимую толщину утеплителя:

δ_ут= ʎ_ут [1/ К_0(тр)-(1/α+Σ(δ_i/ ʎ_i)], м

ʎ_ут – коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/м² ˚ С

α – коэффициент теплопередачи у наружной поверхности опалубки (с учетом ско-  

рости ветра 5 м/с α=28,56 Вт/м² ˚ С)

δ_i – толщина соля опалубки, м

ʎ_i – коэффициент теплопроводности слоя опалубки, (с учетом скорости ветра 5 м/с   

  ʎ=5,6 Вт/м² ˚ С)

δ_ут= 0,24 [1/1-(1/28,56+Σ(0,4/ 5,6)]=0,21 м

Для обеспечения более медленного остывания нужен слой опилок.