Расчет технологических параметров для методов зимнего бетонирования с учетом набора прочности бетона при отрицательной температуре.

4.1. Расчет технологических параметров для метода «термос».

       Один из первых методов зимнего бетонирования – термос – характеризуется меньшими дополнительными затратами по сравнению с методами электротермообработки. При этом методе положительная температура в бетоне поддерживается за счет внесенного в него тепла при нагреве воды и заполнителя при приготовлении бетонной смеси и экзотермического тепла, выделяемого при взаимодействии цемента с водой. Учитывая особенности метода, его применение ограничивается массивными конструкциями, выдерживаемыми при небольших отрицательных температурах.

4.1.1. Выделяем два этапа выдерживания бетона: при положительной и отрицательной температурах. Вычислим значения коэффициентов А, В, n, необходимых для расчета прочности бетона на двух этапах выдерживания:

       , где

       R₃ – трехсуточная прочность бетона нормального хранения, %; R₃ = 48.

      

4.1.2. Пользуясь СНиП 3.03-01-87, находим значение R_кр, R_кр = 30% для бетона В30. Также запишем нормальную температуру бетонной смеси к моменту подачи с завода: t_Б.СМ.=40⁰С- для ПЦ.

4.1.3. Вычисляем начальную температуру бетона в конструкции:

       t_Б.Н. = t_Б.СМ. – (t_Б.СМ. - t_Н.В.)·0,02L_ТР, где

       t_Б.Н. – начальная температура бетона в конструкции, ⁰С;

       t_Б.СМ. – температура бетонной смеси, отпускаемой с завода, ⁰С;

       t_Н.В. – температура наружного воздуха, ⁰С;

       L_ТР – длина транспортирования бетонной смеси, км.

       t_Б.Н. = 40 – (40 – (-14,8))·0,02·20 = 18,1 ⁰С.

4.1.4. Вычисляем среднюю температуру бетона за период остывания до 0⁰С.

       , где

       М_П – модуль поверхности, м^-1

       , где

S_ПОВ – площадь опалубливаемой поверхности, соприкасающейся с воздухом;

V – объем фундамента с минимальными размерами подколонника.

м^-1

⁰С

4.1.5. Вычисляем время остывания бетона в конструкции, достаточное для набора R_кр при :

       ч.

4.2 Расчет технологических параметров для метода «Предварительный электроразогрев».

Сущность метода заключается в предварительном разогреве бетонной смеси непосредственно перед укладкой. Разогрев смесей осуществляется переменным электрическим током в специальных бункерах, оснащенных электродами, или в кузовах автосамосвалов с помощью опускных электродов. Чаще всего температура разогрева составляет 60-70⁰ С, при этом расходуется 40-60 кВт/ч электроэнергии на 1 м³ бетона. Вследствие интенсификации взаимодействия цемента с водой при повышении температуры выделение экзотермического тепла начинается раньше, чем при укладке не разогретой бетонной смеси, что приводит к значительному повышению начальной температуры.

Предварительный разогрев и термос эффективны не только с точки зрения расхода энергозатрат, но и качества возводимых конструкций. В этом случае в массивных монолитных конструкциях может формироваться благоприятное напряженное состояние, исключающее появление трещин.

4.2.1 Выбираем температуру разогрева бетонной смеси – t_раз = 70 ⁰ для ПЦ.

4.2.2 Вычисляем начальную температуру бетона в конструкции:

t_б.н.= t_раз.-(t_раз.-t_н.в)·0,1

t_б.н.= 70-(70-(-14,8))·0,1=61,52 ⁰С

4.2.3 Вычисляем среднюю температуру бетона за период остывания до 0 ⁰С:

=29,35 ⁰С

4.2.4 Вычисляем время остывания бетона в конструкции, достаточное для набора R при

=15,55 ч.

4.2.5 Определяем требуемый коэффициент теплопере-

дачи опалубки:

 

=1,56

4.2.6 Толщину утеплителя находим в зависимости от найденного : = , где

α – коэффициент, зависящий от скорости ветра, Вт/м²·1⁰С

δ_i – толщина каждого слоя ограждения, м

λ_i – коэффициент теплопроводности слоя

       По заданию предусмотрена транспортировка бетонной смеси в автобетоносмесителях, с которыми рациональнее использовать АБН для укладки бетонной смеси. Тем самым исключается возможность подачи электродов на открытую пов-ть, следовательно, этот метод неприменим. 

4.3 Расчет технологических параметров для метода «Электропрогрев»

Электропрогрев основан на принципе нагрева проводника при прохождении через него электрического тока, так как бетонная смесь на ранней стадии твердения обладает достаточно хорошей электропроводностью. Наиболее распространенной разновидностью электропрогрева является периферийный прогрев, при котором электроды разноименных фаз размещаются на поверхности конструкции. При этом почти вся подводимая электроэнергия превращается в тепло в слоях конструкции, толщина которых приблизительно равна половине расстояния между электродами. Центральные зоны конструкции нагреваются за счет экзотермии цемента и теплопередачи поверхностных зон.

Расход электроэнергии составляет от 20 до 100 кВт·ч на 1 м³ бетона и зависит от температуры окружающей среды и продолжительности прогрева.

4.3.1 Задаем коэффициент теплопередачи опалубки, скорость подъема температуры и начальную температур бетона в конструкции:

К_опал = 1,48 Вт/м²·⁰С

σ_под =5 ⁰С/ч

t_б.н.=18,1 ⁰С

4.3.2 Задаем t_из, исходя из максимально допустимого значения 60 ⁰С: t_из=50 ⁰С

4.3.3 Вычисляем среднюю температуру бетона за период подъема:

⁰С

4.3.4 Вычисляем время подъема температуры, ч

4.3.5 Вычисляем среднюю температуру бетона за период остывания до 0 ⁰С:

⁰С

4.3.6 Вычисляем время остывания бетона в конструкции от t_из         до 0 ⁰С:

, где

       С_б-теплоёмкость бетона; С_б =1,05

       -коэффициент теплопроводности бетона; =2,6

       -объемная масса бетона; =2400кг/м³

 ч.

4.3.7 Находим прочность, которую бетон набирает за период подъема и остывания:

 

 

=78,06% _от R₂₈

           

 

Из рассчитанных трех методов зимнего бетонирования наиболее приемлемым является первый рассмотренный вариант - метод «термоса». Время остывания бетонной смеси, достаточное для набора R_кр,  невелико - 41,1 ч и не превышает допустимые 100 ч. Нет необходимости в дополнительном оборудовании.