— расчетная температура наружного воздуха
= –15°С;Необходимо сравнить полученные данные при двух возможных вариантах:
1. В случае отогрева основания перед укладкой бетонной смеси её начальная температура составит 35 °С.
2. В случае если прогреть основание не представляется возможным необходимо увеличить начальную температуру до 46 °С.
Вариант 1:
По формуле 5[3] вычисляем температуру бетона с учетом нагрева арматуры
где С2 - удельная теплоемкость арматуры, кДж/(кг • °С); Р2 - расход арматуры, кг/м3. Значение С2 берется из приложения 1 табл.5 [3], С2=0,48 кДж/(кг • °С),
t'6n=(1,047*2400*35 + 0,48*35*(-15))/(1,047*2400 + 0,48*35) =34,67 °С.
Согласно графикам набора прочности бетона при различной температуре на рисунке 1 [3], находим среднюю температуру твердения бетона t6.cp., равную 20°С, при которой в течении суток бетон конструкции приобретает 40% прочности от марочной.
По формуле 6 [3] определяем коэффициент теплоотдачи опалубки:
кДж/(м2*ч*0С)==2,5 Вт/(м2*С)
Определяем удельный тепловой поток через опалубку по формуле (7) [3]:
Вт/м2По графику рис.2 [3] определяем коэффициент теплопередачи конвекции при скорости ветра, равной 5м/с, ак=21,5 Вт/(м • °С). Коэффициент теплоотдачи излучения ал=0. По формуле (8) [3] находим заданную температуру на наружной стороне опалубки.
0СПо [3] формуле (10) определяем температуру нагрева опалубки:
0СПо [3] формуле (11) определяем количество тепла, идущее на нагрев опалубки:
Джгде Cj, Fj,бj, Yi - соответственно удельная теплоемкость, площадь, толщина, объемная масса материала опалубки. Значения 1 и 4 берутся из приложения 1 рисунок 1 [3]
Сфанера= 2,52 кДж/(кг • °С); бфанера= 0,004м; Yфанера=600 кг/м3.
Смв маты=1,26 кДж/(кг • °С); бмв маты=0,03м; Yмв маты=100 кг/м3.
Сметалл=0,48кДж/(кг • °С); бметалл=0,003м; Yметалл=7800 кг/м3.
По формуле (12) [3] находим температуру бетона с учетом потерь тепла, затраченных на нагрев арматуры и опалубки
Согласно расчёту по ТКП 45-5.03-21-2006 tбн=31оС.
Значение коэффициентов теплоотдачи опалубки уточняем по формуле (13) [3]:
кДж/(м2*ч*0С)==2,1 Вт/м2 0С
В связи с тем, что найденный коэффициент теплоотдачи опалубки отличается от ранее полученного, для принятой ранее конструкции опалубки рассчитываем требуемую толщину слоя теплоизоляции (минваты). Для этой цели определяем коэффициент теплопроводности материалов опалубки, нагретых до tpon =12,8°С:
Сталь:
=0,17•(l+0,0025•12,8)=0,175 Вт/(м°С).минвата:
=0,05•( l+0,0025•12,8)=0,052 Вт/(м°С).фанера:
=0,17•( l+0,0025•12,8)=0,175 Вт/(м°С).Находим толщину теплоизоляции по формуле (15) [3]:
где
из и - коэффициент теплопроводности соответственно теплоизоляции и составляющих материалов опалубки при ton, Вт/(м-°С) м =5 ммПо [3] формуле (16) уточняем удельный тепловой поток, теряемый бетоном через опалубку:
Вт/м2Окончательно определяем температуру наружной поверхности опалубки по формуле (17) [3]:
0СОпределяем температуру бетона к концу выдерживания по формуле (19)[3]:
0СПродолжительность остывания бетона окончательно проверяем по формуле (20) [3]:
ч==1,97сут.Согласно расчёту по ТКП 45-5.03-21-2006 2сут.
Продолжительность остывания конструкции составила 2 суток, что удовлетворяет условию задачи. В итоге расчета установлено, что конструкция опалубки должна состоять из стали толщиной 3 мм, минеральных матов толщиной 5 мм и фанеры толщиной 4 мм.
Вариант 2:
В случае если прогреть основание не представляется возможным необходимо увеличить начальную температуру до 46°С:
По формуле 5 [3] вычисляем температуру бетона с учетом нагрева арматуры
где С2 - удельная теплоемкость арматуры, кДж/(кг • °С); Р2 - расход арматуры, кг/м3. Значение С2 берется из приложения 1 табл.5 [3], С2=0,48 кДж/(кг • °С),
t'6n=(1,047*2400*46 + 0,48*35*(-15))/(1,047*2400 + 0,48*35) =45,6 °С.
Согласно графикам набора прочности бетона при различной температуре на рисунке 1 [3], находим среднюю температуру твердения бетона t6.cp., равную 20°С, при которой в течении суток бетон конструкции приобретает 40% прочности от марочной.
По формуле 6 [3] определяем коэффициент теплоотдачи опалубки:
Проверим условие выполнения этой формулы:
Следовательно, данный вариант не может быть проверен с помощью этого метода.
Вывод: Рассмотренные методы имеют свои преимущества и недостатки. Так, способ расчёта по ТКП позволяет учесть снижение температуры бетонной смеси при подаче, укладке и уплотнении в опалубке и выполнении финишных работ и вести расчёт в зависимости от возможности разогрева площадки или повышения температуры бетонной смеси. Однако проверочный расчёт по ТР 80-98 указал на существенный недостаток предыдущего: расчёт по ТКП не учитывает толщину теплоизоляционного слоя, так в первом варианте расчёта толщина слоя минватных матов оказалась завышена на 50мм, что учитывая даже малый фронт работ приведёт к большим убыткам.
В качестве решения данной проблемы предлагаю вести расчёт начальной температуры бетонной смеси по способу, описанному в ТКП, а толщину теплоизоляционного слоя проверять по способу предлагаемому в ТР 80-98. Это незначительно увеличит сроки разработки и денежные затраты на стадии разработки проектно-сметной документации, но позволит избежать неоправданных материальных затрат.
1 А. А. Кольгин, Ф. Г. Сулейманов. Лабораторный практикум по технологии бетонных и железобетонных изделий. М. : 1994
2 Технология монолитного и приобъектного бетонирования / О.Е. Пантюхов, Т.В. Яшина – Гомель :БелГУТ, 2009. – 98с.
3 Сергеева О.Г. «Производство работ в зимних условиях» Часть 1. Гомель: БелИИЖТ, 1981 – 35 с.
4 Бороздин И.Г. Технико- экономическое обоснование выбора монтажных кранов и приспособлений. - М.: Стройиздат, 1973.- 175 с.
5 СТБ 1182-99 «Бетоны. Правила подбора состава». Мн., 2000 г.
6 ЕНиР. Сборник Е4. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций. Вып. 1. Здания и промышленные сооружения / Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1987 – 64 с.
7 ТР 80-98 «Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса». М., 1998
8 ТР 95.14-01 «Технологический регламент возведения фундаментов»
9 ТТК 4.01.01.61 «Типовая технологическая карта на бетонные и железобетонные работы (монолитный бетон) устройство столбчатых монолитных железобетонных фундаментов объемом 5, 10, 25 м3 и более под стальные колонны одноэтажных промышленных зданий с использованием разборно-переставной мелкощитовой опалубки». М., 1989.
10 ТКП 45-5.03-21-2006 «Бетонные работы при отрицательных температурах воздуха. Правила производства».