Метод термоса

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Метод термоса — один из основных безобогревных способов выдерживания бетона в зимних условиях, сущность которого заключается в использовании тепла, внесённого в бетонную смесь при её приготовлении (или дополнительном разогреве), и тепла экзотермической реакции твердения цемента для обеспечения твердения бетона и достижения им критической или заданной прочности к моменту замерзания[1]. Технология относится к наиболее экономичным и технологически простым методам зимнего бетонирования[2].

Физическая сущность и теоретические основы

Физическая основа метода заключается в аккумулировании начальной тепловой энергии, полученной смесью в процессе приготовления (подогрев воды и заполнителей), и её сохранении с помощью утепленной опалубки и защитных покрытий. Благоприятные условия твердения создаются путем аккумуляции тепла в объеме бетона и поддержания за этот счет положительной температуры в течение времени, достаточного для набора прочности[1].

Дополнительным и весьма существенным источником тепла служит экзотермическая реакция гидратации цемента. Интенсивность и продолжительность тепловыделения зависят от минералогического состава клинкера (содержания алита C3S и алюминатов C3A), тонкости помола цемента и, что важно, от температуры окружающей среды. Чем выше температура твердения, тем быстрее и полнее идет процесс гидратации и тепловыделения[3]. Задача технологии — организовать процесс таким образом, чтобы к моменту остывания бетона до 0 °C он набрал прочность, достаточную для безопасного замерзания (критическую прочность). Общий запас тепла в бетоне должен быть не меньше его потерь при остывании конструкции[4].

Технология производства работ

Реализация метода термоса требует строгого выполнения ряда технологических операций[5]:

1. Приготовление смеси: Исходная бетонная смесь должна иметь температуру на выходе из бетоносмесителя, как правило, +25…+45 °C. Нагреву подвергают в первую очередь воду затворения и заполнители; цемент нагревать не допускается во избежание потери активности («варки» цемента).

2. Транспортирование: При доставке к месту укладки принимают меры для минимизации теплопотерь: утепляют кузова автобетоносмесителей и бадьи. Согласно данным С.А. Миронова, снижение температуры в автосамосвалах может составлять 0,003–0,005 °C/мин на каждый градус перепада с наружным воздухом[3].

3. Подготовка основания и укладка: Поверхность очищают от снега и льда и, при необходимости, прогревают. Укладку ведут непрерывно и высокими темпами, чтобы каждый последующий слой перекрывал предыдущий до его остывания[5].

4. Теплоизоляция: Сразу после уплотнения бетон укрывают теплоизоляционными материалами (матами, опилками, пенополистиролом). Обязательно утепление углов, торцов и выступающих частей конструкций, так как через них происходят наибольшие теплопотери[2][3].

Область применения и ограничения

Ключевым параметром, определяющим применимость метода, является модуль поверхности конструкции (Мп). Эффективность термосного выдерживания базируется на теории регулярного теплового режима; чем меньше модуль поверхности, тем медленнее остывает конструкция и тем успешнее метод[6].

  • Для массивных конструкций (Мп ≤ 3-5 м⁻¹): Метод «чистого термоса» наиболее эффективен и применим при температурах до -20...-25 °C (с использованием быстротвердеющих цементов)[1].
  • Для среднемассивных конструкций (Мп = 6-12 м⁻¹): Применяют комбинированные варианты: «термос с добавками» (введение противоморозных добавок) или «термос с прогревом» (кратковременный прогрев наиболее охлаждаемых зон)[7][3].
  • Для тонкостенных конструкций (Мп > 12 м⁻¹): Применение метода в чистом виде малоэффективно из-за быстрого остывания бетона[2].

Достоинства и недостатки

  • Достоинства: Простота, экономичность, отсутствие потребности в сложном оборудовании и больших мощностях электроэнергии. Обеспечивает наиболее благоприятный режим твердения для массивных конструкций[4].
  • Недостатки: Значительные теплопотери при транспортировании; длительное время набора прочности (что может замедлять темпы строительства); ограниченная применимость для тонкостенных конструкций; зависимость результата от точности теплотехнического расчёта и качества работ[2].

Теплотехнический расчёт

Целью расчёта является определение возможности получения бетоном требуемой прочности за время его остывания до 0 °C. Расчёт ведётся с использованием уравнения теплового баланса. Наибольшее распространение получила формула Б.Г. Скрамтаева, уточненная С.А. Мироновым[4][3]:

[math]\displaystyle{ \tau = \frac{C_6 \cdot \gamma_6 \cdot (t_{6,\text{н}} - t_{6,\text{к}}) + q_3 \cdot \text{Ц}}{3,6 \cdot K_t \cdot M_n \cdot (t_{6,\text{ср}} - t_{\text{н.в}})} , \text{ч} }[/math]

где [math]\displaystyle{ \tau }[/math] — продолжительность остывания, ч; [math]\displaystyle{ C_6 }[/math] — удельная теплоёмкость бетона, кДж/(кг·°С); [math]\displaystyle{ \gamma_6 }[/math] — плотность бетона, кг/м³; [math]\displaystyle{ t_{6,\text{н}} }[/math] и [math]\displaystyle{ t_{6,\text{к}} }[/math] — начальная и конечная (обычно 0 °C) температура бетона; [math]\displaystyle{ q_3 }[/math] — тепловыделение 1 кг цемента за время остывания, кДж/кг; Ц — расход цемента, кг/м³; [math]\displaystyle{ K_t }[/math] — коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/(м²·°С); [math]\displaystyle{ M_n }[/math] — модуль поверхности, м⁻¹; [math]\displaystyle{ t_{6,\text{ср}} }[/math] — средняя температура бетона за период остывания; [math]\displaystyle{ t_{\text{н.в}} }[/math] — температура наружного воздуха.

Определяющими параметрами для расчёта являются: критическая прочность бетона (Rб,кр, %), температура наружного воздуха (tн.в), скорость ветра (Vв), начальная температура бетона (tб.н), средняя температура бетона за период твердения (tср) и модуль поверхности (Mп)[1]. Согласно теореме Кондратьева, темп остывания конструкции прямо пропорционален отношению площади поверхности к её объёму, что и объясняет ключевую роль модуля поверхности в этих расчётах[6].

При неудовлетворительных результатах расчёта корректируют состав смеси (применяют более активный цемент), увеличивают начальную температуру бетона, усиливают теплоизоляцию опалубки либо переходят к комбинированным технологиям.

Нормативные документы

  • СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
  • ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»
  • ГОСТ Р 58879-2020 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности при бетонировании конструкций в зимнее время»

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Батяновский Э.И., Голубев Н.М., Бабицкий В.В., Марковский М.Ф. Технология и методы зимнего монолитного и приобъектного бетонирования. — М.: Издательство АСВ, 2009. — 232 с.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Рязанова, Г. Н. Анализ существующих методов возведения конструкций из монолитного бетона и железобетона в зимних условиях / Г. Н. Рязанова, Д. М. Попова // Градостроительство и архитектура. – 2018. – Т. 8, № 1(30). – С. 16-23.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Гныря А.И., Коробков С.В. Технология бетонных работ в зимних условиях: учеб. пособие. — Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2011. — 412 с.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Садович, М. А. Методы зимнего бетонирования в условиях Севера: учеб. пособие / М. А. Садович. — Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. — 104 с.
  5. ↑ 5,0 5,1 Головнев, С.Г. Технология бетонных работ в зимнее время: Текст лекций. — Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004. — 70 с.
  6. ↑ 6,0 6,1 Пикус, Г.А. Расчет параметров зимнего бетонирования: учебное пособие. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2020. — 40 с.
  7. ↑ Хубаев, А. О. Системный анализ методов зимнего бетонирования при возведении монолитных жилых зданий и сооружений / А. О. Хубаев, Р. А. Байчоров, А. А. Урусов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2020. – № 7. – С. 309-314.


Литература

  • Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Батяновский Э.И., Голубев Н.М., Бабицкий В.В., Марковский М.Ф. Технология и методы зимнего монолитного и приобъектного бетонирования. АСВ, 2009. 232 с. ISBN 978-5-93093-620-9
  • Гныря А.И., Коробков С.В. Технология бетонных работ в зимних условиях. Издательство ТГАСУ, 2011. 412 с. ISBN 978-5-93057-400-5
  • Головнев С.Г. Технология бетонных работ в зимнее время: Текст лекций. ЮУрГУ, 2004. 70 с.
  • Копылов В.Д. Устройство монолитных бетонных конструкций при отрицательных температурах среды. Изд-во АСВ, 2014. 184 с. ISBN 978-5-4323-0028-7
  • Красновский Б.М. Выполнение бетонных работ. Зимнее бетонирование. Ч.1. Юрайт, 2020. 286 с. ISBN 978-5-534-10341-0
  • Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. Стройиздат, 1975. 700 с.
  • Пикус Г.А. Расчет параметров зимнего бетонирования: учебное пособие. ЮУрГУ, 2020. 40 с.
  • Садович М.А. Методы зимнего бетонирования в условиях Севера: учеб. пособие. БрГУ, 2005. 104 с.
Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Метод_термоса&oldid=2435»