Оценка технико-экономической эффективности комбинирования технологии зимнего бетонирования плиты перекрытия методом греющих проводов совместно с химическими добавками

---

А. С. Кривенцев, Р. В. Мотылев. Оценка технико-экономической эффективности комбинирования технологии зимнего бетонирования плиты перекрытия методом греющих проводов совместно с химическими добавками // Приволжский научный журнал, 2024, № 2 // УДК 624.05:693.5

Поскольку Российская Федерация занимает первое место по площади среди всех стран мира и внушительная ее часть находится в зонах с высокой отрицательной температурой, а строительство идет круглый год, важно создать условия схватывания бетонной смеси и набора прочности бетона независимо от климатических условий. Так как существует множество методов зимнего бетонирования, следует выбрать оптимальные методы для отдельного вида конструкций и изучить их возможное комбинирование. Объектом исследования являются технологии зимнего бетонирования с использованием греющих проводов и химических добавок.
Цель работы – оценка эффективности комбинирования методов зимнего бетонирования. В результате исследования были поставлены следующие задачи: расчет параметров греющих проводов и продолжительности изотермической выдержи, исследование влияния суперпластификатора Реламикс Т-2 на набор прочности бетона, сравнение сроков набора прочности бетона при комбинированном методе зимнего бетонирования и в нормальных условиях твердения. 

Во время проведения монолитных работ при отрицательных температурах может произойти замерзание бетонной смеси. На раннем этапе твердения это может привести к ряду отрицательных последствий: понижение заявленной прочности более чем на 50 %, негативное влияние на долговечность, замедление или остановка гидратации цемента, что может привести к невозможности твердения.

Зимним бетонированием монолитных конструкций считается бетонирование, осуществляемое при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже +5 ℃ и минимальной суточной температуре ниже 0 ℃.

В своих трудах [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14], авторы изучали и предлагали различные способы зимнего бетонирования, такие как: синэргобетонирование, предварительный электроразогрев бетонной смеси, химические добавки, метод термоса, греющие провода, электродный прогрев и другие. В рамках данного исследования на основании изученных технологий хотим предложить одно из возможных комбинирований – метод греющие провода совместно с химическими добавками.

Исходные данные для оценки эффективности

Плита перекрытия в средней общеобразовательной школе в городе Санкт- Петербурге, с размерами А×В×С (45 400 × 18 400 × 220 мм), объемом V =160,4 м3, площадью S = 729,03 м2.

Модуль поверхности охлаждения перекрытия Мп равен:

Бетон класса B25, расход цемента 400 кг/м3; опалубка – ламинированная фанера толщиной 20 мм. Открытая поверхность перекрытия утепляется минераловатными плитами толщиной 80 мм, термоактивными гибкими покрытиями (ТАГП).

Условия бетонирования, следующие:

– температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, +10 ℃;

–температура изотермического выдерживания бетона +45 ℃;

– температура наружного воздуха: днем –16 ℃, ночью –20 ℃;

– скорость ветра 3 м/с.

Способ прогрева – греющие провода ПНСВ.

Химические добавки – суперпластификатор Реламикс Т-2.

Поскольку открытая верхняя поверхность перекрытия надежно укрыта теплоизоляционным материалом, потери теплоты через нее не учитываются.

Расчет греющих проводов

Данный расчет произведен по формулам (2, 3, 4, 5) и номограммам рис. 1 и

рис. 3 согласно рекомендациям [13].

Рассчитываем коэффициент теплопередачи К опалубки по формуле (2)

где αλ = 2,8 Вт/(м2•°С) – коэффициент передачи теплоты от опалубки излучением; δi = 0,020 м – толщина ламинированной фанеры; λi = 0,4 Вт/(м2•°С) – коэффициент теплопроводности ламинированной фанеры; αк = 25,0 Вт/(м2•°С) – коэффициент передачи теплоты конвекцией при скорости ветра 3,0 м/с.

Определяем ∆T – разницу температур нагретого бетона (45 °С) и средней температуры наружного воздуха в течение суток (–18 °С)

По номограмме рис. 1 находим необходимую удельную мощность нагрева бетона Pуд.

Следует найти точку пересечения прямой ∆T = 63 °С с ординатой Мп = 5,0 м-1 модуля поверхности перекрытия, далее проводится горизонталь из этой точки до пересечения с прямой коэффициента теплопередачи, равной K= 2,24 Вт/(м2•°С).

Перпендикуляр из этой точки опускаем на прямую расхода цемента Ц = 400 кг/м3.

Проекция полученной точки на ординату удельной мощности нагрева показывает Pуд = 220 Вт/ м2.

Определяем шаг нагревательных проводов b по формуле (4)

где р = 34 Вт/м – удельная нагрузка на провод d = 1,1–1,4 из рекомендуемого интервала р = 30–35 Вт/м для армированных конструкций. Для удобства принимаем шаг 0,1 м.

Длина провода L (5), требуемого для укладки в нижнем уровне арматуры по схеме рис. 2б с шагом 100 мм, равна

Визуально проводим кривую, равную d = 1,2 мм, в промежутке между кривыми 1,1 и 1,4 мм диаметра провода d.

Проводим ординату из точки на абсциссе удельной нагрузки р = 34 Вт/м до точки пересечения с кривой. Из этой точки по горизонтали ищем точку пересечения с кривой d = 1,2 мм. Перпендикуляр из этой точки опускаем на кривые рабочего напряжения U, В. Подбор длины нагревателя происходит путем проецирования точек пересечения на ординату длины нагревателя. Ближайшее значение длины нагревателя составляет 22 м при рабочем напряжении U = 55В.

Следовательно, в перекрытие раскладывается 383 нагревателя длиной по 22 м каждый.

Удельный расход провода (на 1 м3 бетона) составит 8420/160,4 ≈ 52,5 м. Режим термообработки бетона определяется с учетом рекомендаций раздела

5.2 [13] и при условии, что прочность бетона составит не менее 70 % R28 для плиты перекрытия.

Продолжительность нагрева при скорости нагрева 4,0 °С/ч составляет не менее 9 часов, изотермическая выдержка при +45 °С по графику рис. 4 – 48 часов. Остывание до нуля при скорости остывания 2,0 °С/ч – не менее 22 часов.

Из графика видно, что достижение прочности до 70 % R28 при температуре +45 °С произойдет за двое суток (за 48 часов).

Влияние на набор прочности бетона суперпластификатора Реламикс Т–2.

Реламикс Т–2 является комплексной добавкой, относящейся к классу суперплафикаторов и ускорителей твердения, которая уплотняет структуру бетона и обеспечивает повышение его морозостойкости и водонепроницаемости.

При этом она не оказывает коррозионного воздействия на арматуру [12]. Применение данной добавки в количестве 1 % от массы цемента позволяет:

– сократить время на достижение распалубочной прочности;

– снизить расход цемента в равноподвижных смесях на 20 %;

– увеличить прочностные характеристики бетона на 25 %, которые представлены в табл. 1.

Введем добавку Реламикс Т–2 в количестве 1 % от массы цемента.

где Qц=400 – расход цемента, С – процент от массы цемента.

Из графика видно, что достижение прочности до 70 % R28 с добавкой Реламикс Т–2 произойдет за 2,6 суток (за 63 часа).

Сравнение сроков набора прочности бетона при комбинированном методе зимнего бетонирования и в нормальных условиях твердения

В нормальных условиях твердения бетонной смеси, без добавок и прогрева, бетон набирает прочность 70 % 28 за 7 суток, представленную в часах в табл. 2.

При комбинировании греющих проводов ПНСВ и суперпластификатора Реламикс Т–2 получен следующий график прочности бетона в зависимости от температуры и продолжительности выдерживания (рис. 6).

Вывод: комбинирование методов зимнего бетонирования с использованием греющих проводов и химических добавок позволяет набрать бетону распалубочную прочность 70 % R28 за 24 часа, что:

– на 144 часа быстрее, чем набор прочности 70 % R28 в нормальных условиях;

– на 24 часа быстрее, чем набор прочности 70 % R28 при прогреве только греющими проводами при температуре 45 °С;

– на 38,5 часов быстрее, чем набор прочности 70 % R28 с применением только суперпластификатора «Реламикс Т–2».

Данное комбинирование даст возможность сократить сроки проведения работ по бетонированию плитных конструкций с подобным модулем поверхности при отрицательных температурах, позволит сократить сроки строительства в целом – сдвинет сроки всех последующих работ в календарном графике, позволит сэкономить на аренде механизмов, применяемых при проведении монолитных работ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Арбеньев, А. С. От электротермоса к синэргобетонированию / А. С. Арбеньев ; Владимирский государственный технический университет. – Владимир : ВГТУ, 1996. – 272 с. : ил. – ISBN 5-89368-001-4. – Текст : непосредственный.
2. Арбеньев, А. С. Технология бетонирования с электроразогревом бетонной смеси / А. С. Арбеньев. – Москва : Стройиздат, 1975. – 107 с. – Текст : непосредственный.
3. Головнев, С. Г. Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов / С. Г. Головнев. – Челябинск : ЮУрГУ, 1999. – 156 с. – ISBN 5696011470. – Текст : непосредственный.
4. Головнев, С. Г. Производство бетонных работ в зимних условиях. Обеспечение качества и эффективность / С. Г. Головнев, Ю. М. Красный, Д. Ю. Красный. – Москва : Инфра-Инженерия, 2012. – 336 с. – ISBN 978-5-9729-0049-7. – Текст : непосредственный.
5. Дроздов, А. Д. Разогрев бетонной смеси в установке непрерывного действия / А. Д. Дроздов, Л. М. Колчеданцев. – Текст : непосредственный // Механизация и автоматизация технологических процессов на предприятиях стройиндустрии и строительных материалов : тезисы докладов, 21-22 сентября. – Челябинск : УДНТП. – 1987. – С. 55–57.
6. Дроздов, А. Д. Возведение монолитных конструкций с использованием установок форсированного непрерывного электроразогрева бетонной смеси / А. Д. Дроздов. – Текст : непосредственный // Пути повышения технического уровня строительства в Тюменской области : областная научно-практическая конференция, 29-30 мая 1987 г. : тезисы докладов / Тюменский инженерно-строительный институт. – Тюмень, 1987. – С. 127–128.
7. Кармаза, М. В. Технологии применения противоморозных добавок при зимнем бетонировании / М. В. Кармаза, Р. В. Мотылев. – Текст : непосредственный // Journal of Technical and Natural Sciences. – 2018. – № 9. – С. 8–14.
8. Технологические основы монолитного бетона. Зимнее бетонирование : монография / Л. М. Колчеданцев, А. П. Васин, И. Г. Осипенкова, О. Г. Ступакова / под редакцией Л. М. Колчеданцева. – Санкт-Петербург : Лань, 2016. – 280 с. – (Учебники для вузов. Специальная литература). – ISBN 978-5-8114-2182-4. – Текст : непосредственный.
9. Колчеданцев, Л. М. Бетонирование сборных и монолитных конструкций с термовиброобработкой смесей / Л. М. Колчеданцев. – Текст : непосредственный // Бетон и железобетон. – 1999. – № 1. – С. 9-10.
10. Колчеданцев, Л. М. Совершенствование методики расчета режима выдерживания бетона в зимнее время методом «термоса»/ Л. М. Колчеданцев, А. Д. Егозаров. – Текст : непосредственный // Вестник гражданских инженеров. – 2015. – № 4 (51). – С. 95–99.
11. Копылов, В. Д. Устройство монолитных конструкций при отрицательных температурах среды : монография / В. Д. Копылов. – Москва : АСВ, 2014. – 184 с. – (Технологии строительства). – ISBN 978-5-4323-0051-5. – Текст : непосредственный.
12. Круглый стол : товарные бетоны, составы, добавки функциональные — пластификаторы, способы получения, заводы, инновационные направления развития. – Текст : непосредственный // Технологии бетонов. – 2016. – № 11-12 (124-125). – С. 17–25.
13. МДС 12-48.2009. Рекомендации по электрообогреву монолитного бетона и железобетона нагревательными проводами / ЦНИИОМТП Госстроя СССР. – Москва, 1989. – 20 с. – Текст : непосредственный.
14. Хвостова, А. Г. Использование греющей опалубки при зимнем бетонировании строительных конструкций / А. Г. Хвостова, Р. В. Мотылев. – Текст : непосредственный // Наукоемкие технологии и инновации (XXV научные чтения) : Международная научно- практическая конференция, Белгород, 23 ноября 2023 г. : сборник докладов / Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова. – Белгород, 2023. – С. 233–237.