Определение расчетной температуры твердения бетона, расчет утепления конструкции

Пример 1. Необходимо определить расчетную температуру твердения бетона марки М300, приготовленного на гранитном щебне и портландцементе марки М400 с расходом 350 кг/м³, если средняя температура воздуха в текущей декаде по данным месячного прогноза ожидается минус 21 °С, а скорость ветра 4 м/с. В качестве противоморозной добавки выбран нитрит натрия. Конструкцию с модулем поверхности 6 м^-1 намечается возводить в опалубке типа 6 (по табл. 18), а температура бетонной смеси после уплотнения будет около 10 °С.

Согласно п. 1.5 критическая прочность для бетона марки М300 составляет 25 %. Тогда, подставляя известные из условия задачи величины в формулы (7) и (17) и принимая t _б.к = -15 °С согласно п. 6.6а, находим:

По имеющимся экспериментальным данным, по интенсивности твердения бетона на применяемом на объекте строительства цементе, приведенным на рис. 76, находим, что при средней температуре твердения минус 4 °С за 9,3 сут бетон приобретет прочность около 40 % марочной.

Рис. 76. Нарастание прочности бетона с добавкой НН при 10 °С (1), 5 °С (2), 0 °С (3), -5 °С (4), -10 °С (5) и -15 °С (6)

Тогда уточненное время остывания бетона составит

За 11,5 сут, как это следует из рис. 76, бетон приобретает не 40, а 45 % марочной прочности. Тогда уточненное еще раз время остывания бетона до -15 °С составит

Принимая R = 50 % из-за несоответствия полученной по предыдущему расчету прочности с опытными данными, находим:

Сопоставляя эти расчетные данные с экспериментальными (по рис. 76), находим, что за 12,9 сут твердения при температуре минус 4 °С бетон действительно набирает прочность в размере 50 % марочной.

Для установления времени набора бетоном критической (или иной) прочности при остывании его до более высоких температур выполняются расчеты времени охлаждения бетона до -10; -5; 0 и 5 °С, сопоставляя каждый раз расчетные данные с опытными. Находим:

при t _б.к = -10 °С,

t ^-10_б.ср = -1 °С

τ^-10₂₅ = 6,7 сут,

τ^-10₄₀ = 8,5 сут,

τ^-10₄₅ = 9 сут;

при t _б.к = -5 °С;

t ^-5_б.ср = 1,8 °С

t ^-5_б.ср = 4,9 сут,

τ^-5₂₅ = 6,3 сут,

τ^-5₄₀ = 6,7 сут;

при t _б.к = 0 °С,

t ⁰_б.ср = 4,6 °С

τ⁰₂₅ = 3,4 сут,

τ⁰₃₅ = 4,2 сут,

τ⁰₄₀ = 4,6 сут;

при t _б.к = 5 °С,

t ⁵_б.ср = 7,3 °С

τ⁵₂₅ = 2,3 сут,

τ⁵₃₀ = 2,6 сут,

τ⁵₃₅ = 2,9 сут.

Из результатов расчетов, приведенных на рис. 77, следует, что в данном случае за расчетную температуру твердения бетона может быть принята температура минус 5, 10 или минус 15 °С, поскольку бетон набирает критическую прочность при остывании примерно до -2,5 °С.

Рис. 77. Нарастание прочности (1) и изменение температуры (2) в процессе выдерживания бетона с добавкой НН

Какую из указанных температур принять за расчетную с введением в состав бетонной смеси добавки нитрита натрия соответственно в количестве 4 - 6, 6 - 8 или 8 - 10 % массы цемента в зависимости от его минералогического состава, необходимо решить применительно к конкретным условиям производства исходя из нарастания прочности бетона и удорожания его стоимости с увеличением количества вводимой добавки.

При расчетной температуре -5 °С до замерзания бетон наберет прочность порядка 43 % марочной. В дальнейшем она будет заметно увеличиваться при оттаивании бетона до температуры -5 °С и выше. При расчетной температуре -10 °С к моменту замерзания бетон приобретет около 45 % марочной прочности и будет твердеть при оттаивании до -10 °С и выше, а прочность бетона к моменту замерзания при расчетной температуре -15 °С составит порядка 50% марочной с последующим заметным ее приростом с повышением температуры выше расчетной.

Однако при расчетной температуре -5 °С расход добавки на 1 м³ бетона составит в среднем 7 кг при удорожании его стоимости за счет этого на 0,9 руб., в то время как при расчетной температуре -15 °С расход добавки и удорожание бетона составят уже соответственно 21 кг и 2,7 руб.

Распалубливание конструкции в данном случае может производиться через 1,5 сут независимо от количества вводимой добавки, так как ко времени набора бетоном критической прочности он охладится примерно до -2,5 °С. Однако в случае распалубливания конструкции по достижении бетоном критической прочности время его остывания до -10, -15 °С не будет соответствовать установленному ранее расчетами из-за изменения величины K. Для его определения необходимо выполнить расчеты, учитывающие изменение коэффициента теплопередачи, используя описанный метод расчета.

Пример 2. Необходимо определить расчетную температуру твердения бетона при возведении конструкции с модулем поверхности 10 м^-1 при остальных условиях, соответствующих указанным в примере 1 данного приложения.

Принимая t _б.к = -15 °С, находим:

Сопоставляя расчетные данные с экспериментальными (по рис. 76), находим, что за 6,6 сут твердения при температуре -6,6 °С бетон действительно набирает прочность в размере 25 % марочной.

Следовательно, в данном случае за расчетную температуру твердения бетона следует принять -15 °С, а в состав бетонной смеси ввести добавку нитрита натрия в количестве 8 - 10 % массы цемента в зависимости от минералогического состава последнего.

Уложенный бетон к моменту остывания до -15 °С (через 6,6 сут) приобретает критическую прочность и в последующем будет заметно увеличивать свою прочность при температуре -15 °С и выше.

Пример 3. Для условий, идентичных указанным в примере 1, необходимо определить расчетную температуру твердения бетона при возведении конструкции с модулем поверхности 14 м^-1.

Принимая t _б.к = -15 °С, находим:

По рис. 76 находим, что за 5,3 сут твердения при температуре -8,3 °С бетон приобретет прочность порядка 15 % марочной, т.е. меньше критической.

Чтобы получить критическую прочность бетона к моменту остывания его до -15 °С, конструкцию необходимо дополнительно утеплить, тем самым увеличить время остывания бетона до расчетной температуры -15 °С, чтобы к моменту остывания бетон успел набрать критическую прочность.

По рис. 76 находим, что при температуре твердения -8,3 °С бетон может приобрести критическую прочность (25 % марочной) за 8 сут. Чтобы время охлаждения до -15 °С составило 8 сут, бетон необходимо выдерживать в опалубке с

При необходимости получения критической прочности в более короткие сроки расчет следует производить при более высоких значениях температуры t _б.к и в соответствии с нею назначать количество добавки в бетон.

Например, если принять t _б.к. = -10 °С (с введением в бетон 6 - 8 % нитрита натрия от массы цемента в зависимости от его минералогического состава), то

По рис. 76 находим, что при температуре твердения -4,6 °С бетон может приобрести критическую прочность за 5,4 сут, а чтобы остывание бетона до -10 °С продолжалось в течение этого времени, бетон необходимо выдерживать в опалубке, имеющей

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Методика определения реакционной способности заполнителей

Заполнители, содержащие аморфный кремнезем (опал, халцедон, обсидиан и др.), при взаимодействии с щелочами, образующимися в жидкой фазе бетона с добавками поташа, нитрита натрия и хлористого натрия, могут привести к значительным внутренним напряжениям в бетоне, вплоть до его разрушения.

Существуют три метода определения реакционной способности заполнителя: петрографический, химический и метод измерения деформацией. Определения реакционной способности заполнителей по первым двум методам должны выполняться специализированными организациями и лабораториями по методикам, изложенным в ГОСТ 8735-75.

Определение реакционной способности заполнителей по методу, который является основным для окончательного заключения о реакционной способности горных пород и заполнителей для бетона, должна производить строительная лаборатория по приводимой ниже методике.

Испытанию методом измерения деформаций подвергаются горные породы и заполнители для бетона в том случае, если величина растворенного кремнезема, полученная химическим методом, превышает 50 моль/л.

Для этих определений навеску пробы песка берут с таким расчетом, чтобы после рассева на стандартных ситах получить не менее 0,2 кг каждой фракции. Из щебня (гравия) отбирают среднюю пробу в соответствии с табл. 78.

Таблица 78

Крупность щебня (гравия), мм	Масса пробы, кг, не менее	Крупность щебня (гравия), мм	Масса пробы, кг, не менее

Пробу измельчают до крупности не менее 5 мм и рассеивают на стандартных ситах. Из остатков берут по 200 г каждой фракции и смешивают в пробу для испытаний общей массой 1 кг.

При испытании песка подготовка пробы производится аналогичным способом, но без предварительного размельчения.

Испытание проводят на образцах цементного раствора состава 1:2 по массе при В / Ц = 0,5. В случае водоотделения допускается уменьшение значения водоцементного отношения до 0,47. При этом растекаемость раствора должна составлять 110 - 120 мм при испытании на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-76 после десяти встряхиваний.

Для приготовления образцов цементно-песчаного раствора используют портландцемент с содержанием щелочей в пересчете на Na₂O не менее 1,5 %. При меньшем содержании щелочей в цементе их количество увеличивают искусственно путем введения в воду затворения едкого натра (NaOH) с пересчетом его количества на Na₂O. Содержание C₃A в портландцементе не должно превышать 10 %.

Для каждого испытания изготовляют четыре образца с эффективной длиной (расстояние между торцовыми поверхностями упоров) от 220 до 250 мм. Перед укладкой раствора формы покрывают тонким слоем минерального масла. После смазки устанавливают упоры из нержавеющей стали так, чтобы предупредить попадание масла на поверхность упора, и закрепляют их стопорными винтами.

Для предупреждения вытекания раствора сопряжения поддона формы и боковых стенок должны быть покрыты смесью парафина и канифоли, взятых в массовом отношении 3:5, предварительно подогретых до температуры 110 - 120 °С.

Раствор перемешивают путем непрерывного растирания и перелопачивания смеси. Чаша при приготовлении раствора заполняется в следующем порядке: 210 см³ воды и 0,5 кг цемента перемешивают 30 с, добавляют половину заполнителя и перемешивают еще 30 с, затем добавляют вторую половину заполнителя и перемешивают 1,5 мин.

Сразу после перемешивания форму заполняют раствором за два приема, тщательно трамбуют в углах и вокруг упоров. Затем раствор уплотняют на встряхивающем столике путем 30-кратного встряхивания, поверхность образца выравнивают со стенками формы и форму помещают в камеру с относительной влажностью воздуха не менее 95 %.

Степень развития коррозионного взаимодействия оценивают по относительным линейным деформациям расширения образцов в процессе твердения во влажностных условиях при температуре 38 ± 1 °С.

Образцы в камере устанавливают в вертикальном положении над водой таким образом, чтобы вес образца не передавался на упор. За 2 - 4 ч перед очередным замером образцы извлекают из камеры и охлаждают до температуры 20 ± 2 °С.

Замер деформаций осуществляют на консольном приборе с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм.

При помощи эталона проверяют правильность установки индикатора и устанавливают начало отсчета. Образец на консольном приборе прокручивают вокруг продольной оси до тех пор, пока стрелка индикатора не примет фиксированного положения.

Величину относительного линейного расширения подсчитывают как среднее арифметическое по четырем образцам.

Если значение относительной деформации расширения превышает 0,1 % при испытании в течение 1 года, заполнитель следует считать реакционноспособным.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9