Один из параметров, который оказывает существенное влияние на результат постройки — это модуль поверхности бетонной конструкции. Если рассчитать эту величину и учесть при возведении сооружения, то результат проявится в виде крепости и долговечности конструкции.
Содержание
- 1 Что это такое
- 1.1 Определение
- 1.2 Примеры расчета
- 2 Что с этим делать
- 2.1 Скорость нагрева и охлаждения
- 2.2 Выбор способа поддержания температуры
- 2.3 Распалубка
- 3 Обработка зимнего бетона
- 4 Смежное понятие
- 5 Заключение
Что это такое
Основной сезон ведения строительных работ — лето. В этот период погодные условия в максимальной степени располагают к заготовке растворов, установке опор, и т.д. Но поставленной цели не всегда удается добиться в срок, поэтому процесс возведения сооружений может затянуться до поздней осени или даже зимы.
Из-за снижения температуры воздуха процессы работы с цементным раствором усложняются. Необходимо рассчитать время, за которое жидкость в смеси начнет замерзать, и создать условия, чтобы бетон оформился и приобрел крепость быстрее, чем вода в нем замерзнет. С этой целью была введена рассматриваемая величина.
Модуль поверхности бетона — это величина, выраженная через частное площади поверхности конструкции, имеющей контакт с воздухом, и объема смеси.
Определение
Площадь и объем смеси вычисляются с применением формул сферы:
- S = AB.
- S общ. = S1+S2+S3+S4+S5+S6.
- V = ABH.
Здесь приведены формулы для вычисления величин прямоугольного параллелепипеда, т.к. в большинстве случаев раствор закладывают в такую форму. Идеальный вариант с точки зрения времени остывания — сфера, но ее использование не оправдано другими обстоятельствами.
Единицы измерения, полученные в результате вычислений, представляют собой м-1 или 1/м. Происходит это по той причине, что площадь измеряется в м², а объем — в м³. Путем деления первого на второе получается, что единица измерения модуля поверхности бетона = м2/м3 = м2-3 = м-1 = 1/м.
В условиях реальности невозможно представить метр, выраженный в минус первой степени. Это значение изменяется в последующих вычислениях в более понятные единицы измерения согласно законами физики. Практического применения величина не имеет, но при ведении записей отчетов принято записывать все вычисления в полной форме.
Примеры расчета
Для лучшего понимания того, как работает формула модуля поверхности бетона, необходимо увидеть ее в действии. В качестве примера можно взять плитный фундамент с длиной 12 м, шириной 8 м и толщиной 20 см. Единицы измерения лучше сразу подогнать под один стандарт, превратив 20 см в 0,2 м.
Охлаждению подвержены в данной ситуации все поверхности фундамента кроме нижней, т.к. она соприкасается с основанием, обладающим достаточно высокой температурой для того, чтобы не брать эту сторону в расчет.
Вычисления бетонных элементов:
- Вычислить площадь каждой из сторон:
- 8х0,2х2 = 3,2;
- 12х0,2х2 = 4,8;
- 12х8 = 96;
- Найти сумму площадей: 96+3,2+4,8 = 104.
- Вычислить объем поверхности: 8х12х0,2 = 19,2.
- Вычислить значение модуля: 104/19,2 = 5,41(6).
Если речь идет о сложных элементах конструкции, то для вычисления значений их модулей существуют упрощенные формулы.
Некоторые из них представлены ниже:
- Прямоугольные блоки и колонны = 2/A + 2/B.
- Квадратные балки = 4/A.
- Куб = 6/A.
- Цилиндр = 2/R+2/H.
Что с этим делать
После того как необходимая величина вычислена, нужно правильно ее применить. От верного использования зависит, получится ли в результате строительства крепкое надежное здание.
Скорость нагрева и охлаждения
Чем меньше полученная величина, тем большим количеством трещин будет покрыт бетон, если вовремя не принять меры, которые заключаются в поддержании температуры на едином уровне и постепенном охлаждении.
Допустимая скорость охлаждения в зависимости от величины модуля:
- меньше 4 м-1 — до 5°C в час;
- от 5 до 10 м-1 — до 10°C в час;
- более 10 м-1 — до 15°C в час включительно.
Для реализации условий постепенного снижения температуры достаточно использовать тепловые пушки или греющие кабели, которые оснащены функцией постепенного снижения силы нагрева. Пушка подойдет для любых значений модуля.
Выбор способа поддержания температуры
Существует несколько способов обеспечения постепенного охлаждения без использования электрических приборов. Уровень их эффективности зависит от значения модуля поверхности.
Если значение модуля не поднялось выше 6, то в качестве меры хватит простой плотной теплоизоляции. Достаточное количество тепла будет выделяться изнутри, во время застывания смеси. Такое значение позволит сэкономить на электричестве и общем времени работы.
Если модуль равен 6 или превышает это значение, то помогут справиться с недостатком теплоты несколько вариантов событий:
- Разогревать раствор непосредственно перед укладкой в форму. Если смесь будет обладать высокой температурой, то получившийся бетон будет гораздо крепче, чем при стандартных условиях. Структура успеет устояться прежде, чем все остынет.
- Вводить в раствор помимо основных компонентов специальные катализаторы, которые ускоряют процесс затвердевания бетона. Использование дополнительных средств повысит крепость конструкции и количество тепла, выделяемого внутренними процессами.
- Другой вариант добавок, связанный со снижением уровня кристаллизации жидкости в застывающем растворе. Уровень теплоты не повышается, но бетон будет продолжать набирать крепость при температуре ниже 0°C.
Распалубка
Процесс снятия поддерживающих конструкций после приобретения бетоном начального уровня крепости в условиях низкой температуры отличается от стандартного. При снятии опалубки и теплоизоляции те поверхности, что были под прикрытием, сталкиваются с холодным воздухом, что может сказаться в дальнейшем на уровне их крепости.
Значение в данном случае имеет не только величина модуля, но и коэффициент армирования. Это значение определяет количество арматуры относительно массы бетона. Для определения достаточно сложить сечение каждого прута и разделить сумму на площадь верхней части бетонной плиты. Значение выражается в виде процентов.
Допустимы следующие перепады температур в разных условиях:
- Если модуль не превышает значения 5 м-1, коэффициент армирования меньше 1%, то снимать опалубку стоит лишь при разнице в температуре бетона и воздуха менее 20°C.
- При модуле меньше 5 м-1, но коэффициенте 1-3% допустимая разница повышается на 10°C.
- Если арматуры много, коэффициент выше 3%, то ощутимых повреждений не будет, при снятии опалубки с разницей температур воздуха и раствора в 40°C.
- При модуле поверхности выше 5 м-1 используются те же значения, но на 10°C выше:
- меньше 1% — 30°C;
- от 1% до 3% — 40°C;
- больше 3% — 50°C.
Обработка зимнего бетона
Работа с бетонной поверхностью, не достигшей полной крепости, в зимнее время имеет отличия от обработки летом или весной. Использование перфораторов и отбойных молотков в данной ситуации недопустимо, т.к. локальные воздействия вызовут трещины и нарушение структуры формирующегося бетона.
Создавать арки, выемки и подобные изменения формы следует заранее при помощи опалубки и дополнительных приспособлений. Тонкая обработка, создание мелких отверстий становится возможным при помощи алмазного бура, который не обеспечивает ударные действия.
Если есть необходимость в создании круглого отверстия, то в опалубку достаточно поместить пластиковую трубку, диаметр которой совпадает со значениями желаемой дыры.
Смежное понятие
Помимо уже введенных ранее понятий существует еще одна существенная величина, которая перекликается с модулем бетона, — модуль упругости (деформации). Установить значение можно путем проведения экспериментов с точными измерительными приборами.
Модуль может оказать влияние на крупные здания (с большим количеством этажей и малой площадью основания) и скорее играет ознакомительную роль, чем практическую. Величина упругости показывает, насколько сильно деформируется опора при воздействии на все здание механизмов или сильного ветра.
Заключение
При работе с бетоном в неподходящих условиях вводятся дополнительные величины, призванные учесть особенности новых факторов, оказывающих влияние на результат работы. Модуль поверхности бетона — одна из таких величин.
Что это за параметр — модуль поверхности? Нам предстоит познакомиться с новым для себя понятием и изучить способы расчета его значений для реальных конструкций. Кроме того, мы затронем основы зимнего бетонирования и влияние модуля поверхности на применяемые при этом методы проведения работ.
Тема статьи непосредственно связана с зимним бетонированием.
Что это такоеОпределение
Идеальное время для бетонных работ на открытом воздухе — теплый сезон. Увы, не всегда есть возможность дождаться весны: в ряде случаев монолитное строительство осуществляется и при отрицательных температурах.
Кроме того: в ряде регионов страны теплый сезон просто-напросто слишком короток.
В Якутске, например, среднемесячная температура выше нуля лишь пять месяцев в году.
При бетонировании в мороз основная проблема — дать бетону набрать прочность до начала кристаллизации воды в нем. Основные методы ее решения сводятся к теплоизоляции опалубки или подогреву уложенной смеси. При этом выбор конкретного решения определяется прежде всего тем, насколько быстро форма с бетоном будет остывать.
Скорость же, с которой определенная конструкция будет терять тепло, определяется отношением площади ее охлаждаемой поверхности к объему.
Практический вывод: медленнее всего будет остывать идеальный шар.
Модуль поверхности бетонной конструкции — это, собственно, и есть отношение ее охлаждаемой площади к внутреннему объему. Формула модуля поверхности бетона предельно проста: Мп = S/V, где Мп — модуль поверхности; S — площадь поверхности конструкции, контактирующая с холодным воздухом, грунтом или охлажденными ниже нуля прочими элементами конструкции; V — полный объем монолита.
Поскольку в числителе формулы значение указывается в квадратных метрах (м2), а в знаменателе — в кубических (м3), искомый параметр будет измеряться в странных единицах, описываемых как 1/м, или м^-1.
Важный момент: поскольку процесс набора бетоном прочности практически прекращается при охлаждении до 0 градусов (температуры кристаллизации воды), охлаждаемыми считаются лишь те части поверхности монолита, которые контактируют с более холодным воздухом, основанием или конструктивными элементами.
При укладке бетона на непромерзший грунт нижняя поверхность фундамента исключается из расчетов.
Примеры расчета
Давайте рассчитаем интересующий нас параметр для плитного фундамента размером 6х10 м и толщиной 0,25 м, укладываемого при отрицательной температуре окружающего воздуха на талый грунт.
На практике расчеты балок, цилиндров с переходами диаметров и прочих конструкций могут быть достаточно сложны и занимать значительное время. Как и все люди, строители склонны по возможности упрощать себе жизнь; для этой цели существует несколько упрощенных формул расчетов для основных конструктивных элементов.
| Конструктивный элемент | Формула расчета |
| Балки и колонны прямоугольного сечения со сторонами сечения, равными A и B | Мп = 2/А + 2/В. Длина балки или высота колонны не влияет на модуль поверхности и не учитывается в расчетах. |
| Балки и колонны квадратного сечения со стороной сечения, равной А | Мп = 4/А |
| Куб со стороной А | Мп = 6/А. В этом случае учитываются все поверхности куба; расчет актуален для случая, когда все они охлаждаются (куб стоит на мерзлом грунте и контактирует с холодным воздухом). |
| Отдельно стоящий на мерзлом грунте параллелепипед со сторонами А, В и С | Мп = 2/А + 2/В + 2/С |
| Параллелепипед со сторонами А, В и С, прилегающий одной из граней к теплому массиву | Мп = 2/А + 2/В + 1/С |
| Цилиндр с радиусом R и высотой С | Мп = 2/R + 2/С |
| Плита или стена толщиной А, охлаждаемая с обеих сторон | Мп = 2/А |
Наглядный пример: монолитная стена охлаждается с обеих сторон.
Что с этим делать
Итак, мы научились вычислять некий параметр, который влияет на скорость остывания массива на холоде. И как применить его в реальном строительстве?
Скорость нагрева и охлаждения
Поскольку обеспечить одновременный нагрев или охлаждение бетона по всему объему массива невозможно, любое изменение условий волей-неволей приведет к появлению дельты температур между ядром и поверхностью.
Внимание: эта дельта будет тем больше, чем более массивна конструкция.
То есть, проще говоря, чем меньше отношение ее площади к объему.
Увеличение перепада температур между ядром и поверхностью неизбежно приведет к росту внутренних напряжений в материале; поскольку речь идет о бетоне, не набравшем прочность, трещины не просто возможны — гарантированы.
Последствия быстрого охлаждения.
Выход? Он сводится к тому, чтобы максимально замедлить изменение температуры поверхности массива.
| Модуль поверхности | Скорость изменения температуры |
| Мп до 4 1/м | Не больше 5 градусов/час |
| Мп лежит в диапазоне 5 — 10 1/м | Не больше 10 градусов/час |
| Мп более 10 1/м | Не больше 15 градусов/час |
Стабильность температур при охлаждении обеспечивается, как правило, теплоизоляцией бетонного монолита; при нагреве — регулировкой мощности кабеля для бетона или тепловой пушки.
Выбор способа поддержания температуры
Это использование полученного значения модуля поверхности имеет прямое отношение к расчету скорости нагрева/охлаждения: на основе выполненного расчета выбирается способ стабилизации температуры до набора бетоном прочности.
Для модуля поверхности не выше 6 достаточно так называемого способа термоса. Форма просто-напросто качественно теплоизолируется, что существенно уменьшает теплоотдачу.
Кроме того: в процессе гидратации (химических реакций портландцемента с водой) выделяется довольно значительное количество тепла, которое способствует саморазогреву смеси.
Для Мп в диапазоне 6 — 10 1/м возможно несколько решений:
- Смесь разогревается перед укладкой в форму. В этом случае при должной теплоизоляции увеличивается период ее охлаждения до критической температуры (0 градусов); мало того — горячий бетон схватывается и набирает прочность гораздо быстрее.
Заливка горячим бетоном.
- В смесь вводятся добавки, ускоряющие ее затвердевание. Как вариант — применяются быстротвердеющие портландцементы высоких марок, которые, кроме ускоренного набора прочности, полезны тем, что в процессе гидратации выделяют больше тепла.
- Альтернативный подход сводится к понижению температуры кристаллизации воды в застывающей бетонной смеси. Благодаря соответствующим добавкам набор прочности продолжается при отрицательных температурах.
Полезно: стоит предостеречь от использования для этой цели солевых растворов.
Их цена действительно ниже специализированных синтетических добавок; однако она нивелируется высоким (от 5%) содержанием соли в воде для затворения.
При этом высокое содержание солей снижает итоговую прочность бетона и способствует ускоренной коррозии арматуры.
Наконец, для модуля поверхности свыше 10 единственное здравое решение — подогрев бетона греющим кабелем или тепловыми пушками до набора определенного процента проектной прочности. Значение минимальной прочности до заморозки зависит от класса бетона и области эксплуатации монолита; полная инструкция по подбору значений содержится в СНиП 3.03.01-87.
Конструкция подогревается до набора полной или частичной прочности.
| Конструкция, класс бетона | Минимальная прочность |
| Монолиты, предназначенные для эксплуатации внутри зданий; фундаменты под промышленное оборудование, не подвергающиеся ударным нагрузкам; подземные сооружения | 5 МПа |
| Монолитные конструкции из бетона В7,5 — В10, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 50% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В12,5 — В25, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 40% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В30 и выше, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 30% марочной |
| Преднапряженные конструкции (изготовленные на основе растянутого армирующего каркаса из упругих сталей) | 80% марочной |
| Конструкции, нагружаемые сразу после прогрева полной проектной нагрузкой | 100% марочной |
Распалубка
После набора минимально необходимой прочности и стабилизации температуры монолита снимается опалубка и убирается теплоизоляция. Поскольку это происходит при отрицательных температурах, дельта между поверхностью бетона и окружающим воздухом тоже важна и тоже привязана к модулю поверхности.
С момента распалубки начинается стремительное охлаждение монолита.
- При Мп, лежащем в диапазоне 2-5, и коэффициенте армирования (отношении общего сечения арматуры к сечению монолита) до 1% максимально допустимая дельта температур составляет 20 С.
- При коэффициенте армирования от 1 до 3 процентов максимальная дельта температур — 30 градусов.
- При коэффициенте армирования свыше 3% воздух может быть на 40 градусов холоднее бетона.
- При модуле поверхности свыше 5 1/м максимально допустимые перепады температур для разных коэффициентов армирования принимают значения 30, 40 и 50 градусов соответственно.
Обработка зимнего бетона
Если после набора полной прочности зимний бетон и монолиты из неподготовленного бетона нормальной влажности обрабатываются вполне традиционно, то перфорация и устройство проемов в монолите до набора им прочности имеет свою специфику.
Проще говоря, не набравший марочную прочность и замерзший бетон не стоит дробить отбойным молотком и перфоратором. В этом случае возможно появление трещин.
До набора полной прочности бетон легко трескается.
Оптимальный способ устройства проемов — формирование опалубки для них еще на стадии заливки монолита. Среди прочего, в этом случае возможна полноценная анкеровка краев арматуры по краям проема. Там, где это невозможно и проем придется вырезать по месту, применяется рифленая арматура: рифление на ее поверхности само по себе служит анкером для прутка.
Полезно: для устройства отверстия (например, продуха или ввода коммуникаций в ленточном фундаменте) при его заливке своими руками достаточно заложить в опалубку асбестоцементную или пластиковую трубу соответствующего диаметра.
На фото — простейший способ устройства продухов.
Для собственно обработки там, где без нее не обойтись, предпочтителен алмазный инструмент. Алмазное бурение отверстий в бетоне не требует использования ударного режима; как следствие — меньше вероятность трещин и сколов. Резка железобетона алмазными кругами оставляет края реза идеально ровными и, что очень удобно, не требует смены режущего круга при резке армирования.
Смежное понятие
Несложная ассоциативная цепочка заставит нас затронуть еще одно понятие, относящееся к бетонным конструкциям. Это так называемый модуль Юнга для бетона (он же — модуль упругости или модуль деформации).
Наглядное представление смысла термина.
Значение модуля определяется экспериментально, по результатам испытания образца, измеряется в паскалях (чаще, с учетом высоких значений, в мегапаскалях) и обозначается символом Е. Честно говоря, этот параметр интересен лишь специалистам и при малоэтажном строительстве не учитывается.
Упрощенно говоря, этот параметр описывает способность материала кратковременно деформироваться при значительных нагрузках без необратимых нарушений внутренней структуры. Еще проще? Пожалуйста: чем выше модуль упругости, тем меньше вероятность, что при ударе кувалдой от фундамента отколется кусок бетона.
После такого определения логично предположить, что модуль упругости (или деформации) связан с прочностью на сжатие и, соответственно, маркой (классом) материала.
Действительно, зависимости практически линейная.
- Для тяжелого бетона естественного твердения класса В10 модуль деформации равен 18 МПа.
- Классу В15 соответствует значение в 23 МПа.
- В20 — 27 МПа.
- Модуль деформации бетона В25 равен 30 МПа.
- Класс В40 — 36 МПа.
Полная таблица значений для разных видов бетона.
Заключение
Надеемся, что не утомили читателя обилием скучных определений и сухих цифр. Как обычно, дополнительную тематическую информацию можно найти в приложенном видео в этой статье. Успехов!
Модуль поверхности бетона: определение, примеры расчета.
10-03-2017
Строительство
Что это за параметр — модуль поверхности? Нам предстоит познакомиться с новым для себя понятием и изучить методы расчета его значений для настоящих конструкций. Помимо этого, мы затронем базы зимнего бетонирования и влияние модуля поверхности на используемые наряду с этим способы проведения работ.
Что это такое
Определение
Совершенное время для цементных работ на открытом воздухе — теплый сезон. Увы, не всегда имеется возможность дождаться весны: во многих случаях монолитное строительство осуществляется и при отрицательных температурах.
Помимо этого: в ряде регионов страны теплый сезон просто-напросто через чур мал. В Якутске, к примеру, среднемесячная температура выше нуля только пять месяцев в году.
При бетонировании в холод главная неприятность — разрешить бетону набрать прочность до начала кристаллизации воды в нем. Главные способы ее решения сводятся к теплоизоляции опалубки либо подогреву уложенной смеси. Наряду с этим выбор конкретного решения определяется в первую очередь тем, как быстро форма с бетоном будет остывать.
Скорость же, с которой определенная конструкция будет терять тепло, определяется отношением площади ее охлаждаемой поверхности к объему.
Модуль поверхности цементной конструкции — это, фактически, и имеется отношение ее охлаждаемой площади к внутреннему объему. Формула модуля поверхности бетона предельно несложна: Мп = S/V, где Мп — модуль поверхности; S — площадь поверхности конструкции, контактирующая с холодным воздухом, грунтом либо охлажденными ниже нуля другими элементами конструкции; V — полный количество монолита.
Потому, что в числителе формулы значение указывается в квадратных метрах (м2), а в знаменателе — в кубических (м3), искомый параметр будет измеряться в необычных единицах, обрисовываемых как 1/м, либо м^-1.
Принципиальный момент: потому, что процесс комплекта бетоном прочности фактически заканчивается при охлаждении до 0 градусов (температуры кристаллизации воды), охлаждаемыми считаются только те части поверхности монолита, каковые контактируют с более холодным воздухом, основанием либо конструктивными элементами.
Примеры расчета
Давайте вычислим интересующий нас параметр для плитного фундамента размером 6х10 м и толщиной 0,25 м, укладываемого при отрицательной температуре окружающего воздуха на талый грунт.
- Разумеется, что охлаждаться будут все поверхности плиты, не считая нижней: она так как контактирует с грунтом, имеющим температуру выше нуля. Складываем их площади: (6 х 0,25) х 2 + (10 х 0,25) х 2 + 6 х 10 = 3 + 5 + 60 = 68 м2.
- Рассчитываем количество плиты. Он равен, как мы не забываем из школьного курса геометрии, произведению сторон прямоугольного параллелепипеда: 10 х 6 х 0,25 = 15 м3.
- Вычисляем модуль поверхности: 68 м2 / 15 м3 = 4,5(3) 1/м.
На практике расчеты балок, цилиндров с переходами прочих конструкций и диаметров смогут быть достаточно сложны и занимать большое время. Как и все люди, строители склонны по возможности упрощать себе жизнь; для данной цели существует пара упрощенных формул расчетов для главных конструктивных элементов.
| Конструктивный элемент | колонны расчета |
| и Формула Балки прямоугольного сечения со сторонами сечения, равными A и B | Мп = 2/А + 2/В. Протяженность балки либо высота колонны не воздействует на модуль поверхности и не учитывается в расчетах. |
| колонны и Балки квадратного сечения со стороной сечения, равной А | Мп = 4/А |
| Куб со стороной А | Мп = 6/А. В этом случае учитываются все поверхности куба; расчет актуален для случая, в то время, когда все они охлаждаются (куб стоит на мерзлом грунте и контактирует с холодным воздухом). |
| Раздельно стоящий на мерзлом грунте параллелепипед со сторонами А, В и С | Мп = 2/А + 2/В + 2/С |
| Параллелепипед со сторонами А, В и С, прилегающий одной из граней к теплому массиву | Мп = 2/А + 2/В + 1/С |
| Цилиндр с радиусом R и высотой С | Мп = 2/R + 2/С |
| Плита либо стенки толщиной А, охлаждаемая с обеих сторон | Мп = 2/А |
Что с этим делать
Итак, мы обучились вычислять некоторый параметр, который воздействует на скорость остывания массива на холоде. И как применить его в настоящем постройке?
охлаждения и Скорость нагрева
Потому, что обеспечить одновременный нагрев либо охлаждение бетона по всему объему массива нереально, любое изменение условий волей-неволей приведет к появлению дельты температур между поверхностью и ядром.
Внимание: эта дельта будет тем больше, чем более массивна конструкция. Другими словами, несложнее говоря, чем меньше отношение ее площади к объему.
Повышение перепада температур между поверхностью и ядром неизбежно приведет к росту внутренних напряжений в материале; потому, что речь заходит о бетоне, не собравшем прочность, трещины не просто вероятны — гарантированы.
Выход? Он сводится к тому, дабы максимально замедлить изменение температуры поверхности массива.
| Модуль поверхности | Скорость трансформации температуры |
| Мп до 4 1/м | Не больше 5 градусов/час |
| Мп лежит в диапазоне 5 — 10 1/м | Не больше 10 градусов/час |
| Мп более 10 1/м | Не больше 15 градусов/час |
Стабильность температур при охлаждении обеспечивается, в большинстве случаев, теплоизоляцией цементного монолита; при нагреве — регулировкой мощности кабеля для бетона либо тепловой пушки.
Выбор метода поддержания температуры
Это применение взятого значения модуля поверхности имеет прямое отношение к расчету скорости нагрева/охлаждения: на базе выполненного расчета выбирается метод стабилизации температуры до комплекта бетоном прочности.
Для модуля поверхности не выше 6 достаточно так именуемого метода термоса. Форма просто-напросто как следует теплоизолируется, что значительно уменьшает теплоотдачу.
Помимо этого: в ходе гидратации (химических реакций портландцемента с водой) выделяется достаточно большое количество тепла, которое содействует саморазогреву смеси.
Для Мп в диапазоне 6 — 10 1/м вероятно пара решений:
- Смесь разогревается перед укладкой в форму. В этом случае при должной теплоизоляции возрастает период ее охлаждения до критической температуры (0 градусов); кроме того — тёплый бетон схватывается и набирает прочность значительно стремительнее.
- В смесь вводятся добавки, ускоряющие ее затвердевание. Как вариант — используются быстротвердеющие портландцементы высоких марок, каковые, не считая ускоренного комплекта прочности, нужны тем, что в ходе гидратации выделяют больше тепла.
- Другой подход сводится к понижению температуры кристаллизации воды в застывающей цементной смеси. Благодаря соответствующим добавкам комплект прочности длится при отрицательных температурах.
Полезно: стоит предостеречь от применения для данной цели солевых растворов. Их цена вправду ниже специальных синтетических добавок; но она нивелируется высоким (от 5%) содержанием соли в воде для затворения. Наряду с этим высокое содержание солей снижает итоговую прочность бетона и содействует ускоренной коррозии арматуры.
Наконец, для модуля поверхности более чем 10 единственное здравое решение — подогрев бетона греющим кабелем либо тепловыми пушками до комплекта определенного процента проектной прочности. Значение минимальной прочности до заморозки зависит от области эксплуатации и класса бетона монолита; полная инструкция по подбору значений содержится в СНиП 3.03.01-87.
| Конструкция, класс бетона | Минимальная прочность |
| Монолиты, предназначенные для эксплуатации в зданий; фундаменты под промышленное оборудование, не подвергающиеся ударным нагрузкам; подземные сооружения | 5 МПа |
| Монолитные конструкции из бетона В7,5 — В10, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 50% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В12,5 — В25, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 40% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В30 и выше, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 30% марочной |
| Преднапряженные конструкции (изготовленные на базе растянутого армирующего каркаса из упругих сталей) | 80% марочной |
| Конструкции, нагружаемые сразу после прогрева полной проектной нагрузкой | 100% марочной |
Распалубка
По окончании комплекта минимально стабилизации температуры и необходимой прочности монолита снимается опалубка и убирается теплоизоляция. Потому, что это происходит при отрицательных температурах, дельта между поверхностью бетона и окружающим воздухом также ответственна и также привязана к модулю поверхности.
- При Мп, лежащем в диапазоне 2-5, и коэффициенте армирования (отношении неспециализированного сечения арматуры к сечению монолита) до 1% максимально допустимая дельта температур образовывает 20 С.
- При коэффициенте армирования от 1 до 3 процентов большая дельта температур — 30 градусов.
- При коэффициенте армирования более чем 3% воздушное пространство возможно на 40 градусов холоднее бетона.
- При модуле поверхности более чем 5 1/м максимально допустимые перепады температур для различных коэффициентов армирования принимают значения 30, 40 и 50 градусов соответственно.
Обработка зимнего бетона
В случае если по окончании комплекта полной прочности монолиты и зимний бетон из неподготовленного бетона обычной влажности обрабатываются в полной мере традиционно, то устройство и перфорация проемов в монолите до комплекта им прочности имеет свою специфику.
Несложнее говоря, не собравший марочную прочность и замерзший бетон не следует дробить перфоратором и отбойным молотком. В этом случае вероятно появление трещин.
Оптимальный метод устройства проемов — формирование опалубки для них еще на стадии заливки монолита. Среди другого, в этом случае вероятна полноценная анкеровка краев арматуры по краям проема. Там, где это нереально и проем нужно будет вырезать по месту, используется рифленая арматура: рифление на ее поверхности само по себе является анкером для прутка.
Полезно: для устройства отверстия (к примеру, продуха либо ввода коммуникаций в ленточном фундаменте) при его заливке своими руками достаточно заложить в опалубку асбестоцементную либо пластиковую трубу соответствующего диаметра.
Для фактически обработки там, где без нее не обойтись, предпочтителен алмазный инструмент. Алмазное бурение отверстий в бетоне не требует применения ударного режима; как следствие — меньше возможность сколов и трещин. Резка железобетона алмазными кругами оставляет края реза идеально ровными и, что весьма комфортно, не требует смены режущего круга при резке армирования.
Смежное понятие
Несложная ассоциативная цепочка вынудит нас затронуть еще одно понятие, относящееся к цементным конструкциям. Это так называемый модуль Юнга для бетона (он же — модуль упругости либо модуль деформации).
Значение модуля определяется экспериментально, по итогам опробования примера, измеряется в паскалях (чаще, с учетом высоких значений, в мегапаскалях) и обозначается знаком Е. Честно говоря, данный параметр занимателен только экспертам и при малоэтажном постройке не учитывается.
Упрощенно говоря, данный параметр обрисовывает свойство материала краткосрочно деформироваться при больших нагрузках без необратимых нарушений внутренней структуры. Еще легче? Пожалуйста: чем выше модуль упругости, тем меньше возможность, что при ударе кувалдой от фундамента отколется кусок бетона.
По окончании для того чтобы определения логично высказать предположение, что модуль упругости (либо деформации) связан с прочностью на сжатие и маркой (классом) материала.
Вправду, зависимости фактически линейная.
- Для тяжелого бетона естественного твердения класса В10 модуль деформации равен 18 МПа.
- Классу В15 соответствует значение в 23 МПа.
- В20 — 27 МПа.
- Модуль деформации бетона В25 равен 30 МПа.
- Класс В40 — 36 МПа.
Заключение
Сохраняем надежду, что не утомили читателя обилием неинтересных сухих цифр и определений. Как в большинстве случаев, дополнительную тематическую данные возможно отыскать в приложенном видео в данной статье. Удач!
Что это за параметр — модуль поверхности? Нам предстоит познакомиться с новым для себя понятием и изучить способы расчета его значений для реальных конструкций. Кроме того, мы затронем основы зимнего бетонирования и влияние модуля поверхности на применяемые при этом методы проведения работ.
Тема статьи непосредственно связана с зимним бетонированием.
Что это такое
Определение
Идеальное время для бетонных работ на открытом воздухе — теплый сезон. Увы, не всегда есть возможность дождаться весны: в ряде случаев монолитное строительство осуществляется и при отрицательных температурах.
Кроме того: в ряде регионов страны теплый сезон просто-напросто слишком короток. В Якутске, например, среднемесячная температура выше нуля лишь пять месяцев в году.
При бетонировании в мороз основная проблема — дать бетону набрать прочность до начала кристаллизации воды в нем. Основные методы ее решения сводятся к теплоизоляции опалубки или подогреву уложенной смеси. При этом выбор конкретного решения определяется прежде всего тем, насколько быстро форма с бетоном будет остывать.
Скорость же, с которой определенная конструкция будет терять тепло, определяется отношением площади ее охлаждаемой поверхности к объему.
Практический вывод: медленнее всего будет остывать идеальный шар.
Модуль поверхности бетонной конструкции — это, собственно, и есть отношение ее охлаждаемой площади к внутреннему объему. Формула модуля поверхности бетона предельно проста: Мп = S/V, где Мп — модуль поверхности; S — площадь поверхности конструкции, контактирующая с холодным воздухом, грунтом или охлажденными ниже нуля прочими элементами конструкции; V — полный объем монолита.
Поскольку в числителе формулы значение указывается в квадратных метрах (м2), а в знаменателе — в кубических (м3), искомый параметр будет измеряться в странных единицах, описываемых как 1/м, или м^-1.
Важный момент: поскольку процесс набора бетоном прочности практически прекращается при охлаждении до 0 градусов (температуры кристаллизации воды), охлаждаемыми считаются лишь те части поверхности монолита, которые контактируют с более холодным воздухом, основанием или конструктивными элементами.
При укладке бетона на непромерзший грунт нижняя поверхность фундамента исключается из расчетов.
Примеры расчета
Давайте рассчитаем интересующий нас параметр для плитного фундамента размером 6х10 м и толщиной 0,25 м, укладываемого при отрицательной температуре окружающего воздуха на талый грунт.
- Очевидно, что охлаждаться будут все поверхности плиты, кроме нижней: она ведь контактирует с грунтом, имеющим температуру выше нуля. Складываем их площади: (6 х 0,25) х 2 + (10 х 0,25) х 2 + 6 х 10 = 3 + 5 + 60 = 68 м2.
- Рассчитываем объем плиты. Он равен, как мы помним из школьного курса геометрии, произведению сторон прямоугольного параллелепипеда: 10 х 6 х 0,25 = 15 м3.
- Вычисляем модуль поверхности: 68 м2 / 15 м3 = 4,5(3) 1/м.
На практике расчеты балок, цилиндров с переходами диаметров и прочих конструкций могут быть достаточно сложны и занимать значительное время. Как и все люди, строители склонны по возможности упрощать себе жизнь; для этой цели существует несколько упрощенных формул расчетов для основных конструктивных элементов.
| Конструктивный элемент | Формула расчета |
| Балки и колонны прямоугольного сечения со сторонами сечения, равными A и B | Мп = 2/А + 2/В. Длина балки или высота колонны не влияет на модуль поверхности и не учитывается в расчетах. |
| Балки и колонны квадратного сечения со стороной сечения, равной А | Мп = 4/А |
| Куб со стороной А | Мп = 6/А. В этом случае учитываются все поверхности куба; расчет актуален для случая, когда все они охлаждаются (куб стоит на мерзлом грунте и контактирует с холодным воздухом). |
| Отдельно стоящий на мерзлом грунте параллелепипед со сторонами А, В и С | Мп = 2/А + 2/В + 2/С |
| Параллелепипед со сторонами А, В и С, прилегающий одной из граней к теплому массиву | Мп = 2/А + 2/В + 1/С |
| Цилиндр с радиусом R и высотой С | Мп = 2/R + 2/С |
| Плита или стена толщиной А, охлаждаемая с обеих сторон | Мп = 2/А |
Наглядный пример: монолитная стена охлаждается с обеих сторон.
Как обеспечить требования к качеству бетонной поверхности
О смазке
При возведении монолитных бетонных конструкций качество бетонных поверхностей обеспечивают непосредственно в процессе бетонирования без применения специальных методов отделки. Исключение составляет только один способ отделки – железнение горизонтальных поверхностей, применяемый для поверхностей, которые должны отвечать требованиям низкой истираемости и высокой плотности. Этот метод подробно описан в статье «Цементное железнение».
Железнение бетонной отмостки
Для обеспечения качества поверхностей бетонируемых конструкций без применения специальных методов отделки необходимо:
- исключить прилипание бетона к палубе опалубки;
- выполнить требование по размеру пор и раковин и их количеству на поверхности бетонной монолитной конструкции.
Справиться с этой задачей помогают специальные смазки для опалубки. Качественная смазка обеспечивает хорошее сцепление (адгезию) к палубе опалубки и одновременно плохое сцепление к поверхности бетона. Выбор смазки зависит от:
- материала опалубки;
- расположения опалубки – горизонтального или вертикального;
- способа нанесения смазки на опалубку;
- от вида пластификаторов в бетонной смеси.
Основная задача смазки – снизить усилия, необходимые для отрыва опалубки от бетона при распалубке конструкции. Раньше для этих целей применяли глиняные, известково-глиняные, меловые, тальковые составы. Однако их использование не исключало коррозию металлической опалубки, образование на бетонной поверхности жирных или ржавых пятен, не сокращало количество и размер воздушных пор. Кроме того опалубочные формы зарастали цементным камнем.
Позже стали использовать смазки на основе нефтепродуктов, в т.ч. на основе солярки и смазочных масел. Эти смазки были уже лучше, но при этом на бетоне от защемляемого воздуха образовывалось большое количество пор, появлялись темные масляные пятна, а в процессе эксплуатации здания в этом месте происходило отслоение и отшелушивание отделочного слоя. Поэтому стали использовать смазки на основе машинного, тормозного, веретенного масел в сочетании с солидолом, парафином, петролатумом.
Помимо использования смазки для опалубки хорошее качество бетонной поверхности обеспечивается вытеснением воздуха из опалубки в процессе подачи и уплотнения бетонной смеси. При бетонировании необходимо максимально исключить защемление воздуха на поверхности опалубки. Для этого важно соблюдать режим уплотнения и грамотно использовать пластифицирующие добавки.
Об уплотнении подвижных бетонных смесей
Подвижные и высокоподвижные бетонные смеси имеют в своем составе большое количество цементного клея и раствора, поэтому они быстро разжижаются и уплотняются. Уплотнение смесей марки П, П2, П3 производят вибрированием. Смеси марки от П4 и выше – самовыравнивающиеся, так как они растекаются и уплотняются под собственным весом, поэтому их только разравнивают и заглаживают.
Не допускаются участки неуплотненного бетона
В общем случае чем подвижнее бетонная смесь, тем больше вероятность её расслоения. С увеличением подвижности смеси вязкость входящего в её состав раствора падает и смесь хуже удерживает крупный заполнитель во взвешенном состоянии.
При бетонировании монолитных конструкций высокоподвижными и литыми смесями опалубку заполняют или с одного конца, или с середины. При таком заполнении происходит максимальное вытеснение воздуха из опалубки. При других схемах заполнения опалубки воздух может оставаться (защемляться) как внутри смеси, так и на опалубке.
Продолжительность вибрации подвижных бетонных смесей составляет:
- для смеси марки П1 – 25-35 с;
- марки П2 – 18-25 с;
- марки П3 – 10-20 с;
- марки П4 – 7 с;
- марки П5 – не более 5 с.
Что с этим делать
Итак, мы научились вычислять некий параметр, который влияет на скорость остывания массива на холоде. И как применить его в реальном строительстве?
Скорость нагрева и охлаждения
Поскольку обеспечить одновременный нагрев или охлаждение бетона по всему объему массива невозможно, любое изменение условий волей-неволей приведет к появлению дельты температур между ядром и поверхностью.
Внимание: эта дельта будет тем больше, чем более массивна конструкция. То есть, проще говоря, чем меньше отношение ее площади к объему.
Увеличение перепада температур между ядром и поверхностью неизбежно приведет к росту внутренних напряжений в материале; поскольку речь идет о бетоне, не набравшем прочность, трещины не просто возможны — гарантированы.
Последствия быстрого охлаждения.
Выход? Он сводится к тому, чтобы максимально замедлить изменение температуры поверхности массива.
| Модуль поверхности | Скорость изменения температуры |
| Мп до 4 1/м | Не больше 5 градусов/час |
| Мп лежит в диапазоне 5 — 10 1/м | Не больше 10 градусов/час |
| Мп более 10 1/м | Не больше 15 градусов/час |
Стабильность температур при охлаждении обеспечивается, как правило, теплоизоляцией бетонного монолита; при нагреве — регулировкой мощности кабеля для бетона или тепловой пушки.
Выбор способа поддержания температуры
Это использование полученного значения модуля поверхности имеет прямое отношение к расчету скорости нагрева/охлаждения: на основе выполненного расчета выбирается способ стабилизации температуры до набора бетоном прочности.
Для модуля поверхности не выше 6 достаточно так называемого способа термоса. Форма просто-напросто качественно теплоизолируется, что существенно уменьшает теплоотдачу.
Кроме того: в процессе гидратации (химических реакций портландцемента с водой) выделяется довольно значительное количество тепла, которое способствует саморазогреву смеси.
Для Мп в диапазоне 6 — 10 1/м возможно несколько решений:
- Смесь разогревается перед укладкой в форму. В этом случае при должной теплоизоляции увеличивается период ее охлаждения до критической температуры (0 градусов); мало того — горячий бетон схватывается и набирает прочность гораздо быстрее.
Заливка горячим бетоном.
- В смесь вводятся добавки, ускоряющие ее затвердевание. Как вариант — применяются быстротвердеющие портландцементы высоких марок, которые, кроме ускоренного набора прочности, полезны тем, что в процессе гидратации выделяют больше тепла.
- Альтернативный подход сводится к понижению температуры кристаллизации воды в застывающей бетонной смеси. Благодаря соответствующим добавкам набор прочности продолжается при отрицательных температурах.
Полезно: стоит предостеречь от использования для этой цели солевых растворов. Их цена действительно ниже специализированных синтетических добавок; однако она нивелируется высоким (от 5%) содержанием соли в воде для затворения. При этом высокое содержание солей снижает итоговую прочность бетона и способствует ускоренной коррозии арматуры.
Наконец, для модуля поверхности свыше 10 единственное здравое решение — подогрев бетона греющим кабелем или тепловыми пушками до набора определенного процента проектной прочности. Значение минимальной прочности до заморозки зависит от класса бетона и области эксплуатации монолита; полная инструкция по подбору значений содержится в СНиП 3.03.01-87.
Конструкция подогревается до набора полной или частичной прочности.
| Конструкция, класс бетона | Минимальная прочность |
| Монолиты, предназначенные для эксплуатации внутри зданий; фундаменты под промышленное оборудование, не подвергающиеся ударным нагрузкам; подземные сооружения | 5 МПа |
| Монолитные конструкции из бетона В7,5 — В10, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 50% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В12,5 — В25, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 40% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В30 и выше, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 30% марочной |
| Преднапряженные конструкции (изготовленные на основе растянутого армирующего каркаса из упругих сталей) | 80% марочной |
| Конструкции, нагружаемые сразу после прогрева полной проектной нагрузкой | 100% марочной |
Распалубка
После набора минимально необходимой прочности и стабилизации температуры монолита снимается опалубка и убирается теплоизоляция. Поскольку это происходит при отрицательных температурах, дельта между поверхностью бетона и окружающим воздухом тоже важна и тоже привязана к модулю поверхности.
С момента распалубки начинается стремительное охлаждение монолита.
- При Мп, лежащем в диапазоне 2-5, и коэффициенте армирования (отношении общего сечения арматуры к сечению монолита) до 1% максимально допустимая дельта температур составляет 20 С.
- При коэффициенте армирования от 1 до 3 процентов максимальная дельта температур — 30 градусов.
- При коэффициенте армирования свыше 3% воздух может быть на 40 градусов холоднее бетона.
- При модуле поверхности свыше 5 1/м максимально допустимые перепады температур для разных коэффициентов армирования принимают значения 30, 40 и 50 градусов соответственно.
Важность правильного определения
В бетонных и железобетонных конструкциях выделяют основные виды повреждений поверхности:
- трещины;
- коррозия элементов;
- увеличенные поры или каверны в бетоне;
- деформации, обусловленные температурными изменениями при усадке температурных швов;
- повреждения в виде вздутий и трещин в каркасе или на ограждающих конструкциях.
При неправильном расчете модуля будет увеличиваться перепад температур между слоями и температурой воздуха, что гарантировано создаст внутренние напряжения изделий. А так как бетон при укладке только начинает набирать прочность, то на нем при таких условиях появляются множественные трещины и дефекты. Главный фактор, определяющий качество — гладкая поверхность бетона. Самое важное при бетонировании — обеспечить стройматериалу набор прочности в первые дни после его укладки (особенно если местность открытая) путем обеспечения внутри конструкции постоянных значений выше 0 градусов.
Обработка зимнего бетона
Если после набора полной прочности зимний бетон и монолиты из неподготовленного бетона нормальной влажности обрабатываются вполне традиционно, то перфорация и устройство проемов в монолите до набора им прочности имеет свою специфику.
Проще говоря, не набравший марочную прочность и замерзший бетон не стоит дробить отбойным молотком и перфоратором. В этом случае возможно появление трещин.
До набора полной прочности бетон легко трескается.
Оптимальный способ устройства проемов — формирование опалубки для них еще на стадии заливки монолита. Среди прочего, в этом случае возможна полноценная анкеровка краев арматуры по краям проема. Там, где это невозможно и проем придется вырезать по месту, применяется рифленая арматура: рифление на ее поверхности само по себе служит анкером для прутка.
Полезно: для устройства отверстия (например, продуха или ввода коммуникаций в ленточном фундаменте) при его заливке своими руками достаточно заложить в опалубку асбестоцементную или пластиковую трубу соответствующего диаметра.
На фото — простейший способ устройства продухов.
Для собственно обработки там, где без нее не обойтись, предпочтителен алмазный инструмент. Алмазное бурение отверстий в бетоне не требует использования ударного режима; как следствие — меньше вероятность трещин и сколов. Резка железобетона алмазными кругами оставляет края реза идеально ровными и, что очень удобно, не требует смены режущего круга при резке армирования.
Устранение дефектов
Если на поверхности имеются большие дефекты, то заливают часть конструкции заново. При этом дефектный участок зачищают до нормального бетона, после чего выполняют ремонт. Чаще для этих работ используют смеси, изготовленные на основе высокопрочных цементов или быстротвердеющие цементы, полимеррастворы и фибробетон.
Самое главное в этом процессе добиться прочного сцепления основания с заливаемым слоем, поэтому применяют специальные технологии, позволяющие усилить эту связь. Часто для этого заливают рубашки или наносят ремонтный слой толщиной >10 см.
Бетонируемый участок должен хорошо заглубляться, чтобы он был необходимой толщины. Хорошего результата позволяет добиться армирование с помощью стальной сетки. Её крепят к старому бетону дюбелями или другими способами. При этом предварительно основание очищают и промывают. Необходимо хорошо обнажить заполнитель, чтобы получилась шероховатая поверхность.
Подготавливают бетон к ремонту следующими способами:
- Механический – в работе используют промышленные перфораторы, отбойники, дробеструйное и пескоструйное оборудование, шлифовальную технику и фрезы. Его не рекомендуют в тех случаях, когда не должно быть пыли.
- Термический – применяют кислородные или пропановые горелки. Нагревают поверхность до 90 С. Он хорош при поверхностных дефектах (до 5 мм), когда на материале есть резина, масло и другие органические материалы. После такой обработки используют гидравлическую или механическую обработку;
- Химический – используют специальные составы. К нему прибегают в том случае, если невозможна обработка механическим способом. После использования химикатов поверхность тщательно промывают водой;
- Гидравлический — используют технику повышенного давления (12-18 МПа и 60-120 МПа). Его нельзя применять только в том случае, если нельзя повышать влажность воздуха.
Если на ЖБИ имеются участки дефектного бетон, то их вырубают так, чтобы в результате получилась шероховатая и рельефная поверхность, без пыли, крошек бетона и других факторов загрязнения. Проржавевшую арматуру вырезают и вяжут новую армирующую сетку. Иногда необходимо использовать комплексный подход.
Смежное понятие
Несложная ассоциативная цепочка заставит нас затронуть еще одно понятие, относящееся к бетонным конструкциям. Это так называемый модуль Юнга для бетона (он же — модуль упругости или модуль деформации).
Наглядное представление смысла термина.
Значение модуля определяется экспериментально, по результатам испытания образца, измеряется в паскалях (чаще, с учетом высоких значений, в мегапаскалях) и обозначается символом Е. Честно говоря, этот параметр интересен лишь специалистам и при малоэтажном строительстве не учитывается.
Упрощенно говоря, этот параметр описывает способность материала кратковременно деформироваться при значительных нагрузках без необратимых нарушений внутренней структуры. Еще проще? Пожалуйста: чем выше модуль упругости, тем меньше вероятность, что при ударе кувалдой от фундамента отколется кусок бетона.
После такого определения логично предположить, что модуль упругости (или деформации) связан с прочностью на сжатие и, соответственно, маркой (классом) материала.
Действительно, зависимости практически линейная.
- Для тяжелого бетона естественного твердения класса В10 модуль деформации равен 18 МПа.
- Классу В15 соответствует значение в 23 МПа.
- В20 — 27 МПа.
- Модуль деформации бетона В25 равен 30 МПа.
- Класс В40 — 36 МПа.
Полная таблица значений для разных видов бетона.
Что это такое
Определение
Совершенное время для цементных работ на открытом воздухе — теплый сезон. Увы, не всегда имеется возможность дождаться весны: во многих случаях монолитное строительство осуществляется и при отрицательных температурах.
Помимо этого: в ряде регионов страны теплый сезон просто-напросто через чур мал. В Якутске, к примеру, среднемесячная температура выше нуля только пять месяцев в году.
При бетонировании в холод главная неприятность — разрешить бетону набрать прочность до начала кристаллизации воды в нем. Главные способы ее решения сводятся к теплоизоляции опалубки либо подогреву уложенной смеси. Наряду с этим выбор конкретного решения определяется в первую очередь тем, как быстро форма с бетоном будет остывать.
Скорость же, с которой определенная конструкция будет терять тепло, определяется отношением площади ее охлаждаемой поверхности к объему.
Модуль поверхности цементной конструкции — это, фактически, и имеется отношение ее охлаждаемой площади к внутреннему объему. Формула модуля поверхности бетона предельно несложна: Мп = S/V, где Мп — модуль поверхности; S — площадь поверхности конструкции, контактирующая с холодным воздухом, грунтом либо охлажденными ниже нуля другими элементами конструкции; V — полный количество монолита.
Потому, что в числителе формулы значение указывается в квадратных метрах (м2), а в знаменателе — в кубических (м3), искомый параметр будет измеряться в необычных единицах, обрисовываемых как 1/м, либо м^-1.
Принципиальный момент: потому, что процесс комплекта бетоном прочности фактически заканчивается при охлаждении до 0 градусов (температуры кристаллизации воды), охлаждаемыми считаются только те части поверхности монолита, каковые контактируют с более холодным воздухом, основанием либо конструктивными элементами.
Примеры расчета
Давайте вычислим интересующий нас параметр для плитного фундамента размером 6х10 м и толщиной 0,25 м, укладываемого при отрицательной температуре окружающего воздуха на талый грунт.
- Разумеется, что охлаждаться будут все поверхности плиты, не считая нижней: она так как контактирует с грунтом, имеющим температуру выше нуля. Складываем их площади: (6 х 0,25) х 2 + (10 х 0,25) х 2 + 6 х 10 = 3 + 5 + 60 = 68 м2.
- Рассчитываем количество плиты. Он равен, как мы не забываем из школьного курса геометрии, произведению сторон прямоугольного параллелепипеда: 10 х 6 х 0,25 = 15 м3.
- Вычисляем модуль поверхности: 68 м2 / 15 м3 = 4,5(3) 1/м.
На практике расчеты балок, цилиндров с переходами прочих конструкций и диаметров смогут быть достаточно сложны и занимать большое время. Как и все люди, строители склонны по возможности упрощать себе жизнь; для данной цели существует пара упрощенных формул расчетов для главных конструктивных элементов.
| Конструктивный элемент | колонны расчета |
| и Формула Балки прямоугольного сечения со сторонами сечения, равными A и B | Мп = 2/А + 2/В. Протяженность балки либо высота колонны не воздействует на модуль поверхности и не учитывается в расчетах. |
| колонны и Балки квадратного сечения со стороной сечения, равной А | Мп = 4/А |
| Куб со стороной А | Мп = 6/А. В этом случае учитываются все поверхности куба; расчет актуален для случая, в то время, когда все они охлаждаются (куб стоит на мерзлом грунте и контактирует с холодным воздухом). |
| Раздельно стоящий на мерзлом грунте параллелепипед со сторонами А, В и С | Мп = 2/А + 2/В + 2/С |
| Параллелепипед со сторонами А, В и С, прилегающий одной из граней к теплому массиву | Мп = 2/А + 2/В + 1/С |
| Цилиндр с радиусом R и высотой С | Мп = 2/R + 2/С |
| Плита либо стенки толщиной А, охлаждаемая с обеих сторон | Мп = 2/А |
Электропрогрев бетона в конструкциях
Электропрогрев бетона и железобетонных конструкций основан на преобразовании электрической энергии в тепловую при прохождении тока через бетон, обладающий электрическим сопротивлением. Способ рекомендуется при бетонировании конструкций с модулем поверхности охлаждения 8—20. В конструкциях с модулем поверхности менее 6 его применять не следует.
Электропрогрев — очень распространенный способ выдерживания бетона. Он предназначается, как правило, для тех ситуаций, когда способ термоса по каким-либо причинам непригоден.
На производстве часто применяют комбинации этих способов—кратковременный электропрогрев в сочетании со способом термоса.
В целях ускорения оборачиваемости опалубки такое выдерживание рекомендуют для осенне-весеннего периода, характеризующегося пониженной температурой наружного воздуха.
Подведение электрического тока к конструкции осуществляют с помощью стальных электродов, которые классифицируются по расположению: внутренние (стержневые и струнные) и поверхностные (пластинчатые, полосовые, наивные, плавающие и располагающиеся на нагревательных панелях). Электроды наиболее выгодно располагать на поверхности прогреваемой конструкции, так как в этом случае их можно использовать многократно и таким образом уменьшить расход металла.
Что с этим делать
Итак, мы обучились вычислять некоторый параметр, который воздействует на скорость остывания массива на холоде. И как применить его в настоящем постройке?
охлаждения и Скорость нагрева
Потому, что обеспечить одновременный нагрев либо охлаждение бетона по всему объему массива нереально, любое изменение условий волей-неволей приведет к появлению дельты температур между поверхностью и ядром.
Внимание: эта дельта будет тем больше, чем более массивна конструкция. Другими словами, несложнее говоря, чем меньше отношение ее площади к объему.
Повышение перепада температур между поверхностью и ядром неизбежно приведет к росту внутренних напряжений в материале; потому, что речь заходит о бетоне, не собравшем прочность, трещины не просто вероятны — гарантированы.
Выход? Он сводится к тому, дабы максимально замедлить изменение температуры поверхности массива.
| Модуль поверхности | Скорость трансформации температуры |
| Мп до 4 1/м | Не больше 5 градусов/час |
| Мп лежит в диапазоне 5 — 10 1/м | Не больше 10 градусов/час |
| Мп более 10 1/м | Не больше 15 градусов/час |
Стабильность температур при охлаждении обеспечивается, в большинстве случаев, теплоизоляцией цементного монолита; при нагреве — регулировкой мощности кабеля для бетона либо тепловой пушки.
Выбор метода поддержания температуры
Это применение взятого значения модуля поверхности имеет прямое отношение к расчету скорости нагрева/охлаждения: на базе выполненного расчета выбирается метод стабилизации температуры до комплекта бетоном прочности.
Для модуля поверхности не выше 6 достаточно так именуемого метода термоса. Форма просто-напросто как следует теплоизолируется, что значительно уменьшает теплоотдачу.
Помимо этого: в ходе гидратации (химических реакций портландцемента с водой) выделяется достаточно большое количество тепла, которое содействует саморазогреву смеси.
Для Мп в диапазоне 6 — 10 1/м вероятно пара решений:
- Смесь разогревается перед укладкой в форму. В этом случае при должной теплоизоляции возрастает период ее охлаждения до критической температуры (0 градусов); кроме того — тёплый бетон схватывается и набирает прочность значительно стремительнее.
- В смесь вводятся добавки, ускоряющие ее затвердевание. Как вариант — используются быстротвердеющие портландцементы высоких марок, каковые, не считая ускоренного комплекта прочности, нужны тем, что в ходе гидратации выделяют больше тепла.
- Другой подход сводится к понижению температуры кристаллизации воды в застывающей цементной смеси. Благодаря соответствующим добавкам комплект прочности длится при отрицательных температурах.
Полезно: стоит предостеречь от применения для данной цели солевых растворов. Их цена вправду ниже специальных синтетических добавок; но она нивелируется высоким (от 5%) содержанием соли в воде для затворения. Наряду с этим высокое содержание солей снижает итоговую прочность бетона и содействует ускоренной коррозии арматуры.
Наконец, для модуля поверхности более чем 10 единственное здравое решение — подогрев бетона греющим кабелем либо тепловыми пушками до комплекта определенного процента проектной прочности. Значение минимальной прочности до заморозки зависит от области эксплуатации и класса бетона монолита; полная инструкция по подбору значений содержится в СНиП 3.03.01-87.
| Конструкция, класс бетона | Минимальная прочность |
| Монолиты, предназначенные для эксплуатации в зданий; фундаменты под промышленное оборудование, не подвергающиеся ударным нагрузкам; подземные сооружения | 5 МПа |
| Монолитные конструкции из бетона В7,5 — В10, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 50% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В12,5 — В25, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 40% марочной |
| Монолитные конструкции из бетона В30 и выше, эксплуатирующиеся на открытом воздухе | 30% марочной |
| Преднапряженные конструкции (изготовленные на базе растянутого армирующего каркаса из упругих сталей) | 80% марочной |
| Конструкции, нагружаемые сразу после прогрева полной проектной нагрузкой | 100% марочной |
Распалубка
По окончании комплекта минимально стабилизации температуры и необходимой прочности монолита снимается опалубка и убирается теплоизоляция. Потому, что это происходит при отрицательных температурах, дельта между поверхностью бетона и окружающим воздухом также ответственна и также привязана к модулю поверхности.
- При Мп, лежащем в диапазоне 2-5, и коэффициенте армирования (отношении неспециализированного сечения арматуры к сечению монолита) до 1% максимально допустимая дельта температур образовывает 20 С.
- При коэффициенте армирования от 1 до 3 процентов большая дельта температур — 30 градусов.
- При коэффициенте армирования более чем 3% воздушное пространство возможно на 40 градусов холоднее бетона.
- При модуле поверхности более чем 5 1/м максимально допустимые перепады температур для различных коэффициентов армирования принимают значения 30, 40 и 50 градусов соответственно.
Примеры расчета
В качестве примера можно вычислить модуль поверхности из плиточного фундамента. Его габариты 6х10 м, а толщина составляет 0,25 м. Монолит укладывают в мороз на оттаявшую почву.
Не охлаждается только плита внизу. Она соприкасается с почвой обладающей плюсовой температурой. Необходимо сложить площади: (0,25х6)х2+(0,25х10)х2+6х10=68 м2.
Далее потребуется рассчитать объем плиты. Стоит вспомнить школьную геометрию. Объем элемента монолита будет равен произведению сторон параллелепипеда: 10х6х0,25=15 м3.
Остается вычислить модуль поверхности: 68 м2/15 м3= 4,5 (3) 1м.
В действительности расчеты являются достаточно сложными. Они отнимают много времени. Для упрощения задачи строители применяют формулы. Каждый элемент конструкции вычисляется отдельно.
Обработка зимнего бетона
В случае если по окончании комплекта полной прочности монолиты и зимний бетон из неподготовленного бетона обычной влажности обрабатываются в полной мере традиционно, то устройство и перфорация проемов в монолите до комплекта им прочности имеет свою специфику.
Несложнее говоря, не собравший марочную прочность и замерзший бетон не следует дробить перфоратором и отбойным молотком. В этом случае вероятно появление трещин.
Оптимальный метод устройства проемов — формирование опалубки для них еще на стадии заливки монолита. Среди другого, в этом случае вероятна полноценная анкеровка краев арматуры по краям проема. Там, где это нереально и проем нужно будет вырезать по месту, используется рифленая арматура: рифление на ее поверхности само по себе является анкером для прутка.
Полезно: для устройства отверстия (к примеру, продуха либо ввода коммуникаций в ленточном фундаменте) при его заливке своими руками достаточно заложить в опалубку асбестоцементную либо пластиковую трубу соответствующего диаметра.
Для фактически обработки там, где без нее не обойтись, предпочтителен алмазный инструмент. Алмазное бурение отверстий в бетоне не требует применения ударного режима; как следствие — меньше возможность сколов и трещин. Резка железобетона алмазными кругами оставляет края реза идеально ровными и, что весьма комфортно, не требует смены режущего круга при резке армирования.
Смежное понятие
Несложная ассоциативная цепочка вынудит нас затронуть еще одно понятие, относящееся к цементным конструкциям. Это так называемый модуль Юнга для бетона (он же — модуль упругости либо модуль деформации).
Значение модуля определяется экспериментально, по итогам опробования примера, измеряется в паскалях (чаще, с учетом высоких значений, в мегапаскалях) и обозначается знаком Е. Честно говоря, данный параметр занимателен только экспертам и при малоэтажном постройке не учитывается.
Упрощенно говоря, данный параметр обрисовывает свойство материала краткосрочно деформироваться при больших нагрузках без необратимых нарушений внутренней структуры. Еще легче? Пожалуйста: чем выше модуль упругости, тем меньше возможность, что при ударе кувалдой от фундамента отколется кусок бетона.
По окончании для того чтобы определения логично высказать предположение, что модуль упругости (либо деформации) связан с прочностью на сжатие и маркой (классом) материала.
Вправду, зависимости фактически линейная.
- Для тяжелого бетона естественного твердения класса В10 модуль деформации равен 18 МПа.
- Классу В15 соответствует значение в 23 МПа.
- В20 — 27 МПа.
- Модуль деформации бетона В25 равен 30 МПа.
- Класс В40 — 36 МПа.
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )