Термоактивные опалубки в монолитном домостроении

21.07.2010

Интенсификация технологии монолитного домостроения прежде всего базируется на рациональном использовании ускоренных методов твердения бетонов [1]. Это относится не только к условиям производства работ при пониженных и отрицательных температурах, но и при нормальных условиях атмосферного воздействия, когда скорость набора прочности бетоном существенно отстает от возрастания технологических нагрузок.
Отсутствие или нерациональное использование технологий ускоренного твердения, особенно в период отрицательных температур, приводит к деструктивным процессам, снижающим прочностные показатели бетонов, несмотря на применение пластифицирующих и противоморозных добавок, а также методов теплового воздействия в виде оставляемых греющих проводов или камерного прогрева теплогенераторами при возведении конструкций в неутепляемых опалубках.
Поэтому учет этих факторов осуществляется путем более мощного и необоснованного расчетами армирования конструкций, а также технологическими приемами, основанными на перераспределении нагрузок по высоте здания, изменения расчетной схемы за счет использования распределительных стоек и других приемов.
Механизм набора прочности бетонов как сложных многофазных систем включает подсистемы тепломассопереноса, структурообразования и напряженно-деформированного состояния.
Учет фазовых превращений и уровень влияния окружающей среды свидетельствует о необходимости создания управляемых режимов теплового воздействия с низкими градиентами температурных полей, снижающими интенсивную миграцию жидкой фазы, которая способствует деструктивным процессам в бетоне конструкций [2].
Аналитические исследования теплового воздействия и оценка температурных полей с использованием численных методов решения уравнения теплопроводности проведены для различных моделей, отражающих характер теплопередачи при различных начальных и краевых условиях, а также реальных условий производства работ [3]. В основе исследований принято уравнение теплопроводности




Наиболее распространенным и ответственным конструктивным элементом является монолитное плоское перекрытие. В рассматриваемой модели перекрытие принимается в виде неограниченной пластины толщиной R, к нижней поверхности которой подводится тепловая энергия от излучателя мощностью qc. На поверхности х = 0 постоянно действует тепловой источник, что дает первое краевое условие


Охлаждение по закону Ньютона задается с помощью граничного условия третьего ряда, которое характеризует конвективный и лучистый теплообмен между поверхностью и окружающей средой.
Практически важной является модель с теплоизоляцией открытой х = R поверхности и теплоизлучателя. Тогда с некоторым допущением


и решение задачи для распределения температурных полей T(x,t) в зависимости от мощности излучателя qc, времени теплового воздействия t и начальной температуры TS укладываемого бетона принимает следующий вид


Графики формирования температурных полей для плоских элементов перекрытия и различных условий теплоизоляции приведены на рис. 1. Полученные данные дают хорошее приближение экспериментальных и расчетных зависимостей.
Анализ результатов показал, что теплоизоляция приводит к замедленному циклу остывания (2–3°С/ч), слабо зависящего от температуры окружающей среды, что является следствием воздейстивия экзотермии цемента и малыми теплопотерями.
Результаты натурных исследований приведены на рис. 2 в виде графиков температурных полей в зависимости от времени и удельной мощности воздействия и соответствующие показатели набора прочности бетоном при устройстве монолитных перекрытий толщиной 200 мм из бетона класса В 25 при температуре наружного воздуха – 16°С. Температура укладываемого бетона составила 10°С. Наиболее характерными являются показатели прочности бетона при режиме разогрева в течение 10 ч с удельной мощностью 500 Вт/м2 (кривая 3) и термостном выдерживании 14–16 ч. В этом случае достигается нормативная распалубочная прочность.
Реализация интенсивных методов теплового воздействия осуществлена путем разработки новых систем термоактивной опалубки [4], перекрытий, стен, колонн и других конструктивных элементов. Отличительной особенностью таких систем является применение композиционных токопроводящих плоских и криволинейных элементов, размещаемых под фанерной или металлической палубой с устройством внешней теплоизоляции. Благодаря плавному или ступенчетому изменению напряжения создается диапозона удельной мощности от от 200 до 1000 Вт/м2.

Достаточно высокую эффективность показала термоактивная опалубка перекрытий, выполненная в виде многослойной комбинированной конструкции, что позволило снизить массу щитов до 14–16 кг/м2.
Процесс бетонирования конструкций стал малозависимым от температурных параметров окружающей среды, а удельный расход электроэнергии на 1 м3 бетона при получении распалубочной прочности і 70% R составил 20–25 квтЧч, что в 2–2,5 раза ниже, чем при широко распространеных методах теплового воздействия. Появилась реальная возможность распалубки основных несущих конструкций через 24–30 ч, из которых 8–10 ч составляет цикл разогрева смесей и 16–20 ч – термостное выдерживание.
На рис. 3 приведены технологические этапы устройства опалубки междуэтажных перекрытий, армирования и укладки бетонной смеси. Реализация интенсивной технологии показала, что применение термоактивной щитовой опалубки решает многие вопросы, связанные с экстремальными условиями производства работ. Так, предварительное включение системы в режим нагрева обеспечивает интенсивное таяние снега и наледи, разогрев арматурного заполнения, а также укладку бетонной смеси на поверхность палубы с температурой 60–80°С. Эти обстоятельства повышают технологичность производства работ монолитного домостроения.

Библиографический список
1. Арбеньев А.С. От электротермоса к синэргобетонированию / ВГТУ, Владимир, 1996. 286 с.
2.Афанасьев А.А., Минаков Ю.А. Оценка тепловых полей при ускоренных методах твердения бетонов в монолитном домостроении // Теоретические основы строительства. М., 1998. С. 247–254.
3. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П., Минаков Ю.А. Технологическая эффективность ускоренных методов твердения бетонов в монолитном домостроении//Промышл. и гражд. строительство. 1997. № 8. С. 36–37.
4. Патенты РФ: № 2119025 “Способ возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций”, № 2125635 “Термоактивный низковольтный опалубочный щит”.


Межрегиональная инновационная компания - Дмитрий