автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Организационно-технологическое обеспечение процессов зимнего бетонирования Гражданских зданий

На правах рукописи

Беркович Леонид Александрович

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Специальность 05 23 08 Технология и организация строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0031В0246

Челябинск 2007

003160246

Работа выполнена на кафедре «Технология строительного производства» Южно-Уральского государственного университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РААСН Головнев С Г

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

КрасновскийБ М, доктор технических наук, профессор Михайловский В П

Ведущая организация -УралНИИпроекгРААСЩг Екатеринбург)

Защита состоится «08» ноября 2007г на заседании диссертационного Совета ДМ 212 298 08 Южно-Уральского государственного университета по адресу г Челябинск, пр им В И Ленина, 76, аудитория 1001

Электронная почта 18р@8ши ас ги Телефакс

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ

Автореферат разослан «01» октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного Совета

доктор технических наук, профессор, /

советник РААСН Трофимов Б Я

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Строительство гражданских зданий с применением монолитного бетона является одним из основных направлений на пути к решению социальных задач и развитию рыночной экономики Возведение подобных объектов приводит к необходимости формирования других, более эффективных строительно-архитектурных систем, технологий их реализации

За последние десятилетия в технологии возведения зданий с монолитным железобетоном произошли существенные изменения. Широко применяются автобетоносмесители и бетононасосы, индустриальные опалубочные формы Значительно повышены классы (марки) тяжелых бетонов Практически не используются бетоны без добавок Появились легкие теплоизоляционные материалы, различные электронагревательные устройства, греющие провода, термоопалубки, приборы для измерения температуры твердеющего бетона и средства автоматического управления режимами выдерживания конструкций Значительно увеличились темпы возведения таких зданий, часто они сопоставимы с другими конструктивными схемами.

И если до определенного времени существенным недостатком монолитного строительства считались сложности производства работ при отрицательных температурах, то, благодаря проведенным в России и других странах исследованиям и производственному опыту, в настоящее время подобные работы выполняются круглогодично

Но вместе с этим, отмеченные существенные изменения в технологии и организации работ не нашли отражения в нормативных документах, явно недостаточно исследований, в которых были бы представлены научно-обоснованные способы организационно-технологического обеспечения процессов зимнего возведения не только отдельных конструкций, но и здания в целом

Целью диссертационной работы является разработка научно-методических положений организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования применительно к монолитным конструкциям гражданских зданий

При этом под организационно-технологическом обеспечением понимается совокупность решений, которые закладываются в проектно-техническую документацию и учитываются при возведении монолитных конструкций Естественно, что в их основе лежат научно-методические положения, обеспечивающие нормативные и проектные требования

Для достижения этой цели необходимо выполнить исследования и решить ряд теоретических и практических задач:

- провести анализ конструктивных схем гражданских зданий с применением монолитного бетона, различных опалубочных систем и методов зимнего бетонирования,

- предложить модели оценки уровня организационно-технологического

обеспечения и провести ранжирование частных показателей и критериев,

- исследовать влияние последовательности процессов и температурных режимов твердения на физико-механические свойства тяжелых бетонов классов В30-В50;

- разработать систему организационно-технологических мероприятий, учитывающую последовательность загружения и выдерживания тяжелого бетона в зимнее время,

- осуществить внедрение системы организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования

Объектом исследования являются организационно-технологические решения, направленные на создание качественных монолитных конструкций

Предметом исследования являются показатели оценки решений, технологические параметры методов возведения монолитных конструкций. Научная новизна работы заключается в:

- представленной классификации конструктивно-технологических схем зданий с применением монолитного бетона;

- предложенных частных показателях и критериях оценки организационно-технологических решений;

- установленных зависимостях прочности тяжелого бетона классов В30-В50 от температурных режимов выдерживания, режима нагружения и условий окружающей среды;

- поэтапной технологии выдерживания монолитных конструкций с разбивкой здания на поэтажные вертикальные захватки,

- предложенной системе анализа и оперативной корректировке технологических и организационных решений, обеспечивающих требуемые показатели качества монолитных конструкций гражданских зданий, возводимых в зимнее время (рис. 1)

Практическую значимость составляют.

- методика и программы расчета на персональных компьютерах показателей оценки организационно-технологических решений;

- технология производства работ, учитывающая поэтапное загружение и выдерЗкивание конструкций в зимнее время

Внедрение результатов Усовершенствованная технология применена ООО Холдинговая компания «МАССИВ» при возведении гражданских зданий в зимнее время, разработке технологической документации, а также - составлении нормативно-правовых документов

Предложенные методики, организационно-технологические решения включены в состав дисциплин специальностей «Промышленное и гражданское строительство» и «Экспертиза и управление недвижимостью» ЮжноУральского государственного университета. «Введение в специальность», «Технология возведения зданий и сооружений», «Организация и управление в строительстве» и др

Апробация работы Материалы диссертации докладывались на

Разборно-переставная

и.

Блок-форма (тоннельная)

Несъёмная

Поперечно-стеновая

Комбинированная

Опалубки

Конструктивно-технологические (—1 системы

Красная монолитная

Каркасная сборно-монолитная

Методы зимнего бетонирования

Греющий провод

Конвективный прогрев

НА СТАДИИ ПРОЕКТА, РАЗРАБОТКА ППР

1

I

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

Параметры технологии

Прочность бетона при замораживании

Прочность бетона при тепловом воздействии

Греющая опалубка

Прочность бетона при раннем нагружении

Комбинированный

Условия производства работ

Климатические факторы

Сосгав бетона

Темп возведения здания

НА СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ, ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЯ

Алгоритм и программа расчетов на основе многокритериальной модели

Структурно-качественный уровень

Показатели технологии

Продолжительность

Трудоемкость

Себестоимость

Рис. 1. Взаимосвязь этапов организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования

ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета в 2003-2007 гг, на научной конференции «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2005 год), научно-практической конференции «Доступное жилье - гражданам России» (Челябинск, 2006 год), строительном форуме «Саморегулирование строительной деятельности: перспективы, проблемы, пути решения» (Челябинск, 2006 год), заседании межведомственной группы по национальному проекту «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» при Полномочном представительстве Президента в Уральском федеральном округе (Екатеринбург, 2006 год)

Достоверность экспериментальных данных, полученных аналитических выражений и зависимостей, разработанных алгоритмов и выводов подтверждается достаточным количеством проведенных экспериментов, применением стандартных методик, выбором адекватных математических моделей, использованием современных методов математической обработки результатов исследований.

Публикации Основные положения диссертации изложены в 4 печатных работах

Объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы Работа содержит 166 страниц текста, в том числе 32 таблицы, 23 рисунка и 93 наименований списка использованной литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, поставлены цели исследований, представлены научная новизна, достоверность и практическая значимость работы.

В первой главе проанализированы конструктивно-технологические системы зданий с применением монолитного железобетона.

Монолитный бетон имеет многовековую историю и широкую область применения в строительстве Ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышает два миллиарда кубометра. По объему производства и применения он намного опережает другие виды строительных материалов. В наиболее развитых странах показатель применения монолитного бетона на душу населения составляет Израиль - 2,0 м3, Япония -1,2 м\ Италия -1,1м3, Германия - 0,8 м3, США - 0,75м3 В России, для сравнения, 0,15 м3

Кризис индустрии типового домостроения, нехватка инфраструктурных мощностей и инвестиционного ресурса для массовой застройки - все это и ряд других обстоятельств, актуализируют работу по широкому применению монолитного домостроения Такая технология незаменима в стесненных условиях, дает возможность возведения разнообразных зданий

Наиболее распространенным решением пространственной несущей системы многоэтажного здания является монолитный или сборно-монолитный

каркас Довольно часто реализуется статически неопределимая несущая система Другая конструктивно технологическая система позволяет использовать базу стройиндустрии. Сборно-монолитный каркас здания имеет плоские диски перекрытий, образованные традиционными многопустотными плитами и монолитными ригелями, скрытыми в их плоскостях. Колонны каркаса могут быть также монолитными

Сборно-монолитный каркас (система КУБ) собирается из сборных колонн и надколонных панелей перекрытия с замоноличиванием остальной части перекрытия на строительном объекте В стеновых системах основными вертикальными конструкциями являются стены Они в зависимости от статических функций в конструктивной системе подразделяются на несущие, самонесущие и ненесущие

Распространенной, особенно в зарубежной практике, является система с поперечными несущими стенами и перекрытиями из монолитного бетона, образующими сотовый каркас, а также системы с ядрами (стволами) жесткости в центре здания, обычно здесь находятся лифтовые шахты Для многоэтажных домов часто применяется система сборно-монолитных каркасов с несъемной опалубкой Эти системы получили распространение в США, Японии, Германии

Одним из перспективных направлений можно считать применение облегченных конструкций каркасов, выполненных в виде железобетонных или трубобетонных колонн, связанных с дисками перекрытий

Правильный выбор опалубки, ее номенклатура и качество играют существенную роль в технологии зимнего монолитного бетона Он определяется рядом факторов, характером бетонируемых конструкций, соотношением их геометрических размеров, принятой последовательностью работ, климатическими условиями. Если функциональное назначение опалубок не изменилось, то значительно возросли требования к качеству создаваемых поверхностей, трудоемкости устройства и оборачиваемости Характерными тенденциями в производстве работ зимой являются необходимость качественного изменения состава бетонной смеси (повышенные классы, применение химических добавок), стремление сократить сроки достижения бетоном распалубочной прочности Изменилось соотношение времени монтажа опалубки и времени выдерживания бетона, то есть оборачиваемость опалубочных систем в значительной степени начинает зависеть от времени их монтажа и демонтажа И в этом плане немаловажным является вопрос о выборе типа опалубки с учетом типа конструкции и здания

На российском рынке опалубочные системы представлены в основном зарубежными фирмами. Это, прежде всего, немецкие марки («MEVA», «NOE», «PERI», «RINGER» и другие), а также бренды из Франции («Outinord»), Турции, Австрии («DOKA»), Италии и других стран

Среди отечественных производителей известны «Старооскольская опалубка», «НТЦ Стройопалубка» и «ЦНИИОМТП» и другие компании

Наиболее распространена разборно-переставная мелкощитовая и

крупнощмтовая опалубка

Независимо от типа опалубочных систем к ним предъявляются одинаковые требования по обеспечению прочности и устойчивости, соблюдения проектной геометрии, ровности бетонных поверхностей, стабильность системы при бетонировании

При большом выборе вариантов термообработки бетона, применяемой для различных конструктивных систем и условий внешней среды, в настоящее время наиболее распространен комбинированный метод Это укладка греющего провода в колонны и перекрытия, конвективный обогрев замкнутых объемов Имеются разработки по термообработке бетона в щитовой опалубке, оборудованной греющей системой (термоопалубке).

Вторая глава посвящена разработке методологических принципов оценки организационно-технологических решений в области зимнего бетонирования

Применяемые в настоящее время модели и принципы оценки решений, как правило, представляются в общем виде и поэтому не могут быть реализованы для конкретных условий Незначительные изменения в составе исходных материалов, оборудовании, во внешних условиях, неизбежно ставят под сомнение целесообразность тех или иных решений Поэтому не случайно, что нет единого взгляда, как на выбор критериев эффективности, так и на показатели их оценок Одна из причин такого положения - многофакторность Другая причина - мношкритериальность Как уже отмечалось, технологические процессы характеризуются рядом показателей, стоимостью работ, трудоемкостью, продолжительностью, соответствием требованиям проекта и норм. В ряде случаев повышение качества сопровождается увеличением затрат

Современная технология располагает целым арсеналом методов возведения зданий с применением монолитного бетона в зимних условиях, приоритет в разработке которых принадлежит российским и советским ученымИ А. Киреенко, Б Г Скрамтаеву, В Н Сизову, В С. Лукьянову, И Г Совалову, С.А Миронову, Б.А Крылову, H.H. Данилову, И.Б. Заседателеву, А С. Арбеньеву, С.Г. Головневу, Б М Красновскому, А И. Гныре и другим, а также многочисленному отряду инженерно-технических работников.

Многообразие применяемых методов зимнего бетонирования, как в отечественной, так и зарубежной практике, обуславливает необходимость их классификации Ряд авторов выделяет две группы методов, электротермообработки и беспрогревные. В других источниках представлены методы, использующие тепловую энергию, внесенную в бетонную смесь при ее приготовлении и выделяемую за счет экзотермии цемента. Другой подход рассматривается в работах ЮУрГУ, где был выделен момент приложения теплового воздействия, его продолжительность, этапы изменения температуры

Перечисленные выше методы были ориентированы, в основном, на создание надлежащих условий выдерживания массивных конструкций Современные же архитектурно-конструктивные системы представлены

главным образом монолитными плитами незначительной толщины с большой площадью опалубливаемых и охлаждаемых поверхностей, колоннами небольших сечений и монолитными участками

Поэтому выбор технологии зимнего бетонирования применительно к современным конструкциям и бетонам является насущной задачей Кроме этой задачи необходимо определять параметры технологии назначение режимов воздействия на бетонную смесь и возводимые конструкции

Рассматриваемую систему можно представить как взаимодействие двух структур. На более высоком уровне находится структура тепло-, физико- и химических процессов, формирующих регламентируемые технологическими нормами численные значения показателей качества конструкций, далее структура, характеризующая эти процессы с технико-экономических позиций

Поскольку эти структуры взаимосвязаны, их необходимо рассматривать совместно и регулировать численные значение отдельных показателей, осуществлять их контроль, проводить анализ и принимать решения по реализации или корректировке организационно-технологических мероприятий с учетом их влияния на конечный результат

В 1983 году Головневым С Г были предложена многокритериальная модель применительно к технологии зимнего бетонирования В нее были включены цели лица, принимающего решение, набор методов зимнего бетонирования, перечень показателей, их шкалы; система предпочтений

Дальнейшее развитие и уточнение модели сведено к следующему Критерии оценки вариантов организационно-технологических решений являются функцией нескольких переменных Часть из них не зависит от воли лица, принимающего решение Это такие переменные как температура наружного воздуха, разнообразные тарифы и расценки, время, то есть аналитически они могут быть представлены как функция от этих переменных Основным же требованием при производстве работ является предотвращение раннего замерзания бетонной смеси при обеспечении необходимого времени для набора требуемой прочности и снижения вероятности образования трещин из-за значительных температурных напряжений. Эти ограничения могут быть записаны в таком виде- Д = /(/^, А/, Ярасп ,т ).

Далее осуществляется выбор критериев оценки путем «перебора» различных вариантов Естественно, что решение подобных задач невозможно без применения персональных компьютеров Но вначале следует определить «важность» критериев, характеризующих внутренние взаимосвязи, присущие рассматриваемой задаче Однако число критериев не должно быть слишком большим- это сделало бы весьма трудоемкой вычислительную работу С другой стороны, исключение того или иного показателя из числа рассматриваемых может привести к неверным результатам при оценке различных решений Методом позволяющим обойти это противоречие, является экспертный опрос специалистов

Он был проведен в три этапа На первом - экспертам было предложено

выделить из числа показателей, взятых из нормативных документов и литературных источников, основные Была сформулирована проблема, разработана процедура, подобраны эксперты, проведен опрос, обработана полученная информация Группе из 37 экспертов было предложено проранжировать 10 показателей стоимость и трудоемкость работ, продолжительность процессов, затраты электроэнергии, темп набора прочности, простота применения, структурные характеристики бетона, образование трещин, поверхностная шероховатость Допускался также ввод «своих» показателей В группу экспертов вошли 22 главных инженера и технических директора строительных организаций и 15 проектировщиков

Результаты первого этапа позволили частные показатели объединить в две группы критериев технико-экономические и технологические Далее ранжировались продолжительность процессов, трудоемкость и себестоимость работ (первая группа), темп набора и требуемая прочность бетона на различных этапах выдерживания, трещиностойкость (вторая группа)

Результаты ранжирования показали экспоненциальный характер степени влияния первых трех критериев и резкое уменьшение значений последующих Поэтому показатели, начиная с четвертого, объединены в один критерий «структурно-качественный уровень» Необходимость такого критерия предопределяется эволюционной природой развития процессов, изменения которых, как правило, не должны влиять на заданные конечные характеристики конструкций

На третьем этапе экспертного опроса рассматривались следующие критерии: структурно-качественный уровень (1), трудоемкость (2), продолжительность процесса (3), себестоимость (4) Их ранжирование осуществлено по коэффициентам влияния, исследования показали, что а, = 0,19, а2=0,24, а,=0,28;а„=0,29 (чем ниже значение, тем «лучше» критерий).

В связи с тем, что трудоемкость, себестоимость и продолжительность процессов можно рассчитать и выразить численно, а структурно-качественный уровень, объединяющий ряд показателей, рассчитать пока не представляется возможным, его численные значения установлены экспертным путем

Экспертиза была проведена в два этапа и получены такие результаты Структурно-качественный уровень не обеспечивается при возведении фундаментных плит с применением конвективного прогрева, колонн и рам -предварительного разогрева, плит перекрытий - электропрогрева. Наилучшие результаты для рассматриваемых конструктивных схем зданий при использовании комбинированных методов - греющего провода и конвективного обогрева

На всех этапах исследований степень согласованности мнений экспертов оценивалась по коэффициентам конкордации и компетентности, при этом средний уровень компетентности экспертов равен 0,85, а значения расчетного X во много раз меньше X нормативного.

Полученные данные еще раз подтвердили необходимость рассмотрения,

в первую очередь, характеристик структурно-качественного уровня, а затем -оценки организационно-технологического решения по всем критериям

Анализ уточненной многокритериальной модели показал, что принятый набор критериев отвечает условиям моделирования: составлен полный набор вариантов, самоочевидны шкалы критериев, но в явной форме отсутствует решающее правило Принятый аксиоматический подход к построению решающих правил учитывает множество решений, существование функции ценности, возможность численного сравнения критериев

Число рассматриваемых вариантов определяется с учетом климатических условий, первоначальных характеристик бетонной смеси, последовательности и сроков возведения здания. Система предпочтений осуществляется путем предъявления лицу, принимающему решение, попарно различных методов и фиксации ответов Поскольку число вариантов решений и количество критериев их оценки принимается ограниченным, из значений критериев выделяется максимальная и минимальная величина с последующей первичной и вторичной нормализацией, которая может приводить шкалы критериев к единому безразмерному интервалу

В третьей главе приведены результаты комплексных исследований физико-механических свойств бетона при различных температурах

Многочисленными исследованиями установлено, что качество зимнего бетона зависит от многих обстоятельств и факторов. Среди них наиболее важными, как и по конечным результатам, так и по возможности регулирования процессов, являются параметрытеплового воздействия

Целью проведенных исследований было получение данных по темпам набора прочности тяжелых бетонов современных составов не только при различных положительных и отрицательных температурах, но и при термообработке бетонов с начальной прочностью. Частично подобные исследования проводились и ранее, но до настоящего момента применялись бетоны без модификаторов, а марочная прочность - не превышала250 кг/см2

Для экспериментов применялись тяжелые бетоны, содержащие компоненты в следующих соотношениях (классы В30-В50, осадка конуса 20-22 см, водоцементное отношение не превышало 0,4). портландцемент М500 - 430480 кг/м3, модификатор МБ 10-01 - 45-55 кг/м3; песок кварцевый с М,,, = 2,5-2,8 -730-800 кг/м3, щебень гранитный фракции 5-20 мм - 970-990 кг/м3, вода -165-170 л/и3; противоморозная добавка нитрита натрия - 20-25 кг/м3

Отличительной особенностью экспериментов было то, что процесс приготовления бетонной смеси имитировал производственные условия и был двухстадийным, состоящим из стадии дозирования, загрузки и перемешивания компонентов в стационарном смесителе и перемешивания в автобетоносмесителе в процессе транспортирования смесей

Экспериментальные исследования проводились на специальных установках, выдерживания при положительных и отрицательных температурах осуществлялись в камере тепла и холода.

При испытаниях в суточном возрасте прочность бетона, в зависимости от расхода цемента составляет от 21,9 до 40,2 %, в трехсуточном возрасте - от 51,3 до 62,1 %, в семисуточном возрасте - от 74,7 до 83,1 % Полученные данные значительно отличаются оттемпароста прочности бетонов классов В15-В25, эта разница составляет, особенно в раннем возрасте 15-20 %, что, естественно, сказывается на сроках выдерживания бетона в зимнее время

Также были проведены исследования по определению прочности бетона при температурах от 0° до 50°С, их результаты представлены в табл 1

Таблица 1

Нарастание прочности бетона класса В30 (в % от 1128)

Возраст бетона, сут Температура выдерживания, °С

0 5 10 20 30 40 50

0,25 - - - 14 17 23 27

1,25 17 21 29 38 46 54 62

2,0 20 27 39 47 58 70 76

4,0 31 40 58 64 79 88 92

7,0 45 55 72 81 94 - -

14,0 61 73 88 96 - - -

28,0 89 92 95 100 - - -

Анализируя полученные экспериментальные данные, мы видим, что скорость роста прочности при температурах от 20 до 50°С (такой диапазон является оптимальным для бетонов рассматриваемых классов) зависит от расхода цемента, а при температурах свыше 60°С наблюдается недобор прочности

В ходе экспериментов термообработка бетона проводилась и при начальной прочности Сопоставление результатов с данными других исследователей представлено в диссертации, отметим только значительное увеличение роста прочности бетонов классов В50 по сравнению с бетоном В20.

Методика проведения экспериментальных исследований при отрицательных температурах сводилась к следующему. В начале образцы-кубики хранили 2-3 часа в нормальных условиях Это время соответствовало периоду приготовления бетонной смеси, ее транспортировке и укладке Затем кубики гидроизолировались и помещались в ходильную камеру, где образцы выдерживались при температурах 0, -3, -6, -9, -12°С. Определение прочности бетона на сжатие (при положительной температуре образцов) осуществлялось в зависимости от задач эксперимента в возрасте 3,7,14,28,60и90 суток Втабл 2 приведены результаты исследований для бетона В50 при начальной прочности 7,0% от

Таблица 2

Нарастание прочности бетона В50 при отрицательных температурах, в % от ^

Возраст бетона, сут Температура бетона, °С

0 -3 -6 -9 -12

3 17,1 16,4 14,4 12,3 8,2

7 23,5 20,2 17,4 12,6 10,1

14 33,5 27,1 19,6 12,9 11,3

28 40,8 40,1 31,6 14,5 11,6

60 73,5 60,3 48,7 17,1 11,8

90 85,5 72,1 60,8 19,6 12,3

Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии на темп роста, как начальной прочности, так и расхода цемента Как было ранее установлено, если для бетонов В 12,5 прирост прочности очень мал, и он прекращается при температурах -5°С, то для бетонов В50 наблюдается твердение при температуре до -12°С

Полученные данные по изменению прочности тяжелого бетона при различных температурах представлены в графической форме

ф1 1 У

1

у р

4

У е»

/ ' о' 'У Г (М

к! / \Ж г

I

-а -е -з о з е & /$ гз г? л*

Рис. 1. Значения переходных температурных коэффициентов 1 - данные шведских исследователей, 2 - данные НИИЖБа, 3 - данные ЦНИОМТП, 4 - бетон В50,5 - бетон В40,6 - бетон ВЗО, 7 - по градусо-часам

Переходные коэффициенты характеризуют интенсивность твердения бетона при положительных и отрицательных температурах по сравнению с твердением при температуре в двадцать градусов Из графиков видно, что на темп твердения бетона значительное влияние оказывает расход цемента (класс бетона) Так, для бетона класса В20 (кривые 1,2) темп твердения в 1,3 -1,7 раз меньше, чем для бетона В50 Кроме этого, следует особо отметить, что имеющиеся в справочниках и учебных пособиях графики зависимости

были получены 25-30 лет назад и до последнего времени не уточнялись, что приводит к увеличению времени выдерживания бетона Представленные графические зависимости позволяют также сделать вывод об интенсивности изменения температурных коэффициентов как при положительных, так и при отрицательных температурах Если из области положительных температур продолжить кривые в область отрицательных температур и каждую точку при 0°С опустить вниз на постоянную величину (обозначим ее «П»), то полученный таким образом график совпадает с имеющимся температурным графиком положительных температур

Как было установлено рядом исследований, вода переходит в лед не при 0°С, а при более низкой температуре. Это связано с изменениями в технологии приготовления бетонной смеси она стала двухстадийной, и поэтому степень гидратации за короткое время увеличивается, а также из-за того, что в бетонной смеси присутствуют добавки, в частности - микрокремнезем, который изменяет соотношение пор и капилляров, которые становятся меньше по размерам Поэтому замораживание свежеуложенной бетонной смеси происходит без деструктивных процессов и формируется кристаллогидратная структура цементного камня, содержащая и частицы льда

Четвертая глава посвящена исследованиям влияния параметров температурного и силового воздействия на прочность бетонов В30-В50, подвергающихся замораживанию в раннем возрасте. Такие «экстремальные» условия возникают очень часто, но конкретных рекомендаций по продолжительности возможного замораживания перед термообработкой нет. И вместе с этим известно положительное влияние на прочность бетона его кратковременного выдерживания при отрицательных температурах перед термообработкой В связи с этим было высказано предположение, что для рассматриваемых составов можно подобрать параметры термообработки и уменьшить деструктивные явления при раннем замораживании.

Для проведения исследований из бетонной смеси изготавливали образцы-кубы размером 100x100x100 мм. После изготовления и герметизации металлические формы с бетоном подвергались замораживанию при температуре -10°С, термообработке и нормальному хранению. Время замораживания образцов варьировали от 20 до 68 часов, время термообработки -от 20 до 68 часов, температура термообработки изменялась от 40 до 60°С

На основании обработки полученных данных установлено, что с

увеличением класса бетона увеличивается эффективность термообработки Значения прочности бетонных образцов после замораживания, термообработки, нормального хранения в зависимости от состава бетона изменяется в интервале 78-100 % от 1^8 для бетона В50,74-81 % от ^ для бетонов В40 и 68-76 % от Б^ для бетонов ВЗО. С увеличением класса бетона уменьшается прочность бетона после замораживания и нормального хранения (в среднем 75 % для В50,70 % Л28 для В40 и 65 % 1128 для ВЗО) и прочность после замораживания, термообработки нормального хранения (в среднем 90 % Л28 для В50, 80 % Я28 для ВЗО). Таким образом, наибольшее значение пророста прочности за счет теплового воздействия (в среднем 16 % И^) отмечено для бетонов класса В50, наименьшее (в среднем 8 % 1^) для бетонов ВЗО

Бетонные образцы, подвергшиеся термообработки после замораживания в раннем возрасте и не содержащие в составе модификатор, показали снижение прочности до 15 % относительно бетонных образцов с добавкой Модификатор замедляет процесс гидратации затворенного водой цемента на начальной стадии твердения Поэтому в период снижения температуры в бетоне до отрицательных значений (4-5 часов после начала приготовления) в бетоне с модификатором кристаллогидратных образований формируется меньше, чем в бетоне без добавки Фазовый переход воды в лед сопровождается ее расширением и разрушением новообразований Бетонная смесь оттаивает, а при повышении температуры процесс гидратации возобновляется, а так в бетоне без добавок на момент замораживания содержится большее количество структурных образований, то и количество структурных нарушений в таком бетоне будет больше.

Следовательно, однозначен вывод, что для бетонов рассматриваемых классов характерна несколько другая природа замораживания и последующего воздействия положительных температур при термообработке

В диссертации приведена математическая обработка полученных результатов, в частности для бетонов ВЗО получено следующее уравнение регрессии

Я' = -256,1 + 1,32тзам + 3,05т,0 + 7,9П,а - 0,0312%_ Г„ - 0,01712,о - 0,0109т,. 1го-0,0501\о,

Я2 = 29,8 + 0,812т^ + 0,804т,0 + 0 79г,„ - 0,017тшиХ,о-0,06П2!о, АЯ =320,1 - 0,52т1а„- 2,238т,0- 6,9*„+- 0,0079т^ г,„ + 0,0108т,Ао + 0,0123т,0 + 0,052{То,

где Ы1, Я2 - соответственно прочность после замораживания, термообработки и прочность после замораживания, термообработки, нормального хранения, в % от проектной прочности К^;

ДБ. - прирост прочности за время нормального хранения после замораживания и теплового воздействия, %

т1ам - время замораживания от 20 до 68 часов,

х,0- время термообработки от 20 до 68 часов, г, „ - температура термообработки, от 40 до 60°С

При наименьшем времени замораживания (20 часов) прочность бетона после термообработки растет с увеличением температуры и времени прогрева При среднем (44 часа) времени замораживания рост прочности после термообработки с увеличением температуры прогрева снижается, а при наибольшем времени замораживания - 68 часов, наблюдается снижение прочности бетона с уменьшением температуры термообработки

Как известно, при замораживании свежеприготовленной бетонной смеси свободная вода в макропорах превращается в лед, процесс гидратации цемента замедляется и может протекать только за счет незамерзшей, физически и химически связанной воды в гелях гидросиликата Следовательно, при малом времени замораживания проведение последующей термообработки может приводить к самоуплотнению и самозалечиванию бетона продуктами гидратации, так как после оттаивания новообразования не способны сохранить структуру бетонного образца и повышение температуры при последующем прогреве приводит к увеличению прочности бетона С увеличением же времени замораживания возможно формирование центров кристаллизации, а после оттаивания новообразования сохраняют пористую структуру бетона и увеличение прочности не происходит

Как уже отмечалось, в практике возведения зданий с применением монолитного бетона, особенно многоэтажных, нагружение бетона происходит постепенно, при различной начальной прочности и внешних условий

Для исследования влияния температуры замораживания и интенсивности нагружения бетона различной прочности были изготовлены образцы-кубы размером 100x100x100 мм На основе ранее выполненных исследований начальная прочность составляла от 10 до 40 % от Ы28 Далее образцы гидроизолировались и замораживались до температуры от - 6 до - 20°С. В замороженном состоянии образцы нагружались с интенсивностью 0,3. 0,5 от прочности бетона к моменту замораживания. Нагружение осуществлялось в пружинных установках После нагружения образцы выдерживались в камере низких температур в течение 24 часов и далее в натурных условиях - в течение 28 суток

Математическая обработка результатов экспериментов дала возможность получить следующее уравнение регрессии (бетон В40)

Я29 =96,8 - 0,02В?т + 41,5ц + 0,08?зш+ 1,5ЯШ, - 55,9ц + 2,352]+

+0,ЗЩтч - 0,003Ят1 Тт -1,25цТ^,,

где Я28 - прочность бетона после замораживания, нагружения и 28-ми суточного хранения, в % от проектной прочности бетона ;

Язаи - прочность бетона к моменту замораживания, в % от ^;

г| - интенсивность нагружения,

Тши - температура замораживания, °С

Анализ этого уравнения показывает, что наибольшее влияние на Я28 оказывает прочность бетона к моменту замораживания Язш С уменьшением прочности бетона к моменту замораживания снижается прочность бетона к 28 суточном возрасте Влияние интенсивности нагружения незначительное, так как с нарастанием прочности бетона разница в интенсивности нагружения образцов падает

На втором этапе экспериментов ставилась задача определения момента нагружения образцов, замороженных в раннем возрасте, на прочность бетона Температура замораживания принята минус 10°С, интенсивность нагружения 0,4 Для проведения экспериментов изготавливались призмы размером 100x100x300 мм.

На рис 2 представлены некоторые результаты экспериментов

- замороженные без нагружения,

; -----нагруженные перед

замораживанием,

------ нагруженные в

замороженном состоянии Рис 2 Графики набора прочности бетона В40 после замораживания 1, = -10 °С, нагружения и 40 выдерживания при I = 20 ° С в течение 28 суток

Результаты экспериментов показывают, что нагруженные образцы имеют прирост прочности по сравнению с ненагруженными от 10 до 20 %. Это можно объяснить тем, что при раннем нагружении структура бетона уплотняется, прежде всего за счет механического модифицирования, макропоры заменяются микропорами Вместе с этим явного эффекта по приросту прочности не получено, но тот факт, что нагружение бетона в замороженном состоянии не ухудшает свойств материала, свидетельствует о возможности нагружения бетона зимой

В пятой главе рассматриваются методология выбора организационно-технологических решений и результаты их практической апробации

Как было установлено ранее, необходимым и достаточным условием для предоставления функции ценности принимаемых решений является взаимонезависимость по предпочтению всех рассматриваемых четырех критериев структурно-качественного уровня, трудоемкости, себестоимости и продолжительности процессов Построение аддитивной функции ценности обеспечивают и другие условия. Для любого критерия существует шкала оценок, каждый из них отвечает требованию «чем меньше, тем лучше» Как правило, приходится рассматривать три и больше вариантов, из которых по представленным во второй главе зависимостям может бьггь найден лучший

вариант. При этом использование единого тестового множества при создании шкалы критериев дает возможность сравнить лучшие варианты (разных наборов) между собой и обнаружить оптимальный сразу по всем критериям. В этом заключается достоинство использования единого тестового множества Трудность состоит в формировании его так, чтобы тестовое множество было достаточно полезным для отражения характерных особенностей строительного производства

При разработке организационно-технологических решений принималась такая последовательность В начале осуществлялась разбивка здания на этапы возведения и определялись возможные максимальные и минимальные темпы нагружения отдельных конструкций. Определялись нагрузки, действующие на различных этапах возведения и требуемая прочность бетона в конструкциях на момент распалубки с учетом требования СНиП 3.03 01-87 в части значений критической прочности и условий охлаждения Выбирался метод зимнего бетонирования и режимы теплового воздействия на бетонную смесь, обеспечивающие получение требуемой прочности в соответствии со сроками возведения этажей здания В качестве этапа возведения монолитных конструкций рассматривался один этаж, при этом учитывались опалубочные и арматурные работы, бетонирование и выдерживание бетона, возведение конструкций следующего этажа

Как показал опыт применения разработанных рекомендаций, наибольший эффект от ускорения сроков распалубки и загружения монолитных конструкций достигается при использовании методов, обеспечивающих раздельное тепловое воздействие на колонны и перекрытия и, следовательно, различные соотношения распалубочной прочности

В общем виде работы по возведению монолитных зданий представляют комплекс процессов, весьма разнообразных и сложных по структуре Некоторые их них являются общими, не зависящими от метода производства работ Другие определяются технологией возведения темп укладки бетона, условия нагружения, монтаж греющих щитов и калориферов и так далее Поэтому, в диссертации, как это было сделано раньше в работах ЮУрГУ, расчет затрат осуществлялся «методом на разность», то есть учитывались только зимние составляющие для современных методов производства работ Уточненная зависимость для определения затрат труда1 Т, = (Кир - 1)(Тоши + Тарм + Т^ + Тт + Тпр + + где Кир - усредненный поправочный коэффициент к нормам времени; Тст- затраты труда на устройство опалубки, Тари - то же, армирования конструкций; Туш - то же, укладки бетонной смеси; Тут - то же, утепление опалубки; Т„р - то же, установки прогревных устройств; Т^ - то же, обслуживания системы прогрева; Тк- то же, по контролю качества.

Сформировав блок критериев, осуществляли их нормализацию Значения показателей по каждому критерию упорядочивается по возрастанию, а

значения критериев с неодинаковыми размерностями приводятся к единой размерности

Выполненные в ЮУрГУ работы позволили предложить новые способы возведения монолитных конструкций в зимних условиях, так называемое раннее нагружение. Однако, их практическая реализация стала возможной только при решении организационно-технологических вопросов и проведения исследований по развитию и уточнению основных положений

Были проанализированы и уточнены все технологические переделы, начиная с изготовления бетонной смеси, и заканчивая контролем качества Бетонные смеси, поступающие на стройплощадку, должны быть соответствующего состава и консистенции. При назначении начальной температуры бетонной смеси учитывается температура опалубочных форм и наличие выступающих арматурных стержней. Арматурные каркасы, при температурах ниже -10°С закрываются влаготеплозащитным покрытием Перед началом выдерживания бетона осуществляется подготовка калориферов, теплоизоляционных материалов, греющих проводов, нагревательных устройств и теплоизолирующего шатра Для теплового воздействия целесообразнее применять комбинированные методы, основанные на термообработке В технологических картах устанавливается время на бетонирование отдельных конструктивных элементов колонн, плит, перекрытий, стен, ядер жесткости и сроки их распалубки

Выдерживание бетона в зимнее время сводится к созданию соответствующего температурного режима твердения бетона, а также постепенного снижения температур в конструкциях. Возводимые здания разбиваются на горизонтальные и вертикальные захватки Если разбивка на горизонтальные захватки связана, в основном, с возможностями строительной организации, то вертикальные захватки обеспечивают постепенное снижение температур, тем самым, соблюдаются нормативные требования по скорости охлаждения и допустимым температурным перепадам (рис 3)

Рис 3 Поэтажная термообработка и выдерживание бетона

1 - монолитные конструкции, 2 - опалубка, 3 - стройки, 4 - калориферы, 5 - греющий провод, 6 - утепленные шторы, 7 - утеплитель,

© Захватки выдерживания бетона 1 - зона активной термообработки (1=40-50 "С, Яб > Ыкр), 2 - зона выдерживания с обогревом (1=20-30 "С, 116=70%), 3 - зона регулируемого остывания (/ 010 °С, ^ и У^ по СНиП 3 03 01-87), 4 - зона остывания (? = 10 30 °С), 5 - зона естественного остывания до температуры наружного воздуха

Количество вертикальных захваток бывает различным, и они назначаются в зависимости от темпа бетонирования, температуры твердения бетона, температуры окружающего воздуха и скорости ветра. Если температура воздуха не ниже -25°С, как правило, число температурных зон с различными температурами составляет до четырех Это зоны - укладки бетона (при температурах ниже -15°С устраивается защитный контур), выдерживания бетона с температурой от +50 С до +500 С, две зоны охлаждения от 0 до -10°С и зона готовых конструкций от -25 до -100 С

Разработанные организационно-технологические мероприятия реализуются в течение ряда лет на объектах города Челябинска. Выдерживание конструкций осуществлялось с помощью теплозащитных штор, калориферов и греющих проводов. Количество калориферов определяли по специальной методике в зависимости от температур наружного воздуха и требуемых параметров охлаждения

Производственная апробация подтвердила возможность реализации многоэтапной технологии возведения зданий и выдерживания конструкций в зимнее время Сроки твердения бетона до получения заданной прочности сокращены на 30-50 %, оборачиваемость опалубок увеличена в 1,5-2 раза, повешено качество бетона

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 За последние десятилетия в технологии возведения гражданских зданий с монолитным железобетоном произошли существенные изменения Однако они почти не отразились на работах в зимних условиях Так, при выборе организационно-технологических решений не учитываются многокритериальность, темпы твердения бетонов повышенных классов, влияние термообработки, замораживания и раннего нагружения. Это приводит к завышению времени твердения бетона, дефектам и возрастанию дополнительных затрат, особенно по трудоемкости

2. Наиболее распространенным элементом пространственной несущей системы многоэтажных зданий является монолитный и сборно-монолитный каркас. Он включает монолитные и сборные колонны, монолитные плиты. Расчетно-конструктивная схема здания и виды отдельных конструкций влияют на выбор опалубочных систем, которые представлены разборно-переставными, тоннельными и несъемными типами Совокупность конструктивных решений опалубок и методов зимнего бетонирования образуют конструктивно-технологические системы

3 Уточнен многокритериальный подход к оценке вариантов организационно-технологических решений в области технологии зимнего бетонирования Выделены показатели вариантов, включающие требование по обеспечению распалубочной прочности бетона На основе экспертного опроса предложено четыре критерия- структурно-качественный уровень,

трудоемкость, себестоимость и продолжительность процессов Этот набор критериев отвечает условиям моделирования и обеспечивает возможность решения многокритериальной задачи

4 Установлено влияние положительных и отрицательных температур на прочность бетона в зимнее время (классов В30-В50, O.K. - 20-22 см, модификатор МБ 10-01) По сравнению с бетонами В15-В25 в возрасте трех суток на 15-20 % выше, семи суток - на 20-25 % Значителен эффект термообработки бетонов при температурах 40 и 50°С, однако при температурах 60°С и выше наблюдается недобор прочности в 28 суточном возрасте Экспериментально установлен рост прочности бетонов В30-В50 при выдерживании в условиях отрицательных температур (до -12°С) Получены значения переходных коэффициентов, характеризующих интенсивность твердения бетонов при положительных и отрицательных температурах, так для бетона В50 темп твердения в 1,3-1,7 раза больше, чем для В20

5 Установлена возможность термообработки бетонов В30-В50, замораживаемых на различных этапах выдерживания Наибольшее увеличение -до 16% отмечено для бетонов В50, наименьшее - до 8 % - класса ВЗО Образцы, не содержащие модификатор и твердевшие в таких же условиях, как и с модификатором, показали снижение прочности до 15% от R28. Раннее нагружение бетонов В30-В50 оказывает положительное влияние на физико-механические свойства в зависимости от начальной прочности и температуры замораживания, времени последующего твердения при положительных температурах

6 Предложена новая технология термообработки и выдерживания бетона в зимних условиях, учитывающая эффект раннего нагружения бетонов В30-В50. При этом здание разбивается на вертикальные захватки, включающие зону производства работ, зоны выдерживания и охлаждения конструкций Сроки твердения бетона до получения заданной прочности сокращены на 30-50 %, оборачиваемость опалубок увеличивается в 1,5-2 раза, повышается качество бетона

7 Составлен технологический регламент и осуществлена реализация методологии выбора организационно-технологических решений при строительстве многоэтажных гражданских зданий в городе Челябинске. Их применение сократило сроки возведения зданий на 50-70 %, повышено качество монолитных конструкций. Для реализации разработанных рекомендаций разработаны элементы программного обеспечения в системе компьютерного проектирования

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях

1 Головнев, С Г Проектирование с помощью компьютеров технологии ускоренного твердения бетонов [Текст] / С Г Головнев, Л А Беркович // Современные проблемы строительного материаловедения: Вестник Белгородского государственного технического университета им В Г. Шухова. -2005 -№9.-С 289-291

2 Беркович, Л А Организационно-технологическое обеспечение процессов зимнего бетонирования жилых зданий [Текст] / Леонид Беркович // Жилищное строительство - 2007 - №6 С 15-16

3 Беркович, Л. А Массовое жилищное строительство в России, чему учит история [Текст] // Доступное жилье - гражданам России, материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Челябинск, 2006. С 20-29

4 Беркович, Л.А О целях при строительстве жилья [Текст] // Саморегулирование строительной деятельности материалы форума Челябинск,2006 С 5-9

Беркович Леонид Александрович

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Специальность 05 23 08 «Технология и организация строительства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательство Рекламного агентства «КАРЕ»

Подписано в печать 24 09 07 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Услпеч Л 1,16 Уч-изд Л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 190

454091, г Челябинск, ул Цвиллинга, 11, оф 7

Введение.

Глава 1. Конструктивно-технологические системы зданий с применением монолитного железобетона.

1.1. Особенности конструктивных систем зданий.

1.2. Методы возведения и технико-экономические показатели зданий различных систем

1.3. Зарубежный опыт монолитного домостроения.

1.4. Направления развития.

Выводы.

Глава 2. Разработка методологических принципов оценки организационно-технологических решений в области зимнего бетонирования

2.1. Общие принципы зимнего бетонирования

2.2. Уточнение многокритериальной модели.

2.3. Анализ структуры многокритериальной модели.

2.4. Выбор показателей и критериев принимаемых решений на основе экспертного опроса.

2.5. Построение обобщенного критерия.

Выводы.

Глава 3. Влияние положительных и отрицательных температур на прочность бетонов классов В 30-В 50.

3.1. Механизм воздействия положительных и отрицательных температур на бетонную смесь и бетон.

3.2. Материалы и методика экспериментальных исследований.

3.3. Влияние положительных и отрицательных температур на прочность бетонов В 30-В 50.

3.4. Кинетика изменения льдистости бетонов.

Выводы.

Глава 4. Влияние параметров термообработки и силового воздействия на прочность бетона, замораживаемого в раннем возрасте.

4.1. Методика экспериментальных исследований

4.2. Влияние водоцементного отношения на прочность бетона после замораживания, термообработки и нормального хранения

4.3. Влияние раннего замораживания и параметров последующей термообработки на прочность бетона

4.4. Влияние раннего нагружения бетона, замороженного при различной прочности

4.5. Влияние времени приложения нагрузки на бетон, замороженный в раннем возрасте, на его прочность

Выводы.

Глава 5. Организационно-технологические решения, обеспечивающие эффективность процессов зимнего бетонирования

5.1. Методология выбора решений

5.2. Математические модели затрат труда при зимнем бетонировании

5.3. Дополнительные затраты по трудоемкости и стоимости материалов

5.4. Технологический регламент производства бетонных работ в зимнее время

Выводы.

Актуальность.

Строительство гражданских зданий с применением монолитного бетона является одним из основных направлений на пути к решению социальных задач и развитию рыночной экономики. Возведение подобных объектов приводит к необходимости формирования других, более эффективных строительно-архитектурных систем, технологий их реализации.

За последние десятилетия в технологии возведения зданий с монолитным железобетоном произошли существенные изменения. Широко применяются автобетоносмесители и бетононасосы, индустриальные опалубочные формы. Значительно повышены классы (марки) тяжелых бетонов. Практически не используются бетоны без добавок. Появились легкие теплоизоляционные материалы, различные электронагревательные устройства, греющие провода, термоопалубки, приборы для измерения температуры твердеющего бетона и средства автоматического управления режимами выдерживания конструкций. Значительно увеличились темпы возведения таких зданий, часто они сопоставимы с другими конструктивными схемами.

И если до определенного времени существенным недостатком монолитного строительства считались сложности производства работ при отрицательных температурах, то, благодаря проведенным в России и других странах исследованиям и производственному опыту, в настоящее время подобные работы выполняются круглогодично.

Но вместе с этим, отмеченные существенные изменения в технологии и организации работ не нашли отражения в нормативных документах, явно недостаточно исследований, в которых были бы представлены научно-обоснованные способы организационно-технологического обеспечения процессов зимнего возведения не только отдельных конструкций, но и здания в целом.

Целью диссертационной работы является разработка научно-методических положений организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования применительно к монолитным конструкциям гражданских зданий.

При этом под организационно-технологическом обеспечением понимается совокупность решений, которые закладываются в проектно-техническую документацию и учитываются при возведении монолитных конструкций. Естественно, что в их основе лежат научно-методические положения, обеспечивающие нормативные и проектные требования.

Для достижения этой цели необходимо выполнить исследования и решить ряд теоретических и практических задач:

- провести анализ конструктивных схем гражданских зданий с применением монолитного бетона, различных опалубочных систем и методов зимнего бетонирования;

- предложить модели оценки уровня организационно-технологического обеспечения и провести ранжирование частных показателей и критериев;

- исследовать влияние последовательности процессов и температурных режимов твердения на физико-механические свойства тяжелых бетонов классов В30-В50;

- разработать систему организационно-технологических мероприятий, учитывающую последовательность загружения и выдерживания тяжелого бетона в зимнее время;

- осуществить внедрение системы организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования.

Объектом исследования являются организационно-технологические решения, направленные на создание качественных монолитных конструкций.

Предметом исследования являются показатели оценки решений, технологические параметры методов возведения монолитных конструкций.

Научная новизна работы заключается в:

- представленной классификации конструктивно-технологических схем зданий с применением монолитного бетона;

- предложенных частных показателях и критериях оценки организационно-технологических решений;

- установленных зависимостях прочности тяжелого бетона классов В30-В50 от температурных режимов выдерживания, режима нагружения и условий окружающей среды;

- поэтапной технологии выдерживания монолитных конструкций с разбивкой здания на поэтажные вертикальные захватки;

- предложенной системе анализа и оперативной корректировке технологических и организационных решений, обеспечивающих требуемые показатели качества монолитных конструкций гражданских зданий, возводимых в зимнее время (рис. 1).

Практическую значимость составляют:

- методика и программы расчета на персональных компьютерах показателей оценки организационно-технологических решений;

- технология производства работ, учитывающая поэтапное загружение и выдерживание конструкций в зимнее время.

Блок-форма (тоннельная)

Опалубки

Конструктивно-технологические системы

Несъёмная

Каркасная сборно-монолитная

Методы зимнего бетонирования

Условия производства работ

Климатические факторы

Состав бетона

Темп возведения здания

НА СТАДИИ ПРОЕКТА, РАЗРАБОТКА ППР

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

НА СТАДИИ РАЗРАБОТКИ !

ТЕХНОЛОГ КАРТ, ВОЗ ЗДА "ИЧЕСКИХ ВЕДЕНИЯ ПИЯ

Алгоритм и программа расчетов на основе многокритериальной модели

Параметры технологии

Прочность бетона при замораживании

Прочность бетона при тепловом воздействии

Прочность бетона при раннем нагружении

Показатели технологии

Структурно-качественный уровень

Продолжительность

Трудоемкость

Себестоимость

Рис. 1. Взаимосвязь этапов организационно-технологического обеспечения процессов зимнего бетонирования.

Внедрение результатов.

Усовершенствованная технология применена ООО Холдинговая компания «МАССИВ» при возведении гражданских зданий в зимнее время, разработке технологической документации, а также составлении нормативно-правовых документов.

Предложенные методики, организационно-технологические решения включены в состав дисциплин специальностей «Промышленное и гражданское строительство» и «Экспертиза и управление недвижимостью» Южно-Уральского государственного университета: «Введение в специальность», «Технология возведения зданий и сооружений», «Организация и управление в строительстве» и др.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета в 2003-2007 гг., на научной конференции «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2005 год), научно-практической конференции «Доступное жилье - гражданам России» (Челябинск, 2006 год), строительном форуме «Саморегулирование строительной деятельности: перспективы, проблемы, пути решения» (Челябинск, 2006 год), на заседании межведомственной группы по национальному проекту «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» при Полномочном представительстве Президента в Уральском федеральном округе (Екатеринбург, 2006 год).

Достоверность экспериментальных данных, полученных аналитических выражений и зависимостей, разработанных алгоритмов и выводов подтверждается достаточным количеством проведенных экспериментов, применением стандартных методик, выбором адекватных математических моделей, использованием современных методов математической обработки результатов исследований.

Публикации.

Основные положения диссертации изложены в 4 печатных работах.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Работа содержит 166 страниц текста, в том числе 32 таблицы, 23 рисунка и 93 наименования списка использованной литературы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. За последние десятилетия в технологии возведения гражданских зданий с монолитным железобетоном произошли существенные изменения. Однако они почти не отразились на работах в зимних условиях. Так, при выборе организационно-технологических решений не учитываются многокритериальность, темпы твердения бетонов повышенных классов, влияние термообработки, замораживания и раннего нагружения. Это приводит к завышению времени твердения бетона, дефектам и возрастанию дополнительных затрат, особенно по трудоемкости.

2. Наиболее распространенным элементом пространственной несущей системы многоэтажных зданий является монолитный и сборно-монолитный каркас. Он включает монолитные и сборные колонны, монолитные плиты. Расчетно-конструктивная схема здания и виды отдельных конструкций влияют на выбор опалубочных систем, которые представлены разборно-переставными, тоннельными и несъемными типами. Совокупность конструктивных решений опалубок и методов зимнего бетонирования образуют конструктивно-технологические системы.

3. Уточнен многокритериальный подход к оценке вариантов организационно-технологических решений в области технологии зимнего бетонирования. Выделены показатели вариантов, включающие требование по обеспечению распалубочной прочности бетона. На основе экспертного опроса предложено четыре критерия: структурно-качественный уровень, трудоемкость, себестоимость и продолжительность процессов. Этот набор критериев отвечает условиям моделирования и обеспечивает возможность решения многокритериальной задачи.

4. Установлено влияние положительных и отрицательных температур на прочность бетона в зимнее время (бетоны классов В30-В50, O.K.- 20-22 см, модификатор МБ 10-01). По сравнению с бетонами В15-В25 в возрасте трех суток прочность на 15-20 % выше, семи суток -на 20-25%. Значителен эффект термообработки бетонов при температурах 40 и 50°С. Экспериментально установлен рост прочности бетонов В30-В50 при выдерживании в условиях отрицательных температур (до -12°С). Получены значения переходных коэффициентов, характеризующих интенсивность твердения бетонов при положительных и отрицательных температурах, так для бетона В50 темп твердения в 1,3-1,7 раза больше, чем для В20.

5. Установлена возможность термообработки бетонов В30-В50, замораживаемых на различных этапах выдерживания. Наибольшее увеличение - до 16% отмечено для бетонов В50, наименьшее - до 8 % -класса ВЗО. Образцы, не содержащие модификатор и твердевшие в таких же условиях, как и с модификатором, показали снижение прочности до 15% от R28. Раннее нагружение бетонов В30-В50 оказывает положительное влияние на физико-механические свойства в зависимости от начальной прочности и температуры замораживания, времени последующего твердения при положительных температурах.

6. Предложена новая технология термообработки и выдерживания бетона в зимних условиях, учитывающая эффект раннего нагружения бетонов В30-В50. При этом здание разбивается на вертикальные захватки, включающие зону производства работ, зоны выдерживания и охлаждения конструкций. Сроки твердения бетона до получения заданной прочности сокращены на 30-50 %, оборачиваемость опалубок увеличивается в 1,5-2 раза, повышается качество бетона.

7. Составлен технологический регламент и осуществлена реализация методологии выбора организационно-технологических решений при строительстве многоэтажных гражданских зданий в городе Челябинске. Их применение сократило сроки возведения зданий на 50-70%, повышено качество монолитных конструкций. Для реализации разработанных рекомендаций разработаны элементы программного обеспечения в системе компьютерного проектирования.

1. Электротермообработка бетона Текст. : учеб. пособие / В. С. Абрамов, Н. Н. Данилов, Б. М. Красновский ; под общ. ред. В. С. Абрамова. М. :Стройиздат, 1975. 167 с.

2. Айрапетов, Г. А. К вопросу производства железобетонных работ с примененим опалубок в зимних условиях Текст. : материалы Международной научно-практический конференции «Строительство-98» Р-н-Д.: Ин-т строительных технологий и материалов, 1998. С. 3132.

3. Атаев, С.С. Технология индустриального строительства из монолитного бетона Текст. : учеб. пособие / С.С. Атаев. М. : Стройиздат, 1989. 336 с.

4. Арбеньев, А.С. От электротермоса к синэнергобетонированию Текст.: А.С. Арбеньев. Владимир : Изд-во Владимирского гос. ун-та, 1996. 272с.

5. Афанасьев, А.А. Возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона Текст.: учеб. пособие / А.А. Афанасьев. М.: Стройиздат, 1990. 380с.

6. Афанасьев, А.А. Технологическая эффективность ускоренных методов твердения бетонов в монолитном домостроении Текст. / А.А.

7. Афанасьев, Е.П. Матвеев, Ю.А. Мннаков // Промышленное и гражданское строительство. 1997. №8. С. 36-37.

8. Ахвердов, И.Н. Теоретические основы бетоноведения Текст.: учеб. пособие /И.Н. Ахвердов. Мн. :Высш. шк. 1991. 188 с.

9. Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона Текст.: учеб. пособие / И.Н. Ахвердов. М. :Стройиздат, 1981. 464 с.

10. Байбурин, А.Х. Проектирование экспертной системы оценки качества строительных технологий Текст. / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев, С.В. Никоноров // Известия ВУЗов. Строительство. 2002. № 7. С.52-55.

11. Байбурин, А.Х. Раннее нагружение монолитных конструкций многоэтажных гражданских зданий в зимних условиях Текст. : Дисс. . канд. техн. наук / А.Х. Байбурин. Челябинск : Изд-во ЮжноУральского гос. ун-та, 1992. 211с.

12. Беркович, JI.A. Массовое жилищное строительство в России, чему учит история Текст. // Доступное жилье гражданам России: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Челябинск, 2006. С. 20 29.

13. Беркович, JI.A. О целях при строительстве жилья Текст. // Саморегулирование строительной деятельности: материалы форума. Челябинск, 2006. С. 5 9.

14. Беркович, JI.A. Организационно-технологическое обеспечение процессов зимнего бетонирования жилых зданий Текст. / Леонид Беркович//Жилищное строительство. 2007. №6. С. 15 16.

15. Бессер, Я.Р. Зимнее бетонирование монолитных железобетонных конструкций в Главмосстрое Текст. / Я.Р. Бессер // Промышленное строительство. 1968. №10. С. 11-14.

16. Бешелев, С.Д. Математико-статистические методы экспертных оценок Текст.: С.Д. Бешелев, Ф.Г. Гурвич. М.: Статистика, 1980. 263 с.

17. Вавилов, М.В. Зимние строительные работы Текст.: учеб. пособие/ М.В. Вавилов, И.Г.Совалов. М.: Стройиздат, 1932. 191 с.

18. Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию Текст. /М.: Стройиздат, 1975. 265 с.

19. Гендин, В.Я. Области применения способов зимнего бетонирования Текст./В.Я.Гендин,В.К. Кузьмин.-М.: Стройиздат, 1987. С. 112-120.

20. Гернен, В.В Исследование режимов термообработки монолитных стен и перекрытий в переставной опалубке Текст.: учеб. пособие / В.В. Гернен, В.М. Родовой, Ю.Н. Абакумов М.: ЦНИИЭП жилища, 1982. С. 121-120.

21. Гныря А.И. Технология бетонных работ в зимних условиях Текст.: А.И.Гныря. Томск: Изд-Томского гос. ун-та, 1984. 280 с.

22. Головнев, С.Г. Зимнее бетонирование на Южном Урале Текст.: учеб. пособие / С.Г. Головнев, В.В. Капранов, Н.В. Юнусов, А.Х. Валеев. Челябинск: Южно-Уральское кн. изд-во, 1974. 136 с.

23. Головнев С.Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования Текст.: учеб.пособие/С.Г.Головнев. JI.: Стройиздат, 1983. 235с.

24. Головнев, С.Г. Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов Текст. : учеб. пособие / С.Г. Головнев. Челябинск: Изд-во Южно-Уральского гос. ун-та, 1999. 156 с.

25. Десов, А.Е. Ранняя распалубка конструкций Текст. / А.Е. Десов, Н.А. Мощанский // Строительная промышленность. 1941. № 2. С. 11 -13.

26. Миронов, С.А. Зимнее бетонирование и тепловая обработка бетона Текст./С.А Миронов. -М.: Стройиздат, 1975. С. 112-120.

27. Евдокимов, Н.И. Опыт возведения конструкций в зимних условиях с применением обогрева бетона нагревательными проводами Текст. / Н.И. Евдокимов // Промышленное и гражданское строительство. 1999. -№4. С. 30.

28. Зильберберг, С. Д. Опыт электротепловой обработки монолитного бетона Текст. / С. Д. Зильберберг, А.А. Сенников // Жилищное строительство. 1991. №2. С. 24-25.

29. Канынин, М.А. Интенсификация твердения бетона в зимних условиях комбинированным методом с применением внутреннего источника тепла и противоморозной добавки Текст.: Автореф. дисс. . канд.техн. наук/М.А.Канынин. М.:НИИЖБ, 1999. 23 с.

30. Киреенко, И.А. Бетонные работы на морозе Текст. / И.А. Киреенко. -Киев: Изд-воНКЗ, 1919. 168с.

31. Киреенко, И.А. Теоретическое обоснование твердения цементных растворов и бетонов на морозе Текст. / И.А. Киреенко // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура 1965. № 6. С.80-85.

32. Колчеданцев, JI.M. Способ интенсификации бетонных работ и средство управления структурообразованием бетона Текст. / J1.M. Колчеданцев//Строительные материалы. 1998. №2. С. 14-16. •

33. Копылов, В.Д. Дифференцированные режимы прогрева бетона Текст. /В. Д. Копылов //Бетон и железобетон. 1997. №4. С. 12-14.

34. Коробков, С.В. Тепло- и влагозащита бетона при возведениимонолитных зданий в зимних условиях с применением туннельной опалубки Текст.: Автореф. дисс. . канд. техн. наук / Коробков С.В. Томск: ТГАСУ, 2001. 26 с.

35. Красновский, Б.М. Физические основы тепловой обработки бетона Текст.: учеб. пособие/Б.М. Красновский. М.: Стройиздат, 1980. 128 с.

36. Красновский, Б.М. Динамика термонапряженного состояния конструкций при зимнем бетонировании Текст. / Б.М. Красновский // Бетон и железобетон. 1986. №12. С. 18-20.

37. Красновский, Б.М. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования Текст.: / Б.М. Красновский. М.: Изд-во ГАСИС, 2004. 470 с.

38. Крылов, Б.А. Вопросы теории и производственного применения электрической энергии для тепловой обработки бетона в различных температурных условиях Текст.: Автореф. дисс. . Докт. техн. наук / М.: Стройиздат, 1970. 55 с.

39. Крылов, Б.А. Методы производства бетонных работ с применением прогрева и обогрева конструкций Текст.: Материалы второго международного симпозиума по зимнему бетонированию: М. : Стройиздат, 1975. С. 101-122.

40. Крылов, Б.А. Монолитный железобетон сегодня и перспективы его развития Текст. / Б.А. Крылов // Вестник отделения строительных наук. М.:-1999. Вып.2 -С.26-29.

41. Крылов, Б.А. Об интенсификации твердения бетона при возведении монолитных зданий Текст. / Б.А. Крылов // Жилищное строительство. 1983. №8. С. 15.

42. Кэмпион, П.Дж. Практическое руководство по представлению результатов измерений Текст. : П.Дж. Кэмпион, Д.Е. Варне, А.

43. Вильяме; пер. с англ. проф. В.И. Иванова. М.: Атомиздат, 1979. 72 с.

44. Лагойда, А.В. Энергосберегающие технологии при возведении монолитных конструкций Текст. / А.В. Лагойда, Н.Н. Данилов, И.Б. Заседателев, А.Р. Соловьянчик // Бетон и железобетон. 1988. № 9. С. 4547.

45. Лагойда, А.В. О механизме формирования структуры бетона при замораживании Текст. / А.В. Лагойда // Бетон и железобетон. 1981. №7. С. 16-17.

46. Лукьянов, B.C. Защита бетонных опор мостов от температурных трещин Текст.: учеб. пособие/B.C. Лукьянов. М.: Трансжелдориздат, 1959. 151с.

47. Лукьянов, B.C. Защита бетонных опор мостов от температурных трещин Текст. : учеб. пособие / B.C. Лукьянов, И.И. Денисов. М. : Трансжелдориздат, 1959. 151с.

48. Лыков, А.В. Теория теплопроводности Текст.: учеб. пособие / А.В. Лыков. М.: Высшая школа, 1967. 742 с.

49. Методические рекомендации по выбору и применению эффективной опалубки для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций Текст.: учеб. пособие для вузов / Киев: КИСИ, 1983. 65 с.

50. Малинина, Л.А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона Текст.: учеб. пособие /Л.А. Малинина. М.: Стройиздат, 1977. 159 с.

51. Мельник, А.А. Совершенствование технологии конвективного прогрева монолитных тонкостенных конструкций Текст. : Автореф. дисс. . канд. техн. наук / А.А. Мельник. Челябинск : Изд-во Южноуральского гос. ун-та, 2002. 22 с.

52. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования Текст. :учеб. пособие для вузов / под ред. В.В. Косова. М. : Информэлектро, 1994 81с.

53. Милованов, А.Ф. Учет воздействия низких температур при расчете конструкций Текст. / А.Ф. Милованов, В.Н. Самойленко // Бетон и железобетон. 1980. №3. С. 25-26.

54. Миронов, С.А. Зимнее бетонирование и тепловая обработка бетона Текст.: учеб. пособие / С.А. Миронов, Е.Г. Глазырина. М.: Стройиздат, 1975. С. 79-86.

55. Миронов, С.А. Твердение бетонов при отрицательных температурах Текст. / С.А. Миронов, Б.А. Крылов, О.С. Иванова // Бетон и железобетон. 1996. №12. С. 31-33.

56. Миронов, С.А. К выбору способа выдерживания бетона в монолитных железобетонных конструкциях, возводимых на морозе Текст. / С.А. Миронов, Б.А. Крылов, О.С. Иванова // Промышленное строительство. 1968. №10. С. 2-5.

57. Миронов, С.А. Температурный фактор в твердении бетона Текст.: учеб. пособие/С.А. Миронов. М.: Стройиздат, 1948. 231 с.

58. Миронов, С.А. Теория и методы зимнего бетонирования Текст. : учеб.пособие/С.А.Миронов. М.:Стройиздат, 1975. 700с.

59. Монфред, Ю.Б. Организация систем управления качеством строительства. М.: Издательство МИСИ, 1986. - 76 с.

60. Мордич, А.И. Симбрикин, В.Н. Анализ статической работы и материалоемкости каркасных конструктивных систем многоэтажных гражданских зданий // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии. Ростов-на-Дону, 2004. с. 388-398.

61. Мордич, А.И. Анализ статической работы и материалоемкости каркасных конструктивных систем многоэтажных гражданских зданий

62. Текст.:учеб.пособие/А.И.Мордич,В.Н.Симбиркин. М.:Стройиздат, 2004. С. 388-398.

63. Никоноров, С.В. Разработка методики оценки качества возведения монолитных конструкций гражданских зданий Текст.: Дисс. . канд. техн. наук / С.В. Никоноров. Челябинск: Изд-во Южно-Уральского гос. ун-та, 2004. 204 с.

64. Пойярви, X. Опыт зимнего бетонирования в Финляндии Текст.: Материалы второго международного симпозиума по зимнему бетонированию: -М.: Стройиздат, 1978. С. 123-140.

65. Ратинов, В.Б. Добавки в бетон Текст. / В.Б. Ратинов, Т.И. Розенберг. М.: Стройиздат, 1989. 188 с.

66. Рекомендации по обеспечении трещиностойкости монолитных стен Текст. / М. :ЦНИИЭП жилища, 1987 88 с.

67. Рекомендации по технологии возведения монолитных гражданских зданий Текст. /М.:ЦНИИЭП жилища, 1984 49 с.

68. Рекомендации по технологии возведения монолитных гражданских зданий Текст. / М.: ЦНИИЭП жилища, 1987 88 с.

69. Руководство по конструкциям опалубок и производству опалубочных работ Текст. / под ред. А.Н. Мордича. М. : Стройиздат, 1983.501с.

70. Руководство по проектированию конструкции и технологии возведения монолитных бескаркасных зданий Текст. /М.: Стройиздат, 1982. 216с.

71. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях в районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера Текст. / М. : Стройиздат, 1982.-313 с.

72. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях Текст. / М.: НИИЖБ, 2005. 275 с.

73. Сеа, Ж. Оптимизация. Теория и алгоритм Текст.: учеб. пособие /Ж. Сеа. М.: Мир, 1973. 243 с.

74. Совалов, И.Г. Выбор метода производства бетонных работ в зимних условиях Текст. / И.Г. Совалов // Промышленное строительство. 1962. №2. С. 16-29.

75. Совалов, И.Г. Электропрогрев бетона в греющей опалубке Текст. / И.Г. Совалов, А.И.Творогов// Промышленное строительство. 1968. № 10. С. 10-11.

76. СНиП 3.03.01.87. Несущие и ограждающие конструкции Текст. / М. : ГУПЦПП, 1996. -192 с.

77. Сухов, А.Н. Математическая обработка результатов измерений Текст.: учеб. пособие/А.Н.Сухов. М. :МИСИ, 1982. 89 с.

78. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей Текст. : учеб. пособие / В.З. Бродский, Л.И. Бродский, Т.И. Голинова, Н.П. Никитина, Л.А. Панченко; под общ. ред. В.З. Бродского. М.: Металлургия, 1982. 89 с.

79. Технология строительного производства в зимних условиях Текст.: / Л.Д. Акимова, И.Г. Амосов, Г.М. Бадьин ; под общ. ред. В.А. Евдокимова. Л.: Стройиздат: Ленинрадское отд-ние, 1984. 264 с.

80. Технология строительного производства Текст. : / О.О. Литвинов, Ю.И. Беляков, Г.М. Батура; под общ. ред. О.О. Литвинова. К.: Вища школа, 1985. 479 с.

81. Технология строительных процессов Текст. : / А.А. Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копылов; под общ. ред. Н.Н. Данилова. М.: Выс. шк, 1997. 464 с.

82. Топчий, В.Д. Бетонирование в термоактивной опалубке Текст. : / В.Д.Топчий. М.: Стройиздат, 1977. 464 с.

83. Ушмаров, Ю.К. Вопросы технологии, организации и управления строительным процессом в условиях Дальнего Востока Текст. : учеб.пособие для вузов / Ю.К. Ушмаров. Хабаровск : Изд-во Дальневосточного гос. ун-та путей и сообщения, 1998. С. 17-21.

84. Шишкин, В.В. Возведение монолитных зданий в зимних условиях Текст./В.В.Шишкин//Жилищноестроительство. 1989. №5. С. 11-12.

85. Шпанко, С.Н. Энергосберегающая и щадящая технология зимнего бетонирования строительных конструкций Текст.: Автореф. дисс. . канд. техн. наук/С.Н. Шпанко. Новосибирск :НГАСУ, 2001. 19 с.

86. Frankenberger, A. Mogliclikeiten gibt es viele Текст. /А. Frankenberger //Baugeweerbe. -2000. -№4. P.8-12.

87. Schwing pumps through the night Текст.//Constructor. -1999. -№2. 46 p.

88. Birkeland, P.W., Westholf L.T. Dimensional Tolerances in a tall concrete building Текст./P.W.Birkeland,L.T. Westholf //Adjournal. 1971. №8. P. 25-28.

89. Bloem, D.L. Specification for structure concrete for buildings Текст. / D.L.Bloem//ACIJournal. 1971. №6. P.51-55.

90. Davis, R.E. Flow of Concrete Under the Action of Sustained Loads Текст. / R.E. Davis // Journal of the American Concrete Instate. 1931. № 7. P. 22.

91. Holisky, M. Reliability analysis of a reinforced concrete column designed according to the Eurocodes Текст. /М. Holisky, T. Vrouwenvelder// JABSE Colloquium Delft., Report.-1996. №8 P. 251-265.

92. Mamillan, M.M. A Stade the Creep of Concrete Текст. / M.M. Mamillan //RILEM. 1959. №3 58p.

93. Roll, F. Long-time creep cecovery of highly stress concrete cylinders Текст./F. Roll//Symposium of creep. A.C.J. 1964. №7.267 p.

94. Tassi, M. Variation of concrete strength due to pressure exited on fresh concrete. Cement and Concrete Research. 1980. №6. P. 845-852.