автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология выдерживания бетона в монолитных конструкциях различной массивности, возводимых в жарком влажном климате

На правах рукописи

Нгуен Куи Дык

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА В МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ РАЗЛИЧНОЙ МАССИВНОСТИ, ВОЗВОДИМЫХ В ЖАРКОМ ВЛАЖНОМ КЛИМАТЕ

( применительно к условиям Республики Вьетнам )

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013 005533854

Москва 2013

005533854

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет"

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Копылов Виктор Дмитриевич

Официальные оппоненты: Подгорнов Николай Иосифович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», заведующий кафедрой строительного производства института коммунального хозяйства и строительства

Сагадеев Рустам Ахнафович кандидат технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО НИУ Высшая школа экономики, доцент кафедры строительного производства института дополнительного профессионального образования (ГАСИС НИУ ВШЭ)

Ведущая организация: ОАО «НИЦ«Строительство»-Научно исследова-

тельский, проектно-конструкторс^ий и технологический институт бетона и железобетона ( НИИЖБ ) имени А.А. Гвоздева

Защита состоится " октября 2013 г. в 12:00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26., «Открытая сеть», ауд. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан 40 " сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимость непрерывного развития промышленности и повышения комфортности жилищных условий во Вьетнаме требуют постоянного увеличения объёма строительства и улучшения его качества.

Географические условия и состояние строительной индустрии Вьетнама обусловливают преимущественное применение в строительстве монолитного бетона и железобетона. Подтверждением сказанного является непрерывное возрастание объёма используемого монолитного бетона и железобетона. Так, если в 1991 году соотношение производства монолитного и сборного бетона находилось в отношении 55% на 45 %, то уже в 2012 году на долю монолитного бетона и железобетона во Вьетнаме приходилось 50 млн. м3, что составило около 90 % от общего объёма применяемых конструкций в год.

Применяющиеся в настоящее время технологии и методы возведения зданий и сооружений из монолитного железобетона предусматривают сравнительно высокие затраты труда и не гарантируют высокого качества работ, требуемой долговечности и безопасности зданий и сооружений.

Причиной этого является отсутствие научно обоснованных и практически подтверждённых рекомендаций по совершенствованию технологических процессов устройства монолитных бетонных и железобетонных конструкций с учётом особенностей параметров окружающей среды, характерных для Вьетнама. Анализ литературных источников показал существенное влияние переменных темпера-турно - влажностных условий среды на формирование структуры, свойств и качества бетона. Однако в выполненных работах изучали влияние на формирование структуры и свойств бетона отдельных факторов окружающей среды. Причём, исследования проводили, как правило, в лабораторных условиях.

Отсутствие результатов системного анализа комплексного влияния переменных температурно - влажностных параметров окружающей среды на формирование структуры и свойств бетона на ранней стадии его твердения, обусловливающих качество и несущую способность железобетонных конструкций, долговечность и безопасность зданий и сооружений, не позволяет осуществить разработку эффективных и рациональных технологий устройства монолитных бетонных и железобетонных конструкций в условиях жаркого влажного климата, характерных для Вьетнама. При этом следует учитывать также необходимость одновременного снижения трудозатрат и продолжительности « ухода » за бетоном при устройстве монолитных конструкций.

При этом необходимо учитывать целесообразность использования в жарком климате добавок - пластификаторов, обеспечивающих консервацию подвижности бетонной смеси для возможности манипуляции с ней требуемый период времени. Особенности же физических процессов в бетоне с добавками - пластификаторами при воздействии повышения температур изучены недостаточно, что затрудняет назначение параметров выдерживания бетона, особенно на ранней стадии его твердения, и прогнозирование его структуры и свойств.

Поэтому, исследованная в диссертации проблема является весьма актуальной.

Целью диссертационной работы являлось разработка эффективной технологии выдерживания бетона на ранней стадии твердении при возведении монолитных бетонных конструкций в переменных температурно - влажностных условиях окружающей среды на основе изучения комплексного влияния технологических и климатических факторов на формирование структуры и свойств бетона.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- определить принципы формирования температурного поля в бетонных конструкциях разной массивности, твердеющих в переменных температурно - влажностных условиях;

- изучить деформации бетона в конструкциях разной массивности, твердеющих в аналогичных условиях окружающей среды;

- выявить влияние переменных температурно - влажностных параметров среды на физические процессы, протекающие в различных монолитных конструкциях;

- установить особенности формирования структуры и свойств бетона в монолитных конструкциях, возводимых в условиях жаркого влажного климата;

- изучить особенности физических и физико - химических процессов, формирования структуры и свойств бетона при использовании пластифицирующих добавок в конструкциях, возводимых в условиях жаркого влажного климата;

- разработать основные положения эффективной технологии возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, возводимых в условиях жаркого влажного климата, обеспечивающей получение материала с высокими физико - техническими характеристиками, долговечностью и безопасностью.

Научная новизна работы:

- установлены качественные и количественные характеристики температурных полей, формирующихся на ранней стадии выдерживания в бетоне монолитных конструкций различной массивности, возводимых в условиях жаркого влажного климата;

- выявлено влияние на формирование температурного поля состава бетона, наличия пластифицирующих добавок, массивности конструкций, температуры окружающей среды;

- определены характер и величины деформаций бетона как без пластификатора, так и с пластификатором на ранней стадии его выдерживания в конструкциях различной массивности, возводимых в переменных температурно - влажностных условиях окружающей среды;

- установлено влияние характера и величины деформаций, формирующихся на ранней стадии твердения бетона при возведении монолитных конструкций в условиях жаркого влажного климата, на его основные свойства ( в частности, прочность, пористость);

- на основании результатов проведённых исследований разработана эффективная и рациональная технология возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций в условиях жаркого влажного климата, позволяющая полу-

чить долговечные конструкции с требуемыми несущими способностями и безопасностью.

Практическая ценность работы:

- разработаны эффективная технология и условия выдерживания бетона в монолитных конструкциях различной массивности, возводимых в переменных температурно-влажностных условиях окружающей среды, позволяющие сократить продолжительность ухода за бетоном, уменьшить трудозатраты и снизить стоимость производства работ при высоком качестве бетона, которые заключаются в: выдерживании бетона в комбинированных условиях ( первые 2...4 часа в условиях ограниченно-свободного массообмена с окружающей средой а затем - в условиях, исключающих массообмен с окружающий средой ), сохранении неравномерности температурного поля по объёму конструкции при внешнем тепловом воздействии, применении добавок пластификаторов;

- произведена производственная апробация предложенной технологии и условий, подтвердившая технологическую и экономическую эффективность.

Внедрение результатов исследований:

Разработанные рекомендации по эффективной технологии устройства монолитных железобетонных конструкций при переменных температурно-влажностных условиях внедрены на стройке объекта «Жилой дом» в городе Хай-фонг, Вьетнам. Строительные процессы реализовывались в влажном жарком цикле (периодически в солнечном жарком цикле) от мая до сентября 2011 года. Температура и относительная влажность окружающей среды составляют в пределах Т = 28 - 43°С (днем: 25 - 38°С), \У = 35 - 90% (днем: 40-85%). Практическое внедрение позволило сократить продолжительность выдерживания бетона до распа-лубливания с 7...8 суток до 3...4 суток, снизить себестоимость 1 м готового бетона монолитных конструкций на 180.500 УШ (= 300 рублей) и трудозатраты на 0,015 ч-дн.

Апробация:

Основные положения работы опубликованы в 4 статьях в журнале « Промышленное и гражданское строительство » ( номера журнала: 6/2011; 9/2011; 5/2012 ; 9/2012 г.), который рекомендован ВАК РФ для публикации основных результатов кандидатских диссертаций.

На защиту выносятся:

- результаты исследования формирования температурных полей в конструкциях различной массивности, возводимых в переменных температурно - влаж-ностных условиях окружающей среды;

- результаты изучения деформации бетона на ранней стадии твердения в конструкциях различной массивности, возводимых в условиях жаркого влажного климата;

- результаты исследования свойств бетона, в частности, прочности на сжатие и пористости, в конструкциях различной массивности, возводимых в условиях жаркого влажного климата;

- результаты изучения влияния пластифицирующих добавок на формирование температурного поля, деформации бетона и его свойства в конструкциях раз-

личной массивности, возводимых при переменных температурно - влажностных параметрах окружающей среды;

- разработана эффективная технология выдерживания свежеуложенного бетона на ранней стадии его твердения в конструкциях, возводимых в условиях жаркого влажного климата Вьетнама.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами, общих выводов, списка использованной литературы из 127 наименований. Она изложена на 216 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков и 45 таблиц.

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой профессору, доктору технических наук A.A. Лапидусу и сотрудникам кафедры за помощь и поддержку в период работы над диссертацией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определена цель и задачи работы, её научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проводится анализ применения монолитного бетона и железобетона для возведения различных зданий и сооружений во Вьетнаме. Постоянное развитие народного хозяйства и государственная политика по улучшению жизни населения вызывают необходимость существенного увеличения объёма строительства. Состояние строительной индустрии и сопутствующих отраслей народного хозяйства обусловливают преимущественное использование монолитного бетона и железобетона. Однако специфика климатических условий Вьетнама вызывает определённые сложности в технологии производства работ, связанные с необходимостью создания бетону, особенно на ранней стадии твердения, благоприятных температурно - влажностных условий. Особенностью климата Вьетнама является широкий диапазон изменения температуры и влажности окружающей среды не только в течение года, но и в течение суток и составляющий в пределах 22...43°С и 25...82%, высокая интенсивность солнечной энергии - 1500...4000 кДж/м2.ч.

В зимний сезон температура среды находится в пределах 15...25 °С, относительная влажность - 65... 100%, за исключением сухого цикла, когда под действием сухих континентальных ветров и солнечной энергии температура в середине дня повышается до 28...30 °С, а относительная влажность понижается до 40...45%.

В жаркий сезон, под влиянием высокой интенсивности солнечной энергии, до середины дня температура среды повышается с 25...30 °С до 35...45 °С, а относительная влажность понижается с 85.. .95% до 35.. .45%.

Выявлено, что параметры жаркого влажного климата, в первую очередь температура и относительная влажность окружающей среды, оказывают существенное влияние на возведение монолитных бетонных и железобетонных конструкций на всех стадиях производства. Основным из них является влияние на формирование структуры и свойств бетона в процессе выдерживания его после укладки.

Поведение бетона в процессе выдерживания и уход за ним в условиях жаркого климата изучали Советские и Российские специалисты Абдуллоев Д.А., Баженов Ю.М., Барыкин П.И, Заседателев И.Б., Копылов В.Д., Крылов Б.А., Малинина Л.А., Малинский Е.И., Миронов С.А., Осипов А.Д., Темкин Е.С., Подгорнов Н.И., Пунагин В.А., Ферронская В.А., Шмидт В.А. и другие и зарубежные специалисты Нгуен Тиен Дик, Нгуен Дык Тханг, Хо Нгок Кхоа, Нгуен Минь Нгок, Нгуен Хонг Лам и другие.

Изменяемые в широких пределах даже в течение суток параметры окружающей среды, существенно влияющие на аналогичные характеристики бетона, требуют разработки и реализации специальных технологий выдерживания бетона.

Поэтому с целью разработки эффективных технологий и условий выдерживания бетона монолитных конструкций при строительстве в переменных темпера-турно-влажностных условиях окружающей среды необходимо исследовать комплексное влияние технологических и климатических факторов на формирование структуры и свойств бетона. Несмотря на то, что много факторов влияют на прочность бетона, исследовались только влияния температуры, влажности и модуля поверхности бетона, которые значительно влияют на процессы массообмена и вглагообмена в бетоне. Кроме того, влияние ветра на бетон не успешно определить метод исследования.

Во второй главе изложены основные положения методик экспериментальных исследований по определению формирования температурного поля, деформаций и основных свойств бетона ( в частности, прочности и пористости ) в фрагментах различной массивности. Эксперименты проводили на фрагментах размером в плане 1,2 х 1,2 м и толщиной 1,2 ( обозначены А ), 0,6 ( обозначены Б ) и 0,2 м ( обозначены В ). Вследствие изменения толщины модуль поверхности ( Мп ) фрагментов составлял, соответственно, 5 м"1 , 6,6 м"1 и 13,3 м"1 . Проведение экспериментов на фрагментах обеспечивает возможность использования полученных результатов и установленных на их основе зависимостей при разработке рациональных и эффективных технологий и режимов выдерживания бетона в монолитных конструкциях, в первую очередь, на ранней стадии его твердения. Эксперименты на фрагментах с различными Мп позволили установить особенности протекания физических процессов в бетоне конструкций различной массивности и степень влияния их свойства и качество материала и корректировать параметры выдерживания. В качестве опалубки использовали фанерный лист толщиной 18 мм ( максимальная толщина опалубочного фанерного листа, используемого во Вьетнаме ) с коэффициентом теплопередачи ( К ) 0,83 Вт/м2.град.

По результату анализа климатических факторов Вьетнама были выбраны 4 разных климатических условия, в которых проводили эксперименты: первое условие Т = 15...25°С и W = 15...45%; второе условие Т = 15...25°С и W = 45...85%; третье условие Т = 25...45°С и W = 15...45%; четвертое условие Т = 25...45°С и W = 45...85%. Эксперименты проводились в 4 естественных климатических условиях: первое условие Т = 22...43°С и W = 25...82%, второе уело-

вие Т = 22...40°С и = 20. ..78%; третье условие Т = 17...37°С и = 14...80%; четвертое условие Т= 14...28°С и \У = 48...84%.

С целью определения формирования температурного поля по объёму фрагментов температуру бетона измеряли в трёх точках по высоте по центру, по краю и в углу ( рис. 1). В качестве датчиков использовали медь - константановые термопары. Измерение температуры осуществляли через каждый час в течение 30 часов.

Деформации бетона во всех фрагментах определяли по вертикали послойно. Толщина каждого слоя составляла 20 см. Для уменьшения влияния побочных факторов и повышения достоверности полученных данных, датчики измерения деформаций несколько сдвигались по вертикали. В качестве датчиков использовал индикаторы часового типа с точностью измерения 0,01 мм. Деформации « снимали » с помощью пластин размером 5 х 5 см. Инваровые стержни, передающие деформации с пластин к индикаторам, изолировали и заключали в специальные трубки. Использованные методики и датчики обеспечивают высокую точность измерений и адекватность полученных данных.

Выдерживали бетон на ранней стадия твердения в комбинированных условиях ( в течение первых 3-х часов в условиях ограниченно - свободного массообме-на с окружающей средой - верхняя неопалубленная поверхность была открыта, а затем в условиях исключенного массообмена с окружающей средой - верхнюю неопалубленную поверхность укрывали влагоизоляционных материалом ).

Эксперименты проводили на бетонах четырёх составов с разными В\Ц и подвижностью без добавок и с добавкой пластификатора ( табл.1 ). Обозначении фрагментов А1...А4 ; Б1...Б4 ; В1...В4 показаны по номерам 1...4 составов бетона.

Таблица 1

Расход компонентов на 1 м3 бетонной смеси.

Без пластификаторов

№ ок см В/Ц Цемент кг Вода л Пссок кг Щебень кг Добавка

Литр % от массы цемента

1 5..6 0,4 468 187 723 1043 0 0

2 0,6 305 183 841 1074 0 0

3 4 10..12 0,4 495 198 618 1033 0 0

0,6 325 195 806 1061 0 0

С пластификаторами

№ ОК см В/Ц Цемент кг Вода л Пссок кг Щебень кг Добавка

Литр % от массы цемента

1 5..6 0,4 450 178 840 970 5,4 1,2

2 0,6 295 176 965 1000 2,95 1

3 10..12 0,4 460 181 830 965 5,52 1,2

4 0,6 300 179 955 1000 3 1

Фрагменты конструкций изготавливали из бетонных смесей с В/Ц = 0,4 и 0,6 , подвижностью 5...6 см и 10...12 см осадки стандартного конуса на портландцементе марки 400 без пластификаторов и с пластифицирующими добавками. При проведении экспериментов использовали добавку пластификатора аналогичную по составу Российской добавке типа ПАЩ, которая широко используется для уменьшения количество воды в бетонной смеси. В качестве вяжущего компонента для бетона использовался портландцемент с минеральными добавками РСВ40, выпускаемый заводом Чинфонг марка 400 с активными минеральными добавками не более 20 %. В качестве мелкого заполнителя был использован песок реки Ло, соответствующий требованиям вьетнамского стандарта ТСУК 1770-1986 (аналогично ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 8735-88 ). В качестве крупного заполнителя был использован гранитный щебень карьера Киен Хе, соответствующий требованиям вьетнамского стандарта ТСУЫ 1771-1987 (аналогично ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 8269.0-97). С целью оптимизации объёма исследований, обеспечивающего получение достоверных и корректных результатов, было проведено планирование экспериментов, которое подробно приведено в диссертации.

В третьей главе приводятся результаты изучения формирования температурного поля во фрагментах различной массивности, возводимых из бетонной смеси разных составов, в том числе, с пластифицирующими добавками, при различных температурно - влажностных условиях окружающей среды. Установлено существенная неравномерность температурного поля по объёму фрагмента. Причём, с увеличением массивности фрагмента неравномерность температурного поля возрастает ( рис. 2 ). Превышение температуры бетона по сравнению с начальной достигает 25...45 0 С в фрагментах с Мп - 5 м'1, 17...35 0 С в фрагментах с Мп - 6,6 м"1, 12... 18 0 С в фрагментах с Мп - 13,3 м'1. Имеет место и превышение температуры бетона по сравнению с температурой окружающей среды, которое также связано с температурой окружающей среды. Основной причиной повышения температуры бетона является экзотермическое тепловыделение. Неравномерность температурного поля объясняется особенностью экзотермического тепловыделения, теплопереноса внутри фрагментов и теплообменом с окружающей средой. Действительно, наибольшая температура наблюдается в центральных зонах фрагментов, в других зонах, по мере увеличения тепло-потерь в окружающую среду, температура бетона уменьшается ( при опалубочные, угловые ) ( рис.2 ).

Существенное влияние на формирование температурного поля и величины температуры оказывает состав бетона. Точнее количество цемента. При увеличении его тепловыделение возрастает и, следовательно, температура бетона увеличивается. Так, при содержании цемента 495 кг/ м3 в фрагментах с Мп - 5 м' достигает 84 0 С, а в фрагментах с Мп - 6,6 м'1 - 61 0 С. При содержании цемента 305 кг/м3 температура составляет, соответственно, 63 С и 48 С. То есть, при увеличении содержания цемента в бетоне его температура на ранней стадии твердения возрастает. Причиной этого, как уже доказано многочисленными экспериментами, является зависимость тепловыделений от количества цемента. С увеличением расхода цемента тепловыделения возрастают и, следовательно, увеличивается температура бетона.

*Чг

_Ш_

550 600

"7,8,9

Й I) ||

4,5,6 1,2,3

о о

¡о) [Ц ||

300 ) 300 1 300 I 300

50 550 600

■л 1 1

° 7,8,9

4,5,6 о 1,2,3 о 1 1200

о 1' 0 2' 3' ® 0 С

1200

о 50 550 600

1 <

о сз °3 02 о1 8 8

600 I 600

1700

Фрагмент Б

Фрагмент В

Фрагмент А

а) Размещение термодатчиков: 1, 2, 3,4, 5,6, 7, В, 9

б) Размещение датчиков деформаций: Г, 2', 3', 4', 5', 6', 7', 8', 9'

Рис. 1: Расположение термодатчиков и датчиков деформаций.

Махшмалкиая тс-.паратура фрагмента сМ„= Б и1, "С

40 45 50 55 И 55 70 75 80 85

Иипшин температура фрагмент« с М„- 6,6 м-1, °С 40 45 50 55 СО 65 70 75 80 85

а) без пластификатора б) с пластификатором

Рис. 2 : Изменение температуры по толщине фрагментов из бетона без пластификатора и с пластификатором с В/Ц = 0,4 и ОК = 10.. 12 см в фрагментах с М„ = 5 м"1 и Мп = 6,6 м"1

В фрагментах из бетонной смеси с пластифицирующими добавками увеличение температуры бетона по сравнению с начальной и её превышение по сравнению с температурой окружающей среды несколько меньше ( рис. 26). Объясняется это менее интенсивным выделением экзотермического тепла, что связано с особенностями реакций гидратации цемента при наличии пластифицирующих добавок, обусловленными снижением интенсивности взаимодействия цемента с водой вследствие образования на поверхности цементных зёрен плёнок, препятствующих доступу воды. Больше того, разброс температуры по объёму фрагментов меньше, чем у бетонов без добавок ( рис. 2а).

В диссертации приведена методика расчёта потерь влаги бетоном в процессе выдерживания и выполнен расчёт с учетом параметров окружающей среды. Это позволит устанавливать оптимальную продолжительность выдерживания бетона в условиях ограниченно-свободного массообмена с окружающей средой для конструкций различной массивности без опасения их излишнего обезвоживания и ухудшения структуры и снижения качества и долговечности.

Разработана методика прогнозирования температурного состояния бетона в процессе выдерживания на ранней стадии твердения в условиях жаркого влажного климате. Расчёты, проведённые по рекомендуемой методике с помощью компьютерной программы МАТНЬАВ, хорошо согласуются с экспериментальными данными. Использование предлагаемой методики позволит регулировать темпе-

ратурное поле по объему конструкций с целью создания благоприятных темпера-турно-влажностный условии, обеспечивающих получение бетона с требуемыми свойствами и высокого качества.

В четвёртой главе изложены результаты исследования деформаций бетона в конструкциях различной массивности, возводимых в переменных температурно -влажностных условиях окружающей среды.

Экспериментально установлен сложный характер деформаций бетона на ранней стадии его твердения. При этом следует иметь в виду, что фиксируемые деформации представляют собой суммарное проявление температурных изменений ( расширения - сжатия ) и усадки. Выявлено значительное различие деформаций по объёму фрагментов. В определённой степени деформации соответствуют температурным изменениям. Послойное измерение показало, что в различных зонах фрагментов наблюдаются разные виды деформаций. Причём, наибольшее расширение, обусловливающее нарушение структуры и ухудшение свойств бетона, имеет место в центральных зонах ( рис. За ).

Экспериментально установлена зависимость характера и величины деформаций от целого ряда действующих на бетон на ранней стадии его твердения факторов, интенсифицирующихся при тепловом воздействии на него. Неравномерность температурного поля по объёму фрагментов является главной причиной неравномерности деформации. Причём, наибольшее расширение наблюдается в фрагментах с Мп = 5 м"1. По мере удаления от центральных зон величина расширения уменьшается. В отдельных зонах фрагментов имеет место уменьшение размеров ( так называемая «усадка » ). При этом следует отметить, что полученные результаты меньше деформаций расширения, проявляемых в фрагментах с равномерным температурным полем.

Экспериментально установлена зависимость характера и величины деформаций от целого ряда факторов ( температуры бетона, массивность конструкции, состав бетона, пластифицирующие добавки ). На основании полученных результатов можно сделать вывод, что при неравномерном температурном поле имеют место меньшие деформации расширения ( в 1,5...2 раза меньше деформаций расширения, возникающих при равномерном температурном поле ). Причиной этого является миграция влаги из более разогретых в менее разогретые зоны конструкции, что снижает давление в первых и, соответственно, уменьшает расширение. Больше того, уменьшение влажности провоцирует увеличение усадки, что уменьшает фиксируемую величину увеличения объёма и способствует более благоприятному формированию структуры и свойств бетона.

Применение бетонов с пластифицирующими добавками и выдерживание бетона в условиях ограниченно - свободного массообмена с окружающей средой, сохранение неравномерности температурного поля по объёму конструкции при внешнем тепловом воздействии уменьшает деформации бетона ( рис. 36 ), что способствует улучшению структуры и свойств бетона в конструкциях, возводимых в условиях жаркого влажного климата.

а) без пластифицирующих добавок б) с пластифицирующими добавками

Рис. 3 : Максимальные послойные деформации в фрагменте А с Мп = 5 м"' из бетона без пластифицирующих добавок и с пластифицирующими добавками

В пятой главе приводятся результаты исследования свойств бетона в конструкциях различной массивности, возводимых в переменных температурно -влажностных условиях окружающей среды. В частности, определяли прочность бетона на сжатие и его пористость. Эксперименты показали довольно высокую прочность бетона непосредственно в фрагментах.

Практически во всех фрагментах наибольшая прочность наблюдается в центральных зонах фрагментов. Следует отметить, что прочность бетонов без добавок, определённая путем испытания кернов, высверленных из фрагментов, и образцов, твердевших в нормальных температурно-влажностных условиях, отличаются не более, чем на 15%.

Полученные результаты подтвердили зависимость прочности бетона от состава бетона, точнее, от водоцементного отношения. Это согласуется с многочисленными данными, полученными в раннее проведённых исследованиях.

Эксперименты показали положительное влияние пластифицирующих добавок на прочность бетона. Причём, превышение прочности наблюдается, как у бетонов, твердевших в нормальных температурно - влажностных условиях, так и твердевших в естественных условиях жаркого влажного климата. Причём, у бетонов, твердевших в естественных условиях положительное влияние добавок на прочность выше ( табл. 2 ). В фрагментах из бетона с пластифицирующими добавками в ряде случаев прочность в кернах, высверленных из натурных фрагментов, оказалась на 15 ... 20 % больше прочности бетона в образцах - кубах, выдержанных в нормальных температурно - влажностных условиях.

Осуществлена статическая обработка прочностных характеристик бетона, полученных путём испытания кернов, высверленных из фрагментов, и образцов, выдержанных в нормальных температурно-влажностных условиях. Статистическая обработка подтвердила достоверность и корректность полученных данных.

Проведённые исследования показали положительное влияние неравномерности температурного поля по объёму фрагмента на пористость бетона. Уменьшение деформаций бетона вследствие возможности перемещения воды и паровоздушной смеси в менее нагретые зоны фрагментов обусловило снижение как открытой пористости, определённой методом водопоглощения, так и общей пористости по сравнению с аналогичными характеристиками у бетонов с равномерным температурным полем. Снижение пористости достигает 1.5...2 раз ( табл.3 ).

На основании полученных результатов следует считать целесообразным сохранение в бетонах, в том числе, твердеющих в условиях жаркого климата, неравномерного температурного поля по объёму конструкции, что способствует уменьшению деформаций, получению высокой равномерности прочности и снижению пористости.

В шестой главе изложены разработанные на основании результатов исследований рекомендации по технологии возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций в естественных условиях жаркого влажного климата, обеспечивающих получение конструкций с однородными высокими свойствами, и результаты производственной апробации рекомендаций.

Комплексные рекомендации включают в себя:

- сохранение неравномерности температурного поля по объёму конструкции;

- применение пластифицирующих добавок;

- выдерживание бетона на ранней стадии твердения в комбинированных условиях ( в течение первых 2...4 часов в условиях ограниченно - свободного массообмена с окружающей средой - верхняя неопалубленная поверхность была открыта, а затем до приобретения требуемой прочности — в условиях исключенного массообмена с окружающей средой - верхняя неопалубленная поверхность укрывалась влагоизоляционным материалом ). Продолжительность 1-ого этапа должна уточняться в каждом конкретном случае в зависимости от массивности конструкции, состава бетона и параметров окружающей среды.

Реализация разработанных рекомендаций позволяет уменьшить деформации ( в частности, температурное расширение ), улучшить структуру и свойства, повысить качество бетона ( увеличить прочность и уменьшит пористость ), сократить продолжительность активного ухода за ним.

Апробация разработанной технологии устройства монолитных железобетонных конструкций при переменных температурно-влажностных условиях осуществлена на стройке объекта «Жилой дом» в городе Хайфонг, Вьетнам.

Применение предлагаемой технологии обеспечило сокращение продолжительности выдерживания бетона до снятия несущих элементов опалубки монолитных конструкций перекрытия и покрытия с 7...8 суток ( в соответствии с проектом производства работ при обычном влажностном уходе ) до 3...4 суток. Кроме того, применение разработанных предложений при устройстве монолитных железобетонных конструкций на данном объекте позволило:

- улучшить структуру и свойства бетона монолитных конструкций;

- повысить качество монолитных конструкций, исключить растрескивание поверхности бетона от интенсивного обезвоживания бетона.

Экономический эффект от применения разработанной технологии составил 129.104.955 VND ( ~ 215,175 рублей). Практическое внедрение результатов исследований позволило снизить себестоимость 1 м3 готового бетона монолитных конструкций на 180,500 VND ( ~ 300 рублей ) и трудозатраты на 0,045 ч-дн, соответственно снизить себестоимость 1 м2 площади монолитных конструкций на 42.000 VND (~ 70 рублей ) и трудозатраты на 0,015 ч-дн.

п

Рис. 4 : Технологическая схема выдерживания бетона в комбинированных условиях при устройстве монолитных конструкций в жарком влажном климате Вьетнама: 1 — установка опалубки; 2 - укладка бетонной смеси; 3 — выдерживание бетона в условиях ограниченно-свободного массообмена с окружающей средой ( с открытой неопалубленной поверхностью ) в течение 2...3 часов; 4 - выдерживание бетона в условиях исключенного массообмена с окружающей средой ( укрытие неопалубленной поверхности влагоизоляционным материалом ); 5 - распалуб-ливание конструкции.

I - опалубка, II - бадья, III - влагоизоляционный материал, IV - монолитный бетон, V - бетон после распалубливапия.

Таблица 2

Прочность бетонов на сжатии, определённая путём испытания

Обозначение Нормер Керна, кг/см2 Образцы-кубы, кг/см3

фрагментов Сечения Без добаки С добавком Без добаки С добавком

1 366 - 382 436

2 406 - 403

AI: 1,2 х 1,2 xl,2 м 3 397 - 422 430

4 318 - 388 -

5 325 - 414 -

6 330 - 396 422

1 277 - 315 302

2 228 - 295 -

А2:1,2 х 1,2 xl,2 м 3 261 - 321 298

4 279 - 325 -

5 252 - 295 -

6 254 - 295 283

1 399 382 410

2 402 - 385 -

АЗ: 1,2 х 1,2 х1,2 м 3 373 400 407

4 356 - 373 -

5 273 - 329 -

б 279 - 342 436

1 228 - 278 349

2 245 - 280 -

А4:1,2 х 1,2 х1,2 м 3 258 - 265 305

4 267 - 275 -

5 241 - 315 -

6 242 - 269 334

1 405 564 407 458

Б1:1,2 х 1,2 х0,6 м 2 443 524 424 489

3 421 502 402 543

1 245 313 288 254

Б2:1,2 х 1,2 хО,б м 2 244 267 267 292

3 175 211 261 285

1 377 574 389 500

БЗ: 1,2 х 1,2 хО,б м 2 380 525 374 487

3 383 578 387 498

1 282 416 287 326

Б4:1,2 х 1,2 х0,6 м 2 246 448 316 326

3 339 433 301 317

В1:1,2 х 1,2 х0,2 м 1 383 - 408 512

В2:1,2 X 1,2 х0,2 м 1 305 - 274 288

ВЗ: 1,2 х 1,2 х0,2 м 1 361 - 401 475

В4:1,2 х 1,2 х0,2 м 1 339 - 333 374

Таблица 3

Водопоглощение и пористость бетонов

без пластификатора различных фрагментов

Наименование фрагментов Нормер Сечения Водопогощение,% Пористость, %

А1:1,2 х 1,2 х1,2 м 1 4,4 10,3

3 3,7 8,8

6 3,1 7,4

А2:1,2 х 1,2 х1,2 м 1 4 9,3

3 4,5 11,0

6 3,9 9,5

АЗ: 1,2 х 1,2 х1,2 м 1 3,8 8,9

3 4,9 11,2

6 4,8 11,1

А4:1,2 х 1,2 х1,2 м 1 4,3 9,8

3 4,4 10,4

6 4,2 9,9

1 5 11,5

Б1:1,2 х 1,2 х0,6 м 2 5,2 12,1

3 4,3 10,3

1 5,3 12,3

Б2:1,2 х 1,2 х0,6 м 2 5,2 11,8

3 4,6 10,7

1 4,1 9,7

БЗ: 1,2 х 1,2 х0,6 м 2 4,6 10,7

3 5,1 11,9

1 5,1 11,9

Б4:1,2 х 1,2 х0,6 м 2 5,7 13,2

3 4,5 10,6

В1:1,2 х 1,2 х0,2 м 1 3,8 8,9

В2:1,2 х 1,2 х0,2 м 1 5,2 11,9

ВЗ: 1,2 х 1,2 х0,2 м 1 4,7 10,5

В4:1,2 х 1,2 х0,2 м 1 4,6 10,6

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Выявлено влияние параметров окружающей среды на процессы, протекающие в бетоне на ранней стадии его твердения. Проведёнными исследованиями установлены качественные и количественные характеристики формирования температурного поля в бетоне монолитных конструкций различной массивности, возводимых в условиях жаркого влажного климата. Температура бетона формируется под воздействием температуры окружающей среды и экзотермического тепловыделения и в зависимости от массивности конструкции может превышать температуру среды на 40 °С и начальную температуру бетона на 45 °С. Причём, с увеличением массивности конструкции превышение возрастает. При этом имеет место неравномерность температуры по объёму фрагментов. В зависимости от массивности фрагментов, разница температур составляет от 20 до 35 °С. Однако применение пластифицирующих добавок приводит к уменьшению превышения температуры бетона, которая составляет, соответственно, 25 °С и 33 °С, и меньшей неравномерности температурного поля по объёму фрагментов. Причиной этого являются особенности химических и физико-химических процессов, протекающих в цементном тесте и в цементном камне, при введении пластифицирующих добавок.

2. Определено влияние технологических и климатических факторов на основные физические процессы ( в частности, деформации ), протекающие в бетоне на ранней стадии его твердения. Фиксируемые комплексные деформации бетона, состоящие из одновременного протекания температурного расширения - сжатия и усадки зависят от температуры и массивности конструкции. Установлена неравномерность деформаций по объёму конструкции, обусловленная неравномерностью температурного поля. При этом, как абсо-

лютные, так и относительные деформации в 1,5...2 раза меньше деформаций, формирующихся при равномерном температурном поле. Уменьшаются фиксируемые деформации расширения в бетонах с пластифицирующими добавками. Причём, в маломассивных и не массивных фрагментах наблюдаются усадочные деформации.

3. Выявлена целесообразность выдерживания бетона на ранней стадии твердения в комбинированных условиях массообмена с окружающей средой ( первые 2...4 часа в условиях ограниченно - свободного массообмена с окружающей средой, а затем в условиях исключенного массообмена с окружающей средой ) для уменьшения деформации расширения. Частичное удаление воды из приповерхностных слоев уменьшает температурное расширение бетона, а сохраняющееся ещё пластичное состояние материала обеспечивает « закрытие » образующихся при миграции пор и исключает ухудшение его структуры. В каждом конкретном случае продолжительность выдерживания в условиях ограниченно - свободного массообмена должна корректироваться с учётом массивности конструкции, состава бетона, параметров окружающей среды и устанавливаться в технологической карте или проекте производства работ.

4. Установлено, что неравномерность температурного поля, формирующаяся по объёму конструкций, выдерживаемых в условиях жаркого влажного климата, способствует уменьшению температурно-влажностных деформаций бетона вследствие перемещения механически связанной воды в менее нагретые зоны и частичного удаления её из приповерхностных зон, что положительно влияет на формирование структуры и свойств затвердевшего материала за счёт повышения прочности и уменьшения пористости по сравнению с бетонами, твердевшими в условиях равномерного температурного поля.

5. Экспериментально установлены основные принципы формирования структуры и свойств бетона в конструкциях, возводимых в условиях жаркого влажного климата. Так, выявлена некоторая неравномерность прочности бетона на сжатие по объёму фрагментов, определённая путём испытания высверленных кернов. Однако, в основном разброс прочности находится в пределах точности испытаний. В тоже время не установлено снижения прочности бетона в фрагментах, выдерживаемых в условиях жаркого влажного климата, по сравнению с образцами, твердевшими в нормальных температурно -влажностных условиях. При этом следует отметить меньшее водопоглоще-ние и меньшую общую пористость бетона в исследуемых фрагментах по сравнению с аналогичными характеристиками бетонов, твердевших в условиях равномерного температурного поля при дополнительном тепловом воздействии. Уменьшение может достигать 1,5...2 раза.

6. Установлена положительная роль добавок-пластификаторов. Их использование позволяет консервировать подвижность бетонной смеси, обеспечивая увеличение продолжительности сохранения заданных реологических характеристик; уменьшить температуру бетона и разброс её по объёму конструкции; повысить прочность бетона; уменьшить его пористость.

7. Разработаны основные положения эффективной и рациональной технологии выдерживания бетона в монолитных бетонных и железобетонных конструкций, возводимых в условиях жаркого климата Вьетнама, позволяющей получить высококачественный материал, долговечные и безопасные конструкции, здания и сооружения. Сущность технологии заключается в: сохранении некоторой неравномерности температурного поля по объёму конструкции ( степень неравномерности температурного поля следует уточнять с учётом габаритов конструкций и условий окружающей среды); выдерживании бетона на ранней стадии твердения ( 2..4 часа ) в условиях ограниченно-свободного массообмена с окружающей средой; введении в бетон пластифицирующих добавок.

8. Произведена производственная апробация предложенной технологии выдерживания конструкций при переменных температурно-влажностных условиях климата на стройке объекта «Жилой дом» в городе Хайфонг в Вьетнаме по комбинированному способу, сохранении неравномерности температурного поля по объёму конструкции при внешнем тепловом воздействии, введении в бетон пластифицирующих добавок. Выведены основные технично-экономические характеристики эффективности внедрения разработанной технологии устройства монолитных железобетонных конструкций при этом объекте. Применение, предлагаемой технологии выдерживания бетона позволило сократить срок выдерживания бетона до распалубливания с 7...8 суток ( при выдерживании обычным влажностным уходом ) до 3...4 суток, что сократило срок оборачиваемости опалубки. Практическое внедрение результатов исследований позволило снизить себестоимость 1 м3 готового бетона монолитных конструкций на 180.500 Ш ( = 300 рублей ) и трудозатраты на 0,045 ч-дн, соответственно снизить себестоимость 1 м2 площади монолитных конструкций на 42.000 УШ ( = 70 рублей ) и трудозатраты на 0,015 ч-дн.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Копылов В.Д., Нгуен Куи Дык. Особенности формирования температурного поля в бетоне, твердеющем в условиях жаркого климата. //Промышленное и гражданское строительство. - 2011. - № 6. - С. 60-62.

2. Копылов В.Д., Нгуен Куи Дык. Особенности деформаций, протекающих в бетоне, твердеющем в условиях жаркого климата. //Промышленное и гражданское строительство. - 2011. - № 9. - С. 43-45.

3. Копылов В.Д., Нгуен Куи Дык, Хо Нгок Кхоа. Физические процессы, протекающие в бетоне, твердеющем в жарком климате. // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - №5. - С. 49-52.

4. Копылов В.Д., Нгуен Куи Дык, Хо Нгок Кхоа. Свойства бетона, твердеющего в условиях жаркого влажного климата. //Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - № 9. - С. 28-30.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru