Разработка технологии оперативного температурно-прочностного контроля бетона при выдерживании монолитных конструкций в условиях современного скоростного строительства

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Разработка технологии оперативного температурно-прочностного контроля бетона при выдерживании монолитных конструкций в условиях современного скоростного строительства

Зиневич Л.В.

Москва - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Комиссаров Сергей Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Подгорнов Николай Иосифович

кандидат технических наук, доцент Ремейко Олег Александрович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Государственная академия профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы» (ГОУ ДПО ГАСИС)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Ученый секретарь диссертационного совета Каган П.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Современное монолитное строительство отличается значительными суточными объёмами укладки бетона, высокими темпами строительства, применением интенсификации твердения бетона и ранней распалубки. Круглогодично бетонируется большое число разнородных монолитных железобетонных конструкций, существенно увеличилось количество ответственных монолитных конструкций высотных и уникальных зданий и сооружений, к выдерживанию бетона которых предъявляются особые требования.

В условиях больших объемов и высоких темпов изготовления монолитных конструкций особую остроту приобретают вопросы разработки и применения надёжных методов построечного контроля температуры выдерживания и динамики нарастания прочности бетона, а также технологических приёмов выдерживания конструкций, подвергающихся ранней распалубке.

Однако сегодня отсутствует система доступного построечного анализа, позволяющая учитывать комплексное влияние основных технологических факторов и климатических параметров окружающей среды на методы выдерживания и построечной температурно-прочностной диагностики бетона в раннем возрасте. Это не позволяет проводить оперативное управление процессом структурообразования бетона и давать аргументированные рекомендации по эффективным методам его выдерживания, особенно при возведении зданий в скоростном режиме или с ранней распалубкой.

В связи с этим, одной из важнейших задач совершенствования технологии монолитных работ должна стать разработка такой системы технологического контроля качества работ, интегрированной непосредственно в производственный процесс, реализующей эффективные средства и методы температурных измерений, прочностного прогнозирования и натурных испытаний, средства обработки и анализа информации, позволяющей надежно управлять процессами тепловой обработки бетона и обеспечивать качество получаемых монолитных конструкций на различных этапах выдерживания. При этом необходимо уделять серьезное внимание инженерно-технологической подготовке работ по выдерживанию бетона, информационно-техническому обеспечению, снижению трудоёмкости и повышению представительности процессов построечного контроля.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности и надёжности построечных процессов управления тепловой обработкой выдерживанием бетона монолитных конструкций зданий, в том числе подвергающихся ранней распалубке, посредством разработки новых и совершенствования существующих технологических приёмов оперативного объектного температурно-прочностного контроля.

Для достижения поставленной цели в ходе исследований были сформулированы и решены следующие основные задачи:

- выполнен анализ существующей системы температурно-прочностного контроля, включающий рассмотрение методов оценки и контроля температуры и прочности в монолитных конструкциях, их методическое и техническое обеспечение;

- показаны особенности современной технологии монолитного строительства, влияющие на функциональное содержание производственного температурно-прочностного контроля и проблемы его осуществления на объектах;

- предложена классификация для методов определения температуры бетона (МОТБ) по требуемой точности температурных наблюдений в зависимости от назначения;

- разработан, теоретически и экспериментально исследован метод косвенного определения температуры бетона через опалубку с использованием ИК термометрии;

- произведено экспериментальное уточнение метода косвенного определения температуры бетона через опалубку с использованием контактных датчиков температуры и теплоизолирующих накладок;

- выполнено исследование неоднородности температурно-прочностных распределений в прогреваемых конструкциях различной массивности включающее:

анализ факторов, определяющих неоднородность условий выдерживания бетона в объеме отдельных конструкций и их фрагментов;

экспериментальные и теоретические оценки характера объемного распределения температур в зависимости от массивности и геометрии конструкций с расчётным определением величины разбросов прочности бетона;

вероятностную оценку надежности существующих схем Схема точечного температурного контроля включает совокупность требований к количеству контрольных точек температурных измерений и правил размещения их в конструкциях. точечного температурного контроля с позиций обеспечения достаточной достоверности формируемого представления о тепловом состоянии прогреваемых конструкций;

- выполнено теоретическое исследование кинетики формирования температурных полей в сечениях прогретых монолитных конструкций различной массивности, подвергающихся распалубке при различных перепадах температур «бетон-воздух» Температурный перепад «бетон-воздух» - перепад температуры между температурой бетона в наружных слоях конструкции и температурой воздуха. включающее:

оценки характера и скорости остывания бетона наружных слоёв конструкций;

оценки характера образования и величины температурных градиентов в сечениях конструкций;

оценки прироста прочности за период неконтролируемого остывания конструкций (в поверхностных слоях);

- выполнена разработка и практическая реализация:

правил выполнения косвенного определения температуры бетона в построечных условиях и построения переводных зависимостей;

типовых приёмов Приёмы температурного контроля (построечного) включают в себя совокупность правил выполнения температурного контроля, увязывающих применяемые средства и способы температурных измерений, схемы контроля и периодичность измерений, с учётом типа конструкций и методов их выдерживания. построечного температурного контроля с применением различных приборных средств и методик измерений для надёжной оценки теплового режима содержания конструкций и прогнозирования прочности;

рекомендаций по выдерживанию вертикальных монолитных железобетонных конструкций, подвергающихся ранней распалубке;

способа оценки конструктивной прочности бетона монолитных конструкций по значению прочности бетона в наружных слоях (на ранних этапах выдерживания);

структурной модели системы оперативного температурно-прочностного контроля.

Научная новизна работы:

- предложена классификация для МОТБ по точности температурных наблюдений на основе их назначения;

- теоретически обоснован и практически реализован метод косвенных измерений температуры бетона через опалубку с использованием инфракрасной (ИК) термометрии;

- произведена вероятностная оценка надежности существующих схем точечного температурного контроля (на примере сплошных стен и перекрытий);

- установлены закономерности интенсивности остывания и образования температурных градиентов в поверхностных слоях бетона после распалубки от температурного перепада «бетон-воздух» и скорости ветра для конструкций различной массивности.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований и разработок:

- классификация для МОТБ;

- методика выполнения косвенных измерений температуры бетона через опалубку и построения расчётных зависимостей;

- результаты исследований закономерностей формирования температурно-прочностных полей в конструкциях;

- приёмы ведения температурного контроля для оценки теплового режима содержания конструкций и прогнозирования прочности;

- рекомендации по выдерживанию монолитных конструкций при ранней распалубке;

- принципы оценки конструктивной прочности бетона монолитных конструкций по значению прочности бетона в наружных слоях.

Практическая значимость работы заключается:

- в разработке правил выполнения производственных косвенных измерений температуры бетона через опалубку и методики построения переводных зависимостей;

- в разработке приёмов построечного температурного контроля с применением различных приборных средств и методик измерений, позволяющих надежно оценивать температурно-прочностные показатели при выдерживании конструкций разного типа;

- в разработке рекомендаций по выдерживанию вертикальных монолитных железобетонных конструкций, подвергающихся ранней распалубке, в том числе при больших температурных перепадах «бетон-воздух»;

- в разработке способа оценки конструктивной прочности бетона монолитных конструкций по значению прочности бетона в наружных слоях.

- в разработке структурной модели системы оперативного температурно-прочностного контроля и обосновании целесообразности её применения.

Реализация результатов исследований

Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы, начиная с 2006 г, используются на строительных объектах концерна «МонАрх» в г. Москве, в том числе при строительстве зданий в скоростном режиме, нашли своё отражение в проектно-технологической документации на монолитные работы для многочисленных объектов различной сложности. Результаты исследований также используются фирмой «Спецстрой-АМБ» научно-производственного объединения «МИСИ-КБ» при ведении работ по технологическому сопровождению обогрева и выдерживания бетона на крупных объектах монолитного строительства, включая ММДЦ.

Апробация и публикация работы

Материалы основных разделов диссертационной работы докладывались, обсуждались и отмечены грамотами на Х-ХII Международных научно-технических конференциях «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва, МГСУ, 2007-2009гг.); получили одобрение на российской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» (УКИ-08, г. Москва, ИПУ РАН, 2008г).

По результатам исследований и разработок (в области зимнего строительства и контроля) автором опубликовано в печати 11 работ, из них 6 по теме диссертации.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы из 160 наименований и 3 приложений, содержит 200 страниц машинописного текста, 47 рисунков (в виде схем, графиков и фотографий), 8 таблиц.

инфракрасный температурный прочностный монолитный бетон

Содержание работы

Во введении дана краткая характеристика работы: обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, охарактеризованы научная новизна, практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации работы.

В первой главе рассмотрены и проанализированы:

- существующие методы оценки и контроля состояния бетона при выдерживании монолитных конструкций в построечных условиях;

- особенности современной технологии монолитного строительства, влияющие на функциональное содержание производственного температурно-прочностного контроля;

- основные проблемы производственного контроля температуры и прочности в условиях современного монолитного строительства;

- методика оперативного температурно-прочностного контроля НПО МИСИ-КБ как один из подходов к решению вопросов контроля состояния бетона в конструкциях на ранних этапах выдерживания, наиболее полно отвечающий современным требованиям монолитного строительства.

В ходе анализа установлено, что декларируемые в нормативной и методической литературе методы производственного контроля температуры и прочности бетона не позволяют с достаточной степенью достоверности оценивать состояние бетона монолитных конструкций на различных этапах выдерживания.

Температурный контроль имеет следующие основные недостатки:

- большинство измерительных средств плохо приспособлены к множественным температурным измерениям в построечных условиях;

- измерение температуры в отдельных точках монолитных конструкций в совокупности с существующими объёмами и правилами размещения контрольных точек (КТ) не даёт объективную оценку общего теплового состояния конструкций;

- прямые измерения не всегда могут обеспечить необходимый объём контроля по всей плоскости (высоте) вертикальных конструкций, особенно закрытых опалубкой;

- высокая трудоёмкость обустройства КТ и выполнения измерений, низкая оперативность, а также безопасность и удобство выполнения измерений в труднодоступных местах.

Контроль прочности бетона в твердеющих конструкциях

- по образцам-кубам, отобранным в процессе укладки бетона, не обеспечивает достаточную достоверность определения прочности бетона в конструкциях, обладает низкой оперативностью и высокой трудоёмкостью;

- по образцам, отобранным из конструкций, а также методами локальных разрушений, трудоёмок в исполнении, часто дорог, требует заделки образовавшихся дефектов, исполним только после распалубки конструкций, также обладает достаточно низкой оперативностью;

- неразрушающими методами (механическими и ультразвуковыми) может быть осуществлён преимущественно только после распалубки конструкций, в поверхностных слоях бетона, обладает невысокой точностью;

- расчётным методом по температуре выдерживания требует корректных данных о кинетике твердения конкретного применяемого бетона, обладает невысокой точностью.

Таким образом, наиболее эффективным с позиций достоверности и оперативности в оценке состояния бетона выдерживаемых монолитных конструкций может быть только комплексный температурно-прочностной контроль, включающий расчётные методы прогнозирования прочности, выборочные неразрушающие испытания и контроль проектной (и промежуточной) прочности бетона по кубам.

При анализе современной технологии монолитного строительства выделены следующие особенности, влияющие на функциональное содержание производственного температурно-прочностного контроля:

- изменение номенклатуры несущих монолитных конструкций по массивности, возрастание классов прочности бетона;

- возрастание темпов строительства и нагружения изготовленных конструкций;

- сокращение сроков тепловой обработки и выдерживания конструкций;

- широкое внедрение методов многоэтапной тепловой обработки и выдерживания конструкций с применением ранней распалубки конструкций.

В результате показано, что имеется острая необходимость в методах температурно-прочностного контроля, встроенных непосредственно в производственный процесс и позволяющих эффективно управлять интенсификацией твердения бетона и обеспечивать качество получаемого монолита на различных этапах выдерживания монолитных конструкций.

При анализе проблем существующего температурно-прочностного контроля выделены следующие:

- проблема изолированности температурного и прочностного контроля;

- проблемы достоверности результатов производственных температурных наблюдений;

- проблемы оперативности и достоверности обработки информации;

- проблемы информационной поддержки и обоснованности решений при анализе ситуаций;

- проблемы организационной подготовки и обеспечения температурно-прочностного контроля.

В результате выявлена необходимость совершенствования нормативно-методической базы по контролю выдерживания бетона монолитных конструкций, разработки современных представлений, подходов, методов и средств к осуществлению оперативной оценки температурно-прочностного состояния бетона, также выявлена необходимость в обоснованных приёмах выдерживания монолитных конструкций с учётом существующих технологий работ.

Рассмотрение методики оперативного температурно-прочностного контроля (ОТПК), реализуемой НПО МИСИ-КБ, показало на необходимость совершенствования и внедрения в практику монолитного строительства информационно, технически и организационно обеспеченной комплексной системы контроля за выдерживанием бетона, основывающейся на полном инженерно-технологическом сопровождении работ по управлению интенсификацией твердения и контролю динамики нарастания прочности бетона на различных этапах возведения зданий. Отмечены направления совершенствования методики ОТПК, в частности необходимость решения вопроса о требуемой точности температурных измерений, уточнения работы в производственных условиях используемого косвенного метода определения температуры бетона, оценки точности прочностного прогнозирования применительно к используемым построечным методикам контроля и другие.

Вторая глава посвящена исследованиям косвенных методов определения температуры бетона (через опалубку) - с использованием ИК техники при дистанционных измерениях и - с применением теплоизолирующих накладок при контактных измерениях.

Для возможности оценки пригодности тех или иных МОТБ при выполнении построечного температурного контроля были предварительно определены требуемые пределы точности в зависимости от назначения измерений, на основе которых эти методы можно классифицировать как:

- избыточно точные - обеспечивающие возможность определения температуры бетона с ошибкой не более ±2^оС (при t_ср от +10^оС), ±3^оС (при t_ср от +25^оС), ±4^оС (при t_ср свыше +30^оС), что позволяет осуществлять последующее расчётное прогнозирование прочности в диапазоне ошибок, сопоставимом с практической точностью используемых неразрушающих методов (до 10%ПВ);

- достаточно точные - обеспечивающие возможность определения температуры бетона с ошибкой не более ±5^оС, что позволяет выявлять практически значимые распределения и изменения температур;

- оценочные - при которых ошибка определения температуры бетона не более ±10^оС, что достаточно для возможности корректной оценки общего теплового состояния конструкций.

При рассмотрении ИК техники исследованы технические особенности выполнения измерений с её помощью применительно к определению температуры бетона в производственных условиях. Определён круг возможных прямых и косвенных измерений с применением ИК термометрии. Для косвенных измерений предложена теоретическая схема определения температуры поверхности бетона по температуре палубы и наружного воздуха, основывающаяся на стационарной теплопередаче через сплошную пластину ограждения (1):

(1)

где: t_б - температура бетона под ограждением,

у = 5,67*10^-8 - постоянная Стефана-Больцмана,

е = 0…1 - степень черноты излучающей поверхности,

t_п - температура наружной поверхности ограждения,

t_нв - температура окружающего воздуха (среды),

б_к - коэффициент конвективной теплопередачи воздуха,

R - термическое сопротивление ограждения.

В результате теоретического анализа показано качественное и количественное влияние основного дестабилизирующего фактора - скорости ветра на температуру наружной поверхности опалубки при различных значениях температуры бетона и термического сопротивления ограждения.

Экспериментальная проверка показала на приемлемость для практического использования теоретической расчётной схемы при условии соблюдения определённых правил выполнения измерений с ограничением скорости ветра до 0,5 м/с.

Соблюдение разработанных (глава 4) правил выполнения измерений и построения расчётных зависимостей (в том числе экспериментальных при неизвестных теплофизических характеристиках ограждений) позволяет определять температуру бетона данным методом с ошибкой не более 4^оС (при максимальной ошибке в контрольной выборке около 8^оС).

При рассмотрении способа косвенных измерений с применением теплоизолирующих накладок предполагалось решать вопросы определения температуры бетона с более высокой надёжностью и точностью, поскольку накладка должна уменьшать ветровую температурную инварианту в зоне контакта с поверхностью опалубки.

Аналогично расчётам для ИК измерений, предварительно проверялась теоретическая схема перевода температур, основывающаяся на стационарной теплопередаче через сплошную пластину ограждения и накладки. В этой задаче температура поверхности бетона (2) вычисляется также по температуре палубы (под накладкой) и температуре наружного воздуха, но с применением итерационного способа поиска t_пґ при определении теплоотдачи с поверхности накладки:

(2)

где: R_огр - термическое сопротивление ограждения,

R_н - термическое сопротивление накладки,

б = б_л+ б_к - коэффициент теплопередачи воздуха,

t_б - температура бетона под ограждением,

t_п - температура ограждения под накладкой,

t_пґ - температура наружной поверхности накладки,

t_нв - температура окружающего воздуха (среды).

Необходимая толщина накладки подбиралась в ходе вычислительного эксперимента из условия, что ветровая температурная инварианта под ней не превышает 2^оС. Полученная толщина накладки из пенополистирола (л = 0,049Вт/м_*^оС) равна 40мм, что эквивалентно R = 0,81м²_*^оС/Вт.

Фактическая работа накладок на ограждениях исследовалась экспериментально. В результате подтверждено, что решение стационарной (линейной) задачи теплопроводности применимо только к накладкам, имеющим размеры контактирующей поверхности свыше 30х30см, а при малых размерах накладок более точный результат дает линейный корреляционный анализ.

Производственные исследования также показали, что скорость ветра не оказывает заметного влияния на температуру палубы под накладкой, причём практически независимо от толщины накладки. На точность метода более существенно влияют условия совместной работы накладок и палубы, которые в основном определяются типом накладок и качеством их крепления к палубе. Разработаны правила подготовки и выполнения измерений, а также построения расчётных зависимостей (глава 4), которые позволяют определять температуру бетона данным методом с ошибкой не более 2^оС (при максимальной ошибке в контрольной выборке около 4^оС).

Исследование температурных распределений в поверхностном слое конструкций также показало, что определять температуру бетона расчётными методами на некоторой глубине возможно лишь при отсутствии линейных нагревателей в этом слое.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям температурно-прочностных распределений в конструкциях различной массивности на ранних этапах выдерживания, опирающимся на данные практических наблюдений. Предварительно показано, что на неоднородность условий выдерживания бетона в объёме отдельных конструкций, соответственно и на величину и характер неравномерности температурно-прочностных показателей в этих конструкциях, оказывают совместное влияние естественные, случайные и технологические факторы. На основе данных производственных наблюдений выполнена количественная оценка влияния этих факторов.

При исследовании характерных зон температурных распределений в конструкциях и их фрагментах, прогреваемых стержневыми электродами и нагревательными проводами, выполнена расчётная оценка разбросов прочности бетона по площади этих частей зданий на ранних сроках твердения. Анализ имеющихся практических данных показал, что наибольшая неравномерность распределения прочности наблюдается в стенах, прогреваемых греющими проводами - до 15%R₂₈ (таблица 1).

Таблица 1

Параметр:	Стены СЭ	Колонны СЭ	Стены ГП	Перекрытия ГП
t(верх)	1,008*tср	0,004*tср	0,833*tср	-4 и +5% от tср в периферийных и центральных зонах
t(середина)	1,174*tср	1,109*tср	1,282*tср
t(низ)	0,818*tср	0,887*tср	0,885*tср
tср	40оС	40оС	35оС	30оС
Rср	40-70%R28	40-70%R28	40-70%R28	40-70%R28
Rmax-Rmin	9-10%R28	6%R28	10-15%R28	Rср ±1%R28

Примечание: ГП и СЭ - способ обогрева конструкций, соответственно греющими проводами и стержневыми электродами.

Теоретические исследования неравномерности распределения температуры-прочности в поперечном сечении монолитных конструкций, прогреваемых греющими проводами (условия теоретической модели - см. далее исследования кинетики формирования температурно-прочностных показателей) показали, что для немассивных и средне-массивных конструкций (М_п>3м^-1) максимальные перепады температуры в сечении находятся в пределах 10…15^оС (до 20^оС, включая угловые зоны). При этом максимальные перепады прочности составляют до 10%R₂₈ (на начальных этапах прогрева прочность ниже в ядре сечений, на более поздних - в периферийных слоях конструкций). Средняя (интегральная) прочность бетона сечения отклоняется от прочности в поверхностных слоях не более чем на 8%R₂₈ для среднемассивных конструкций и массивных при выдерживании по методу регулируемого термоса, а также не более чем на 4%R₂₈ для немассивных конструкций. Практические наблюдения также показывают, что в поперечном сечении конструкций, прогреваемых стержневыми электродами, разбросы температуры-прочности могут быть в 1,5…2 раза выше. Достоверность представления теплового состояния конструкций различными схемами точечного температурного контроля определялась на основе вычислительного эксперимента, опирающегося на данные фактических и теоретических термограмм распределения температур в конструкциях сплошных перекрытий и стен и их вероятностную оценку. В результате доказано, что точечный контроль даёт приемлемые сведения о средней температуре в конструкции, но при этом достаточно слабо представляет общую картину тепловых распределений, в том числе плохо выявляет экстремальные температуры. Наиболее надёжными являются схемы с равномерным распределением КТ по наблюдаемой захватке из учёта 10-12м² на 1КТ для перекрытий и 3-4м² для стен.

Теоретические исследования кинетики формирования температурно-прочностных показателей в прогретых монолитных конструкциях выполнялись на примере колонн различной массивности. Использовались методы и средства математического моделирования и вычислительного эксперимента с привлечением разработанной в ООО «Спецстрой-АМБ» программы, реализующей МКЭ и позволяющей находить количественные закономерности процесса формирования температурного поля и связи между его существенными параметрами. Роль экспериментов при этом подходе сводилась к проверке теоретической модели. Сравнение кинетики разогрева и остывания для конструкций колонн различной массивности показало сходимость теоретических и экспериментальных результатов на 85-90%.

При исследовании кинетики свободного остывания прогретых конструкций после распалубки установлено, что поверхностные слои бетона различных конструкций после распалубки остывают в два этапа. В начальный этап остывание поверхности конструкций протекает с высокой интенсивностью, которая практически не зависит от М_п и существовавшего при распалубке распределения температуры в сечении. Длительность первого этапа остывания (время стабилизации) обычно равно двум часам для точки в центре грани колонны (точка т.2 рис. 1). Функция остывания поверхности (наружный слой 1…2см) различных конструкций колонн в центре грани для первого этапа имеет следующий вид (3):

(3)

где: Дt - текущий (искомый) перепад температур «бетон-воздух» (через время Т_ост);

Т_ост - время от момента распалубки (0…2), час;

ДТ_нач - начальный перепад температур «бетон-воздух» при распалубке;

V - скорость ветра, м/с.

Начало второго этапа характеризуется существенным замедлением скорости остывания, которая в дальнейшем не зависит от начального перепада ДТ_нач, а определяется массивностью конструкции М_п. Функция остывания различных конструкций колонн (для В30-35 на ПЦ500 350кг/м³) в точке центра грани для второго этапа имеет следующий вид (4):

(4)

где: Дt - текущий (искомый) перепад температур бетон-воздух (через время Т_ост);

Т_ост - время остывания по функции второго этапа (не считая времени остывания по первому этапу), час;

ДТ - текущий перепад температур бетон-воздух при переходе на функцию второго этапа остывания;

М_п - модуль поверхности остывающей конструкции, м^-1;

V - скорость ветра, м/с.

Максимальный градиент температуры формируется в первую минуту от распалубки и только в слое, прилегающем к опалубке. В последующие 5…10мин близкий к максимальному температурный градиент, несколько убывая (на фоне общего увеличения перепада температур между поверхностью и внутренними слоями бетона), формируется в защитном слое бетона. С началом второго периода остывания, из-за перераспределения температур по сечению, градиенты существенно снижаются, также начинает снижаться и максимальный перепад температур.

Величина максимального градиента определяется теми же факторами, что и интенсивность остывания в первый период - начальным температурным перепадом при распалубке и скоростью ветра вдоль конструкции (рис. 1).

а) угловая точка (т.3) б) точка в центре грани (т.2)

Рис. 1. Температурный градиент (разность температур на глубине 0,5-1,5см от поверхности бетона) в зависимости от температурного перепада ДТ_нач при распалубке и скорости ветра 1, 4 и 10м/с: а) - в угловой точке (т.3); б) - в точке центра грани (т.2).

Оценка прироста прочности за период свободного неконтролируемого остывания с допускаемых температурных перепадов при распалубке до температуры, близкой к нулю, выполнена для наружных слоёв конструкции в точке центра грани - именно там определяется прочность бетона неразрушающими методами контроля или при расчётном прогнозировании по результатам температурного контроля.

Расчёт прироста прочности выполнен с учётом двухстадийного остывания (предварительный расчёт показал, что если не учитывать период интенсивного охлаждения конструкций, завышение прироста прогнозируемой прочности может составлять 50% и более). Порядок прироста прочности показан на рис.2 в виде зависимостей.

Рис. 2. Прирост прочности (ДR = R₂-R₁, %R₂₈) для колонн 500 и 800мм при V = 5м/с и начальном перепаде «бетон-воздух» ДТ = 40 (t₁ = 40, t_нв = 0 и t₁ = 30, t_нв = -10) с прогнозированием до температуры t₂ = +5^оС в зависимости от активности цемента (ПЦ400 и ПЦ500) и достигнутой к моменту распалубки прочности (R₁)

Четвёртая глава содержит оценку эффективности МОТБ, технико-экономические расчёты (ТЭР) и примеры практической реализации результатов исследований.

Оценка эффективности МОТБ выполнена через многокритериальный анализ посредством метода экспертных оценок с выделением следующих критериев:

К1 - достоверность определения температуры (в КТ) и обеспеченность технической литературой;

К2 - возможность применения к различным конструкциям (по форме, массивности, ответственности, в опалубке или без неё);

К3 - потенциальная оперативность контроля, достоверность общей картины теплового поля и возможность автоматизации;

К4 - трудоемкость и безопасность проведения измерений;

К5 - стоимость оборудования и приспособлений;

К6 - необходимость устранения образовавшихся дефектов.

Эффективность МОТБ определяется суммарным соответствием выделенных критериев качеству (представлена методом паутинной сети на рис. 3). Самый высокий балл, равный 1, указывает на соответствие критерия качеству.

а) б)

Рис. 3. Качественное сравнение по выделенным критериям различных методов определения температуры бетона в монолитных конструкциях (а - прямые методы измерений, б - прямые и косвенные методы измерений):

1 - Традиционный метод измерений в скважинах с применением стеклянных термометров (прямые, до 1м);

2 - Метод измерений в скважинах с применением цифровых измерителей и несъёмных зондов (прямые, до 0,5м);

3 - Метод измерений в скважинах с применением цифровых измерителей и съёмных датчиков (прямые);

4 - Метод измерений с использованием теряемых датчиков (прямые);

5 - Метод измерений с использованием извлекаемых датчиков (без устройства скважин, прямые, до 0,1м);

6 - Метод измерений с использованием ИК пирометров (прямые и косвенные, по поверхности);

7 - Метод измерений с использованием ИК тепловизоров (прямые и косвенные, по поверхности);

8 - Метод измерений с использованием теплоизолирующих накладок (косвенные, по поверхности);

9 - Комбинированный метод измерений с применением съёмных датчиков и с использованием ИК техники (№3,5+7).

Из приведённой картины видно, что наиболее приемлемыми являются методы №3 и №6 (прямые измерения в скважинах с применением съёмных цифровых датчиков температур и измерения, выполняемые на поверхности конструкций с применением ИК пирометров). Также очевидно, что эффективность контроля увеличивается при использовании комбинаций прямых (№3, №4) и косвенных (№6, №8) измерений.

В результате ТЭР показано, что:

- целесообразность развертывания системы температурно-прочностного контроля применительно к конкретному объекту строительства существует, если выполняется условие:

С_к ? С_б или (70+24*мес)*1,25 ? 1*V*мес/100,

где мес - продолжительность выполнения контроля в месяцах,

V - объём укладываемого бетона за период контроля;

- экономическая выгода за счёт прогнозирования прироста прочности при остывании конструкций с допускаемых температурных перепадов составляет 8кВт*час/м³ (для колонн 600мм), при этом коэффициент эффективности равен 1.22 (при сокращении длительности прогрева, а при сокращении мощности прогрева указанный коэффициент равен 1.1 - при экономии 4кВт*час/м³).

Разработана типовая инструкция по применению косвенных методов определения температуры бетона, включающая требования к измерительным средствам, выбору расчётных зависимостей, подготовке и размещению КТ, а также к непосредственному выполнению измерений.

Показаны особенности составления указаний по температурно-прочностному контролю в технологической документации по объектам монолитного домостроения, включающие общие положения осуществления температурного контроля, принципы выполнения нерегулярных температурных измерений, объёмы контроля и размещение регулярных КТ, а также периодичность выполнения измерений температуры.

Разработаны рекомендации по выдерживанию монолитных конструкций, подвергающихся ранней распалубке, а также способ оценки конструктивной прочности бетона вертикальных конструкций на ранних сроках выдерживания.

Разработана структурная модель системы ОТПК для предприятий ЗАО «Концерн МонАрх», в частности, приведён вариант решения вопросов, касающихся организационных, информационно-технических и методических составляющих системы.

Основные выводы

1. На основании проведённого анализа вопросов производственного температурно-прочностного контроля бетона монолитных конструкций выявлены актуальные направления совершенствования его нормативно-методической, информационно-технической и организационной базы, включающие использование современного приборного обеспечения, разработку методического обоснования и развитие информационных составляющих.

2. Разработана классификация для МОТБ, позволяющая в зависимости от назначения температурного контроля определять методы и соответствующее приборное обеспечение для температурных измерений, обладающие необходимой минимальной точностью, и имеющие, вместе с тем, наименьшую трудоёмкость выполнения контроля и его стоимость.

3. Разработан, получил экспериментальное подтверждение и методическое обеспечение метод косвенного определения температуры бетона через опалубку и ограждения с использованием ИК термометрии, имеющий достоверность, достаточную для возможности прогнозирования прочности по полученным температурным данным и обладающий наиболее низкой трудоёмкостью при контроле большого числа немассивных конструкций.

4. Проведено исследование и методическое обоснование метода косвенного определения температуры бетона с использованием температурных датчиков, размещаемых на палубе опалубки под теплоизолирующими накладками или утеплителем, который позволяет с большей долей надёжности определять температуру бетона за опалубкой, при существенной ветровой нагрузке.

5. Проведено исследование неоднородности температурно-прочностных распределений в конструкциях, в результате которого:

- выполнена вероятностная оценка надежности существующих схем точечного температурного контроля с позиций обеспечения достаточной достоверности формируемого представления о тепловом состоянии прогреваемых конструкций стен и перекрытий, с учётом которой предложены современные приёмы осуществления температурного контроля, позволяющие надежно оценивать температурно-прочностные показатели выдерживания конструкций разного типа с минимальными трудовыми и финансовыми затратами;

- произведена оценка величины и характера измерения отношения поверхностной и средней (интегральной) прочности сечения, на основе которой предложен подход к оценке (интегральной) конструктивной прочности бетона монолитных конструкций на ранних этапах выдерживания по значению прочности бетона в наружных слоях.

6. Проведено исследование кинетики свободного остывания монолитных конструкций различной массивности после распалубки в результате которого:

- выявлены выраженные две стадии остывания поверхностных слоев бетона конструкций и установлены функциональные зависимости, позволяющие достаточно корректно прогнозировать изменение температуры поверхностных слоёв бетона после распалубки в период свободного остывания;

- определены зависимости максимальных возникающих в сечении температурных градиентов от температурного перепада «бетон-воздух» и скорости ветра, на основании которых можно назначать допускаемые перепады температуры «бетон-воздух» при раннем распалубливании конструкций;

- выполнена оценка прироста прочности прогретых монолитных конструкций за время свободного неконтролируемого остывания с величины допускаемых температурных перепадов при распалубке до температур, близких к нулю, показывающая на возможность сокращения требуемой прочности конструкций к моменту окончания контролируемого выдерживания на 5…25%R₂₈;

- разработаны рекомендации по выдерживанию монолитных конструкций, подвергающихся ранней распалубке, позволяющие снизить риски трещинообразования.

7. В результате ТЭР, показано, что при применении оптимизированных режимов, учитывающих дополнительный прирост прочности за период свободного остывания конструкций, наибольший коэффициент эффективности режима достигается при сокращении длительности прогрева (и равен 1,22 при сравнении вариантов выдерживания бетона колонн 600х600мм).

8. Разработан пример структуры организации, информационно-технического и методического обеспечения системы комплексного температурно-прочностного контроля при внедрении на производстве.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Зиневич Л.В. Особенности пирометрических измерений при осуществлении температурного контроля выдерживания монолитных конструкций / Комиссаров С.В., Зиневич Л.В // Строительство - формирование среды жизнедеятельности: сб. науч. тр. Юбилейной Десятой междунар. межвуз. науч.-практ. конф. молодых учёных, докторантов и аспирантов (25-26 апреля 2007 г.). - М.: МГСУ, 2007. -582с. - с.70-76.

2. Зиневич Л.В. Способы определения температур бетона на основе измерений температур поверхности опалубки при осуществлении построечного температурного контроля выдерживания монолитных конструкций // Вестник МГСУ. -2008. - №1 (спецвыпуск). - с. 26-33.

3. Зиневич Л.В. Некоторые организационно-технологические вопросы выдерживания монолитных конструкций различной массивности с применением ранней распалубки // Технологии бетонов. -2009 -№3 - с. 67-68.

4. Зиневич Л.В. Некоторые организационно-технологические особенности современного скоростного монолитного домостроения / Зиневич Л.В., Галумян А.В. // Вестник МГСУ. -2009. - №1 (спецвыпуск). - с. 29-30.

5. Зиневич Л.В. Практика применения термографии при осуществлении построечного температурного контроля // Промышленное и гражданское строительство. -2009. -№6. -с.78-79.

Размещено на Allbest.ru

...