способ зимнего бетонирования строительных конструкций

Формула изобретения

Способ зимнего бетонирования строительных конструкций, включающий приготовление бетонной смеси и укладку смеси в опалубку в виде бетонируемого слоя, отличающийся тем, что в бетонируемом слое создают несквозные шпуры, вставляют в указанные шпуры пористые вкладыши с обеспечением капиллярного удаления через вставленные вкладыши выделяющейся избыточной воды затворения, причем соотношения между глубиной Нш шпуров, диаметром Dш шпуров, толщиной Нп бетонируемого слоя и расстоянием между соседними шпурами Lш задают в соответствии со следующими условиями:

Нш/Нп=0,40-0,60;

Lш/Нш=0,90-1,10;

Dш/Нш=0,10-0,20.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства бетонных и железобетонных конструкций, а именно - к способам зимнего бетонирования тонкостенных конструкций.

Известен способ зимнего бетонирования "сухой горячий термос" (патент РФ № 2164867, МПК В28В 13/02, E04G 21/02, от 10.02.2000), включающий установку утепленной опалубки, укладку и уплотнение крупного заполнителя, инъецирование цементно-песчаным раствором, при этом в качестве крупного заполнителя используется керамзит с температурой 200-300°С, который после уплотнения выдерживается и инъецируется цементно-песчаным раствором после достижения керамзитом температуры ниже 100°С, после этого проводится временное утепление забетонированной конструкции.

Известен способ зимнего бетонирования (Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. - М.: Стройиздат, 1975), основанный на прогреве свежеуложенной бетонной смеси с целью предотвращения замерзания воды затворения, которая при замерзании превращается в лед и увеличивается в объеме, что влечет разрушение бетонного камня.

Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ бетонирования (Афанасьев А.А. Бетонные работы. - М: Высшая школа. 1991. - с.202-205), при котором удаление воды затворения из поверхностного слоя свежеуложенного бетона происходит за счет создания над поверхностью бетона пониженного давления, которое образуется внутри уложенного герметичного мата с помощью электрического насоса. Однако применение метода вакуумирования в зимних условиях невозможно без дополнительного прогрева и дополнительных энергозатрат.

При этом в известных способах использование прогрева обуславливает большие энергозатраты, что ограничивает область применения этих технических решений при изготовлении линейно протяженных тонкостенных конструкций.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченного недостатка, а именно в снижении энергозатрат, достигается в предлагаемом способе зимнего бетонирования строительных конструкций, включающем приготовление бетонной смеси и укладку смеси в опалубку в виде бетонируемого слоя, тем, что в бетонируемом слое создают несквозные шпуры, вставляют в указанные шпуры пористые вкладыши с обеспечением капиллярного удаления через вставленные вкладыши выделяющейся избыточной воды затворения, причем соотношения между глубиной Нш шпуров, диаметром Dш шпуров, толщиной Нп бетонируемого слоя и расстоянием между соседними шпурами Lш задают в соответствии со следующими условиями:

Нш/Нп=0,40-0,60;

Lш/Нш=0,90-1,10;

Dш/Нш=0,10-0,20.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен план расположения шпуров на поверхности тонкостенной бетонной конструкции и разрез по А-А.

На чертеже обозначены: 1 - бетонируемый слой, 2 - шпур, 3 - пористый вкладыш, 4 - кривая депрессии, Lш - расстояние между осями соседних шпуров, Dш - диаметр шпура, Нш - глубина шпура, Нп - толщина бетонируемого слоя тонкостенной конструкции.

Предлагаемый способ зимнего бетонирования осуществляется в следующей последовательности операций: приготавливают бетонную смесь и заливают ее в опалубку (на чертеже не показана) в виде бетонируемого слоя 1. Отличительной особенностью способа является то, что в бетонируемом слое 1 создают несквозные шпуры 2, вставляют в них пористые вкладыши 3 с обеспечением капиллярного удаления через них выделяющейся избыточной воды затворения, при этом глубину Нш, диаметр Dш шпуров, толщину бетонируемого слоя Нп и расстояние Lш между соседними шпурами задают в соответствии со следующими условиями:

Нш/Нп=0,40-0,60; Lш/Нш=0,90-1,10; Dш/Hш=0,10-0,20.

При этом избыточная вода затворения удаляется не за счет создания вакуума, а благодаря наличию в бетонируемом тонкостенной слое 1 несквозных шпуров 2, внутрь которых вставляются пористые вкладыши 3. Избыточная вода затвердения до замерзания стекает к шпурам 3 под действием силы тяжести по кривой депрессии 4 (на чертеже показано стрелками) и затем за счет капиллярных сил поднимается по пористым вкладышам 3 над поверхностью бетона. Здесь вода замерзает, превращаясь в лед и увеличиваясь в объеме, но возникающие при этом силы не могут воздействовать на твердеющий бетон, так как образующийся лед и твердеющий бетон не взаимодействуют. Весь процесс происходит без прогрева и дополнительных энергозатрат.

Предлагаемый способ бетонирования опробован в условиях натурного эксперимента. Примеры данного способа указаны ниже. Товарная бетонная смесь класса В25 (соответствует прочности на сжатие 25 МПа или 327 кг/см²) была уложена в стандартные формы размером 100×100×100 мм при температурах наружного воздуха от +6 до -15°С. Сразу после этого в образцах были проделаны шпуры, в которые были установлены вкладыши из пористого материала - велотерма. После набора бетоном прочности образцы выдерживались в естественных условиях под открытым воздухом при отрицательных температурах. Время выдерживания образцов составило не менее 90 суток. После выдерживания образцы были испытаны на прочность путем их разрушения с помощью гидравлического пресса.

При проведении серии экспериментов были заданы соотношения параметров шпуров в расширенном диапазоне:

Нш/Нп=0,6; 0,5; 0,4;

Lш/Нш=4,0; 2,0; 1,0; 0,5;

Dш/Нш=0,6; 0,3; 0,15; 0,1.

В ходе обработки результатов экспериментов было установлено, что предлагаемый способ имеет границы своего применения, т.е. для получения указанного выше технического результата в способе реальный диапазон соотношения параметров должен быть уменьшен, что будет показано в приводимых ниже примерах.

При этом сочетания соотношений Нш/Нп, Lш/Нш, Hш/Hш и зависимость прочности бетона на сжатие (у) от температуры наружного воздуха при укладке бетона (х=t) аналитически можно выразить полиномами вида:

у=-ax ²+вх+с.

где: у - прочность бетона на сжатие;

х=t - температура наружного воздуха при укладке бетона;

а, в, с - коэффициенты, зависящие от соотношений Нш/Нп, Lш/Hш, Dш/Hш.

Пример 1: В эксперименте для соотношений Нш/Нп=0,4 и Lш/Нш=4,0 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона (t) составили:

Таблица 1
Dш/Нш	0,6	0,3	0,15	0,1
t, °C	0,0	-8,0	-10,0	-7,5

В эксперименте установлено, что при уменьшении значений соотношения параметров Dш/Hш от 0,6 до 0,3 эффективность предлагаемого способа возрастает и достигает максимума при значениях около Dш/Нш=0,15 (при температуре около -10°С) и затем резко уменьшается при снижении значения соотношения до 0,1.

Данные результаты позволили определить оптимальные соотношения Dш/Нш от 0,10 до 0,20 (с точностью ±10%).

Пример 2: В эксперименте для соотношений Нш/Нп=0,4 и Dш/Hш=0,3 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона (t) составили:

Таблица 2
Lш/Hш	4,0	2,0	1,0	0,5
t, °C	-8,0	-7,50	-9,1	-4,0

Установлено, что при уменьшении значений соотношения параметров Lш/Нш от 4,0 до 2,0 эффективность предлагаемого способа изменяется в пределах статистической погрешности и достигает своего максимума при значениях около 1,0 (при температуре около -9,1°С) и затем резко уменьшается при снижении значения соотношения до 0,5.

Данные результаты позволили определить оптимальные соотношения Lш/Hш от 0,90 до 1,10 (с точностью ±10%).

Пример 3: В эксперименте для соотношения Lш/Hш=1,0 и Dш/Нш=0,3 минимально допустимые температуры наружного воздуха при укладке бетона составили:

Таблица 3
Нш/Нп	0,6	0,5	0,4
t, °C	0,0	-12,0	-8,0

При уменьшении значений соотношения параметров Нш/Нп от 0,40 до 0,60 эффективность предлагаемого способа возрастает, после чего достигает своих максимальных возможностей при значениях около 0,5 (при температуре около -12°С) и затем уменьшается при снижении значения соотношения до 0,6.

Данные результаты позволяют определить оптимальные соотношения Нш/Нп от 0,40 до 0,60 (с точностью ±10%).

Результаты экспериментов, проиллюстрированных примерами 1-3, позволили установить возможность бетонирования тонкостенных конструкций при отрицательных температурах созданием шпуров с вкладышами, обладающими капиллярными свойствами, и определить оптимальные соотношения: Нш/Нп=0,40-0,60; Lш/Hш=0,90-1,10; Dш/Нш=0,10-0,29.

Предлагаемый способ бетонирования позволяет вести укладку бетона при отрицательных температурах без дополнительных энергозатрат с требуемой прочностью бетона.

Преимущественной областью применения способа являются тонкостенные горизонтальные конструкции, в которых отверстия от шпуров закрываются последующими слоями. Например, днища каналов, где отверстия будут заиливаться, основания полов или дорожных покрытий.