Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные технологии монолитного домостроения с применением термовакуумных активных опалубочных систем .
1.1. Сравнительный анализ известных технологических решений применения различных опалубочных систем с термообработкой бетона.
1.2. Сравнительная оценка применяемых технологий бетонирования конструкций с вакуумированием бетона .
1.3.Особенности влияния способов распалубки твердеющих монолитных конструкций на качество работ..
Глава 2. Научные и методические основы повышения эффективности режимов термообработки бетона и его вакуумирования в монолитном домостроении .
2.1. Основные факторы, влияющие на качество бетонных и опалубочных работ, выполняемых с использованием вакуумирования и термообработки бетонных смесей.
2.2. Основные закономерности набора прочности бетоном при термообработке и вакуумировании. Методики оценки достоверности экспериментальных данных .
2.3. Рациональные методы и средства обеспечения технологических процессов и контроля набора прочности бетона.
2.4. Основные критерии, влияющие на оптимизацию технологических режимов бетонирования и распалубки конструкций.
. Глава 3. Сравнительные экспериментальные исследования эффективности процессов бетонирования конструкций при использовании существующих и новых интенсивных технологий .
3.1. Описание сущности предложенных решений, экспериментального
стенда, применяемых средств измерений. Методика вариантного проектирования и проведения опытных работ.
3.2. Изучение влияния различных режимов тепловой обработки бетона на интенсивность процесса бетонирования .
3.3. Установление зависимости показателей скорости набора прочности бетоном от параметров режима внутреннего вакуумирования.
3.4. Исследования эффективности тепловых и комбинированных воздействий на бетонную смесь с целью интенсификации технологических процессов.
3.5. Исследование влияния параметров вибрирования на повышение качества бетонных работ при распалубке конструкций.
Глава 4. Разработка и обоснование усовершенствованных технологических решений возведения многоэтажных монолитных жилых зданий .
4.1. Обоснование рациональных параметров технологических процессов по тепловым и комбинированным видам воздействий на бетон, обеспечивающих повышение интенсивности и качества работ, прочности бетона, сокращение энерго- трудозатрат.
4.2. Анализ опытно-производственных данных применения новых технологических решений при выполнении бетонных работ с применением термоопалубок, вакуумирования, виброраспалубки .
4.3. Перспективные направления дальнейшей интенсификации технологий монолитного домостроения.
- Сравнительная оценка применяемых технологий бетонирования конструкций с вакуумированием бетона
- Основные закономерности набора прочности бетоном при термообработке и вакуумировании. Методики оценки достоверности экспериментальных данных
- Изучение влияния различных режимов тепловой обработки бетона на интенсивность процесса бетонирования
- Анализ опытно-производственных данных применения новых технологических решений при выполнении бетонных работ с применением термоопалубок, вакуумирования, виброраспалубки
Введение к работе
Актуальность темы. Известные методы термообработки бетонной смеси не отвечают в должной мере высоким требованиям интенсификации бетонных работ при возрастающих объемах монолитного домостроения, которые характеризуются большой трудоемкостью и продолжительностью опалубочных и бетоноукладочных операций. Необходимость совершенствования технологических процессов изготовления монолитных железобетонных конструкций непосредственно на объекте строительства и ускорения сроков распалубки конструкций требует интенсификации трудоемких процессов опалубочных, арматурных и бетонных работ. Актуальность проблемы энергосбережения в строительстве возрастает при увеличении стоимости энергоносителей. Поэтому целесообразно рассматривать строительные процессы монолитного домостроения во взаимосвязи с эксплуатационными расходами, вопросами качества строительных работ и комфортности жилья.
Цель работы заключается в исследовании и разработке эффективной технологии термо-вакуумной обработки бетонных монолитных конструкций, формуемых в термо-активных опалубках с тепловыми трубами системы отопления зданий, обеспечивающей снижение энерго-трудозатрат, сокращение сроков распалубки за счет ускоренного набора прочности бетоном, совмещения опалубочных, бетонных работ и повышение качества последующих эксплуатационных работ. Использование напольно-потолочных отопительных систем является перспективным не только с точки зрения экономии энергозатрат, но и решения социальных вопросов, связанных с созданием оптимального микроклимата и комфортного жилья. Работа предусматривает исследование и разработку не только новых технологий термо-вакуумирования при изготовлении конструкций из монолитного бетона, но и создание рационального технологического оборудования, а также средств контроля и измерений. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
- проанализированы и обобщены современные технологические подходы к проблеме термо-вакуумирования бетона и определению оптимальных режимов обработки бетонной смеси при изготовлении монолитных железобетонных конструкций непосредственно на строительной площадке;
- выявлена целесообразность внутреннего прогрева монолитных железобетонных конструкций в термоопалубке с нагревательными устройствами из тепловых труб, используемых впоследствии в качестве элементов систем напольного (потолочного) отопления;
- исследована модель тепломассообмена, осуществляемого в термоактивной опалубке с тепловыми трубами, и технологические режимы прогрева междуэтажных монолитных перекрытий при их бетонировании;
- выполнен сравнительный анализ альтернативных технологий обработки бетонной смеси на основе комплекса экспериментальных исследований и работ;
- определена техническая эффективность и установлена рациональная область применения тепловых труб для прогрева монолитного железобетона междуэтажных перекрытий с последующим созданием систем напольного или потолочного отопления помещений.
Решение поставленных задач осуществлялось в несколько этапов:
- изучение основных факторов, влияющих на эффективность технологии обработки бетонной смеси в термоактивных опалубках;
- сравнительный анализ альтернативных технологий тепловой и вакуумной обработки бетонной смеси;
- выбор оптимальных режимов внутренней термо-вакуумной обработки бетонной смеси при формовании изделий.
Объектом исследования явились строительные технологические процессы производства бетонных работ в монолитном домостроении с использованием тепловых труб в термоактивных опалубках. Предмет исследования - изыскание и обоснование путей интенсификации бетонных работ и условий ранней распалубки конструкций с целью ускорения оборачиваемости опалубки, уменьшения стоимости и повышения качества строительства при реализации новых технических решений применения нагревательных устройств в виде металлополимерных теплостойких труб в термоактивных опалубках.
Теоретическими основами исследования стали труды следующих известных российских и зарубежных ученых в области теории и практики монолитного домостроения: Афанасьев А.А., Арбеньев А.С., Айрапетов Г.А., Атаев С.С., Ахвердов И.Н., Баженов Ю.М., Биллинер К.П., Блещик Н.П., Гершберг О.А., Головнев С.Г., Гордон С.С., Данилов Н.Н., Комохов П.Г., Красновский Б.М, Крылов Б.А., Колчеданцев Л.М., Лукьянов B.C., ЛысовВ.П, Миронов С.А., Мосаков Б.С., Новицкий Н.В., Олейник П.П., Полонский Л.А.,Скворцов СТ., Скрамтаев Б.Г., Сторожук М.А, Совалов И.Г., Топчий В.Д., Шишкин А.А. и др.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- теоретически и экспериментально доказана целесообразность комбинированной термо-вакуумной обработки бетонной смеси с целью ранней распалубки железобетонных конструкций и обоснована ускоренная внутренняя термо-вакуумная технология изготовления монолитных железобетонных перекрытий;
- установлены зависимости, определяющие рациональные параметры термо-вакуумной обработки бетонной смеси в термо-активных опалубках с нагревательными устройствами в виде металлополимерных теплостойких труб, которые монтируют на арматурном каркасе перекрытий с последующим использованием этих труб как элемента напольно-потолочной системы отопления; - выявлены новые закономерности в технологии термо-вакуумных бетонов при формовании конструкций, позволяющие интенсифицировать технологические процессы и повысить качество работ;
- разработан способ прогрева монолитного бетона и железобетона в термо-активных опалубках с нагревательными устройствами при совмещении процессов опалубочных и бетонных работ и практический метод расчета конструкции термоопалубки, технологических и теплотехнических параметров тепловых труб;
- получены зависимости подводимой и расходуемой тепловой энергии от конструктивных размеров термоопалубки, диаметра, шага укладки тепловых труб и темпа бетонирования конструкций;
- определены оптимальные режимы прогрева монолитных железобетонных перекрытий в термоактивных опалубках с тепловыми трубами с учетом интенсивности набора прочности бетоном;
- обоснован способ внутреннего объемного термо-вакуумирования бетонных смесей с применением подвижных вакуум-труб, скользящих в водо-воздухопроницаемых кожухах, имеющих 20% скважность;
- разработана система технологического обеспечения и оперативного контроля качества выполнения бетонных работ, заключающаяся в непрерывном мониторинге данных как в процессе транспортирования бетонной смеси по трубопроводам, так и в процессе набора прочности бетоном в конструкции перекрытия.
- По теме диссертации соискателем совместно с соавторами поданы в Российское агентство по патентам и товарным знакам 4 заявки на выдачу патентов на изобретения:
- «Способ монтажа систем отопления в перекрытиях монолитного здания и устройство для его осуществления», заявка № 2002109431, приоритет от 17.04.2002 г.; (получено решение о выдаче патента, см. п. 10 перечня публикаций автора); - «Способ обработки и транспортирования бетонной смеси и устройство для его осуществления», заявка № 2002125761, приоритет от 03.10.2002 г.;
- «Способ бетонирования монолитных железобетонных перекрытий и устройство для его осуществления», заявка № 2002131408, приоритет от 28.11.2002 г.;
- «Способ распалубки железобетонных конструкций», заявка № 2003104389, приоритет от 07.02.2003 г.
Практическая значимость и реализация работы состоят в создании испытательного комплекса по проверке различных технологий термообработки бетонной смеси и в использовании результатов исследования в производственных условиях в подразделениях холдинга «ЛенСпецСМУ».
Установлена принципиальная возможность термообработки монолитных железобетонных междуэтажных перекрытий в термоактивных опалубках с нагревательными устройствами из тепловых труб системы водяного отопления.
Разработаны эффективные способы и оборудование для изготовления монолитных перекрытий в термоопалубках, позволяющие ускорить набор прочности бетона и производить ускоренную распалубку изделий за счет воздействия теплоты, вакуума и вибрирования.
На основании исследований и опытно-экспериментальной проверки термоактивной опалубки в работе разработан «Технологический регламент по применению тепловых труб систем отопления зданий при изготовлении междуэтажных железобетонных перекрытий».
Результаты исследований подтверждены производственной проверкой и опытным внедрением разработанной технологии на объектах строительства жилых многоэтажных зданий «ЛенСпецСМУ» в Санкт-Петербурге. Апробация работы. Материалы исследований доложены и одобрены на 55, 58-60 научных международных конференциях СПбГАСУ в 2000-2003 гг.; опубликованы в сборниках научных трудов: «Реконструкция Санкт-Петербурга - 2003 г.», СПб, СПбГАСУ, 2003; «Актуальные проблемы инвестиционно-строительного процесса в Санкт-Петербурге», Стройиздат, СПб, 2002 г.; «Современные направления технологии строительного производства» ВИТУ, СПб, 2003 г.
На международной выставке в ЛенЭКСПО в Санкт-Петербурге и на семинарах «Современные строительные технологии» в СПбГАСУ в 2001-2003 гг. была подтверждена заинтересованность специалистов строительной отрасли в создании термо-вакуумной технологии изготовления монолитных междуэтажных перекрытий со встроенной отопительной водяной системой.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 128 стр. печатного текста (Times New Roman, 14 пт), состоит из введения, 4 глав, заключения (основные выводы), приложений, списка литературы, включающего 132 наименования. В работе представлено 49 рисунков, 23 таблицы. Общий объем диссертации составляет 170 стр.
На защиту выносятся:
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по ускоренной термо-вакуумной обработке бетонной смеси с ранней распалубкой монолитных железобетонных конструкций с высоким качеством поверхности бетона.
2. Способ прогрева монолитного бетона в термоопалубках с металло-полимерными теплостойкими трубами при совмещении опалубочных и бетонных работ с последующим использованием тепловых труб в качестве напольного или потолочного отопления помещений. 3. Зависимости расходуемой тепловой энергии от конструктивных размеров термоопалубки, темпа бетонирования, диаметра, глубины и шага укладки тепловых труб.
4. Результаты сравнительного анализа эффективности различных способов термообработки бетонных смесей (традиционный — метод «термоса», электропрогрев греющими проводами, вакуумирование, внутренний прогрев тепловыми трубами с горячей водой, комбинированный: вакуумирование и прогрев тепловыми трубами).
5. Теоретическая модель и способ внутреннего объемного вакуумирования с использованием подвижных вакуум-трубок, перемещаемых в гофрированных водо-воздухопроницаемых кожухах внутри монолитных конструкций в процессе твердения бетонных смесей.
6. Рациональное решение трубопроводного транспорта бетонных смесей повышенной жесткости за счет локального вибрирования потока смеси в местах увеличенной ее плотности, контролируемой приборами на основе трибоэлектрического эффекта.
Сравнительная оценка применяемых технологий бетонирования конструкций с вакуумированием бетона
В 1935 г. русский инженер Глужге П.И. предложил способ и конструкцию прибора вакуумирования (авт. свид. № 49142). В 1935 г. американский изобретатель запатентовал способ отливки бетонных изделий с применением вакуумирования (патент № 99121), который прошел успешную проверку в фирме «Vacuum Concrete С».
Развитию вакуумирования способствовали научные работы, выполненные ЦНИИПСом, МИСИ, трестами «Строитель», Стройгор, ЛенЗНИИЭП, известными учеными и специалистами Скрамтаевым Б.Г., Десовым А.Е., Гершбергом О.А., Гордоном С.С., Данилиным И.Н., Скворцовым СТ., Полонским Л.А., Сторожук Н.А. и др., которые выполнили наиболее серьезные работы по основам технологии вакуумирования бетона и внедрению ее в заводское производство железобетонных изделий.
В 1936 г. Десов А.Е., Скрамтаев Б.Г. предложили вакуум-вибратор (авторское свидетельство № 50396) и установку с вибровкладышами для изготовления пустотелых настилов перекрытий.
Исследования по вакуумированию, проведенные ВНИИГом, трестом «Строитель», ДорНИИ, были реализованы на строительстве Цимлянской, Горьковской, Каховской, Куйбышевской гидроэлектростанций, где использовалась крупнощитовая вакуум-опалубка. Ее оборачиваемость достигала 20-25 раз, что позволило сократить расход пиломатериалов более чем в 2 раза.
В 1968 г. ВНИИжелезобетон разработал рекомендации по внедрению конвейерных технологических линий с пакетировщиками на Полюстровском ДСК Главленинградстроя, где применение вакуум-щитов обеспечило уменьшение времени тепловой обработки железобетонных панелей на 2 часа и улучшило качество поверхности изделий.
Исследованиями Киевских специалистов Гипрогражданпромстрой НИИСП, НИИСК, ОИСИ, ДИСИ доказано, что применение оптимальных составов бетонной смеси и режимов вибровакуумирования позволяет повысить прочность бетона на 60%, а водонепроницаемость в 2,5 раза [68, 92, 117-119].
В Минском институте строительства и архитектуры при Госстрое БССР под руководством Блещика Н.П. [20] разработан метод «пресс-вакуум-бетона» изготовления железобетонных изделий, суть которого заключается в нагнетании под давлением бетонной смеси в герметичную форму и вакуумировании ее в процессе прохождения в полости между бортами.
В ЛенЗНИИЭПе разработан принципиально новый способ изготовления железобетонных конструкций методом комплексного вакуумирования, предусматривающий удаление воздуха из бетонных смесей в сочетании с предварительным разогревом и последующим контактным вакуумированием на стадии уплотнения (авт. свид. № 405847), [97-100]. Данный метод позволяет снизить расход цемента на 10-15%, сократить время тепловой обработки до 4 часов, получить гладкие поверхности изделий. Больших успехов в области вакуумирования строительных конструкций достигли в США, Германии, Чехословакии и Швеции. Однако, дальнейшем в нашей стране внимание к вакуумированию ослабло в связи с применением с развитием сборного бетона и применением жестких бетонных смесей. Вакуумирование эффективно при использовании пластичных бетонных смесей. Исследованиями [7-9] установлены следующие преимущества данного метода: ускоряется твердение бетона (наиболее интенсивно в период 16-72 часа), повышается морозостойкость бетона, ускоряется процесс распалубки изделий, снижается осадка и ползучесть бетона.
По данным исследований Скворцова С.Г. [109] прочность вакууми-рованного бетона в суточном возрасте равна прочности невакуумированного бетона в возрасте 3 суток и соответственно прочность вакуум-бетона в возрасте 14 суток равна прочности невакуумированного бетона через 28 суток (рис. 1.5 и рис. 1.6). В дальнейшем нарастание прочности идет на 15-26% в течение года.
Эксперименты с вакуум-бетоном после интенсивной термообработки оказались неудачными, т.к. получился бетон с заниженной прочностью на сжатие, и наблюдалось шелушение и расслоение верхнего слоя вакуумированной поверхности [60, 97-98, 100]. Очевидно, это связано с нарушением режима термообработки, требующего более плавного подъема температуры для тонкостенных изделий.Рассмотрим факторы, влияющие на эффект вакуумирования.
Вакуумирование — технологический прием, позволяющий извлечь часть воды затворения из уложенного уплотненного бетона. Использование такого приема оказывает возможность применять бетонные смеси с повышенной подвижностью, что упрощает и удешевляет их распределение и уплотнение, достигая при этом существенного улучшения физико-механических характеристик затвердевшего бетона за счет ускорения процесса гидратации цемента.
Эффект вакуумирования бетона зависит от ряда факторов: величины разряжения в вакуум-полости, времени и режима вакуумирования, технологии изготовления плоских железобетонных изделий, состава бетона, В/Ц отношения, типа вакуум-оборудования и др. факторов. Оптимальные параметры вакуумирования различные авторы определяли по разным методикам и как отмечает Гордон О.О. [36, 37], прочностные характеристики вакуум-бетона и снижение В/Ц отношения имели большой разброс показателей. Конопленко А.И. и Сторожук Н.А. [68] установили, что наибольший эффект уплотнения бетонной смеси при уплотнении достигается при соотношении мелкого заполнителя к крупному, равном 0,52. Гершберг О.А. и Левченко Е.А. [29, 30] показали, что мелкозернистые смеси уплотняются интенсивней, чем крупнозернистые. При этом изучались следующие свойства вакуум-бетона из смесей с жесткостью 300-400с: прочность, водонепроницаемость, водопоглощение, капиллярный подсос, усадка, набухание и морозостойкость.
Исследования по вакуумированию бетона, проведенные в ЛенЗНИИЭПе, показали, что применение вакуумирования бетонной смеси значительно повышает конечную прочность бетона в 1,5 раза, что позволяет производить немедленную распалубку изделий и в 2-3 раза сокращает цикл тепловой обработки. При этом может быть достигнута экономия цемента до 15%, повышена прочность до 50-60%, а также улучшены другие показатели и физико-механические характеристики бетонных конструкций.
Основные закономерности набора прочности бетоном при термообработке и вакуумировании. Методики оценки достоверности экспериментальных данных
Основные закономерности набора прочности бетоном при его электрообработке в основном известны, и основные показатели можно проанализировать на экспериментальных данных других авторов [62-64, 107].
Общие тенденции набора прочности бетоном при различных режимах тепловой обработки можно видеть на графиках рис. 2.1, 2.2 рекомендуемых для расчетов руководствами [ 104-106].
В качестве исходных данных воспользуемся результатами экспериментальных исследований Колчеданцева Л.М. [62, 64] по кинетике набора прочности бетона при электроразогреве бетонной смеси (табл. 2.1) и комплексной термовиброобработке табл. 2.2). Экспериментальные данные по термообработке вакуумированных бетонных смесей (Опыты Полонского Л.А. [97]), приведенные в табл. 2.2, свидетельствуют о наличии эффекта вакуумирования и увеличения прочности бетона при различных режимах термообработки. По данным табл. 2.3 средний прирост прочности Rmr. = 140%, а сж- = 134%, что несколько ниже данных табл. 2.4, где после вакуумирования проводилась термообработка бетонной смеси и эффект вакуумирования проявлялся на более ранней стадии твердения бетона. На основе проведенных экспериментов в качестве оптимального был рекомендован следующий режим термообработки изделий: - предварительная выдержка, ч. О - подъем температуры до 90-95С, ч. 2,5 ч. - изотермический прогрев при температуре 95С 1,0 ч. - снижение температуры, ч. 0,5 ч. Для оценки эффективности уплотнения при вакуумной обработке бетона Полонский Л.А [98] ввел коэффициент эффективности уплотнения при вакуумировании: где AF- уменьшение объема смеси; AS - количество извлеченной воды. Влияние вакуума на раннюю распалубку железобетонных изделий изучалось в работе Комохова П.Г. и Лозовской Э.П. [67], где выявлено, что на изменение коэффициента тепломассоотдачи наибольшее влияние из двух факторов оказывает величина вакуума — 60%, а наименьшее - температура разогрева — 40%. Анализ экспериментальных данных показывает, что при вакууме 0,01 МПа и температуре разогрева бетонной смеси 50С за 0,1 минуты В/Ц понижается с 0,70 до 0,67, а при температуре 90С — до 0,56. Разогретая бетонная смесь до температуры 90С и величине вакуума Р = 0,01 МПа за 1 минуту теряет до 20 % воды. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правильность предпосылки об использовании вакуума на стадии укладки и уплотнения разогретой бетонной смеси с целью удаления из нее части избыточной воды и понижения В/Ц. Опыт изготовления сборных железобетонных изделий на предприятиях стройиндустрии подтвердил целесообразность получения ранней распалубочной прочности изделий за счет комплексного использования тепловой обработки и вакуумирования бетона.
При анализе существующих методик оценки достоверности экспериментальных данных было установлено, что в настоящее время нет надежных методов оперативного контроля набора прочности бетона во времени, имеется большой разброс в показаниях прочности бетона как при испытаниях неразрушающими методами, так и при испытаниях опытных образцов в лабораторных условиях.
Особое внимание автор уделил методике экспериментальных исследований Гордона С.С. [37], который установил, что применение ультразвукового метода оценки прочности бетона вполне допустимо при учете основных факторов, влияющих на скорость ультразвука и прочность бетона. Учитывая, что эксперименты проводились на одном стенде с однородным составом бетона, исследуемые технологии находились в одинаковых условиях. Практически все погрешности и негативные факторы были исключены из анализа опытных работ поскольку анализировались не абсолютные, а относительные величины опытных данных. В этих условиях можно считать, что применение ультразвукового метода является приемлемым, т.к. этот метод имеет определенные преимущества по сравнению с другими неразрушающими методами контроля, в основе которого используются корреляционные зависимости «скорость распространения в бетоне ультразвукового импульса - прочность бетона». Прочность бетона на сжатие есть функция скорости ультразвука: где Ясж — прочность бетона на сжатие; v — скорость импульса ультразвука в бетоне; Е - модуль упругости бетона; р - плотность бетона. Этот метод позволяет определить прочность бетона с погрешностью не более ± 8... 10%. При этом учитываются погрешности средств измерений (инструментальные) и погрешности условий измерений (перепады температур, неоднородность бетонной смеси, неравномерность эл.питания прибора и др.). Метод удобен при оперативном контроле качества выполнения бетонных работ. Методика обработки данных испытаний. Лабораторный контроль прочности бетона по испытаниям кубиков или неразрушающими методами. Среднее значение коэффициента вариации прочности бетона за анализируемый период: 1=1 где Vmj — коэффициент вариации прочности бетона в каждой /-ой из N проконтролированных за анализируемый период партии; ПІ — число единичных значений прочности в каждой /-ой из N проконтролированных партий; X.пі- общее число единичных значений прочности бетона за анализируемый период. Коэффициент вариации прочности бетона в /-ой партии (партионный коэффициент вариации), в процентах: где Rm - прочность бетона партии; Sm - среднее квадратическое отклонение прочности бетона. Прочность бетона в партии: значение прочности бетона; п - общее число единичных значений в партии. За единичное значение прочности бетона при контроле по образцам принимают среднюю прочность бетона в одной серии образцов. При контроле неразрушающими методами прочности бетона плоских и многопустотных плит перекрытий и покрытий, за единичную прочность бетона принимают среднюю прочность бетона конструкции, вычисляемую как среднее арифметическое прочности бетона контролируемых участков. В остальных случаях за единичную прочность бетона принимают прочность бетона контролируемого участка конструкции.
Изучение влияния различных режимов тепловой обработки бетона на интенсивность процесса бетонирования
Известны различные технологические способы, интенсифицирующие твердение бетона: предварительный форсированный электроразогрев бетонной смеси (горячие бетонные смеси); разнообразные приемы электротермообработки уложенного бетона, основанные на использовании специальных нагревательных устройств, тепловых излучателей; токопроводящих элементов, электродов; термовиброобработка и комбинированные методы тепловой обработки бетонной смеси; применение ускорителей твердения в композициях с пластифицирующими добавками, высокоактивными цементами, воздействие электромагнитного поля на водоцементные системы и др.
Способы и устройства для интенсивного разогрева бетонной смеси различаются по виду энергоносителя (электроэнергия, пар, газ, горячая вода, химические реагенты), по способу передачи теплоты (контактный наружный обогрев и внутренний прогрев различными нагревательными устройствами, экзотермический процесс выделения теплоты за счет химической реакции при твердении бетона), по способу технологического воздействия на бетонную смесь (вакуумирование, вибрация, избыточное давление, повторное перемешивание, пар, магнитное поле, СВЧ, УВЧ, электрообработка воды затворения и др.) в сочетании с разогревом.
Каждый из известных способов термообработки бетона имеет свои достоинства и недостатки, рациональную область применения. Поэтому автор не ставит задачу найти универсальный способ термообработки бетона, а рассматривает конкретно наиболее технологичные приемы термообработки бетона при изготовлении междуэтажных монолитных железобетонных перекрытий и сравнивает их по основным технико-экономическим параметрам. При этом необходимо выполнение следующих условий: безопасность при эксплуатации, доступность, невысокая стоимость и простота подвода энергоносителя; технологичность, эффективность и надежность управления процессом термообработки бетонной смеси.
Из всего многообразия способов интенсификации технологических процессов бетонных работ рассматривались: электропрогрев как наиболее распространенный способ, метод «термоса», способ вакуумирования, способ внутреннего прогрева конструкции тепловыми трубами и комбинированный способ (термообработка тепловыми трубами и вакуумирование).
Температурный фактор является важнейшим в кинетике структурообразования и прочности бетона, существенным образом влияет на технологию бетонных работ. Как доказал проф. Комохов П.Г. [67] при нагреве свежеуложенного бетона увеличение его составляющих «твердая фаза - вода - воздух» происходит в соотношении 1:100:1000. В связи с этим из-за разницы температурных деформаций компонентов бетона в твердеющей бетонной смеси развиваются деструктивные процессы. Поэтому в технологии бетонных работ к исследованию этих процессов должно быть повышенное внимание. Известно, что повышенное давление и пар назначают как проверенные технологические приемы интенсификации бетонных работ на предприятиях стройиндустрии, заводах сборного железобетона. Однако, эта технология не применяется на строительной площадке ввиду больших теплопотерь и низкого коэффициента полезного действия. Автор предлагает способ внутреннего вакуумирования и исследует процесс термо-вакуумной обработки бетонной смеси из следующих соображений. Внутреннее давление, возникающее за счет объемных расширений компонентов бетона, будет частично уравновешиваться внутренним вакуумным разряжением за счет отбора несвязной воды и частиц воздуха. Таким образом, негативное влияние деструктивных процессов будет минимизировано, что благоприятно способствует дополнительному приросту прочности бетона.
Второй фактор весьма важный - временной. Время характеризует скорость набора прочности бетоном, темп производства бетонных работ (укладки бетонной смеси), режим термообработки (время подъема температуры, выдержки и остывания бетона), время распалубки конструкций (оборачиваемость опалубки), трудоемкость и энергозатраты при производстве работ. В конечном счете «временной фактор» — это показатель производительности труда, интенсивности процесса бетонирования. Этот важнейший технологический показатель опосредованно присутствует в других технико-экономических показателях (трудоемкость, производительность, теплопотери, энергозатраты и др.), по которым производится сравнение альтернативных технологий и выбор рационального способа термообработки бетонной смеси. В диссертации основное внимание уделяется термо-вакуумному способу обработки бетона, поскольку он является приемлемым и малоэнергоемким для условий строительной площадки, обладает более высоким коэффициентом полезного действия при использовании в качестве теплоносителя - горячей воды 70-75С. В экспериментах главный акцент был сделан на сопоставление следующих альтернативных и конкурентноспособных технологиях: электропрогрев, внутреннее вакуумирование, термообработка бетонной смеси с помощью тепловых труб, комбинированный термо-вакуумный способ. Остальные способы были исключены из рассмотрения по причине ограниченности применения в условиях строительной площадки, низкого коэффициента полезного действия, высокой стоимости энергоносителей. Бетонирование фрагментов монолитного железобетонного перекрытия толщиной 16 см предусматривается на испытательных стендах по традиционной технологии с укладкой бетона в один слой в опалубку с вмонтированной тепловой системой, которая может иметь различную конфигурацию (кольцевую, зигзагообразную, концентрическую).
Анализ опытно-производственных данных применения новых технологических решений при выполнении бетонных работ с применением термоопалубок, вакуумирования, виброраспалубки
Технико-экономический расчет эффективности новых технологий Исходя из экспериментальных данных целесообразно сопоставить стоимостные затраты энергоносителей при выполнении работ на стендах 2, 3, 5 на период времени достижения бетоном 40-50% R.2 Экономический расчет показал о целесообразности применения внутреннего прогрева отопительными трубами как с вакуумированием, так и без него по сравнению с электропрогревом (экономический эффект составляет 30-33%). С практической точки зрения способ внутреннего прогрева без вакуумирования является предпочтительным с экономической и технической точки зрения. Он является перспективным ввиду меньших энергозатрат и возможности создания контрольных условий пребывания жильцов в помещениях с использованием напольных отопительных систем.
Техническое решение напольного отопления представляет собой змеевидные контуры, подключаемые к стояку отопительной системы с терморегулятором. Равномерное распределение теплового потока позволяет улучшить комфортность помещений, а отказ от навесных отопительных радиаторов не только расширяет свободное пространство помещений, но и снижает нагрузки на элементы здания.
Для компенсации зон нисходящего с наружных стен и окон холодного воздуха предусматривается более частое расположение труб по периметру, что позволяет получать указанные зоны с температурой поверхности пола 28...32С.
Следует отметить высокую надежность, долговечность и безопасность таких тепловых систем, а также низкие трудозатраты и стоимость при их устройстве. По сравнению с традиционными решениями достигается снижение затрат до 30%.
Способ устройства междуэтажных монолитных перекрытий с применением тепловых труб напольно-потолочной системы отопления
Способ внутреннего термо-вакуумного воздействия на бетонную смесь с применением тепловых труб при устройстве междуэтажных перекрытий со встроенной напольно-потолочнои системой отопления представлен на рис. 4.2.
Суть предлагаемого способа состоит в том, что бетонирование междуэтажных перекрытий совмещают с монтажом системы отопления здания и выполняют совмещенный строительно-технологический монтаж на стадии возведения несущих конструкций зданий, при этом совмещают опалубочные, арматурные, бетонные работы с монтажом технологического оборудования системы отопления, объединяя все работы в единый технологический цикл. Используют данную техническую систему для прогрева бетонной смеси в перекрытиях возводимого здания с целью ускорения процесса твердения (набора прочности) бетона, а затем включают готовую трубопроводную сеть в состав системы внутреннего инженерного оборудования здания без трудозатрат на ее монтаж. Следовательно, предлагаемая технология имеет двойное назначение: для строительства и для эксплуатации здания.
Технической задачей нового решения является расширение функциональных возможностей способа монтажа термоопалубки путем совмещения функций термообработки свежеуложенной бетонной смеси на первой стадии изготовления поэтажных перекрытий монолитного здания и на второй стадии — устройства напольного (потолочного) отопления помещений с помощью труб системы отопления, замоноличенных в перекрытиях.
Поставленная задача достигается тем, что тепловые трубы перекрытий возводимых этажей монолитного здания используют как технологическое встроенное оборудование, которое подключают к системе отопления для ускоренной термообработки бетонной смеси. В перекрытиях к стержням арматурного каркаса прикреплены тепловые трубы, которые размещены в виде змеевиков с шагом кратным шагу продольных стержней арматуры и подключены посредством вентилей к греющему и обратному стоякам системы отопления здания. На рис. 4.2 изображены плиты междуэтажных перекрытий монолитного здания толщиной 16-20 см в конструктивной ячейке 6м х 6м, изготовляемых с использованием унифицированных опалубок монолитного домостроения. Крепление отопительных термостойких полимерных или металлополимерных труб осуществляется с помощью специальной крепежной ленты или фиксацией их вязальной проволокой на арматурном каркасе перекрытия с последующей укладкой на них бетонной смеси. По теплопроводным трубам по мере возведения здания поэтажно подается горячая вода или другой теплоноситель. Конфигурация и глубина укладки труб, диапазон колебания температуры носителя определяется расчетом. Шаг расположения труб устанавливается кратным шагу продольных стержней арматурного каркаса. На нижнюю часть палубы 1 укладываются сварные арматурные каркасы 2 диаметром 8 мм из стали класса А-Ш с шагом 175 мм. (Пособие к СНИП 2.08.01-85. «Конструкции жилых зданий»). Гибкие термостойкие полимерные трубы 3 предварительно прокладывают в полимерный гофрированный гибкий кожух 4, который крепится к стержням арматурного каркаса с таким радиусом закруглений R, определяемым вышеуказанной кратностью, чтобы монтаж и демонтаж полимерных труб технологически был достаточно простым и не трудоемким. Диаметр трубопроводов и глубина укладки, а также температура теплоносителя (горячая вода - перепад от 95 до 70С) определяются с таким расчетом, чтобы температура бетонной смеси в период твердения поддерживалась в диапазоне 55-60С, а в период эксплуатации в осенне-зимний период температура потолка жилого помещения составляла 40С, а пола 28-29С. Систему потолочного отопления можно летом использовать для охлаждения помещений путем циркулирования в ней холодной воды. Поэтажные системы отопления присоединяются через систему запорных вентилей на входе к греющему стояку и на выходе теплоносителя также через вентиль к обратному стояку. Укладка бетонной смеси в опалубку производится по традиционной технологии. В проектное положение выставляется щитовая (объемно-блочная, секционная, туннельная или др.) опалубка междуэтажного перекрытия. Затем в этой опалубке монтируют арматурный каркас и тепловые трубопроводы (труба в кожухе), которые крепят к стержням арматурного каркаса или закрепляют специальной крепежной лентой. После этого на арматурный каркас и тепловые трубы производят подачу бетонной смеси, формируя тем самым монолитную плиту перекрытия сплошного сечения, защемленную по трем сторонам. При этом процесс бетонирования не отличается от известной технологии единого цикла изготовления монолитных перекрытий и внутренних монолитных стен из тяжелого бетона класса В-15 (Конструкции типовых зданий. —Л., 1985), где монолитная плита перекрытия толщиной 16-20 см в конструктивной ячейке 6м х 6м с одной стороны открыта для установки стояков и подводки от них к трубопроводам, а в последующем — к устройству наружных стеновых ограждений.
