Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы произошли значительные изменения в структуре выпускаемой продукции из бетона и железобетона. При заметном сокращении выпуска сборного железобетона до 18-20 млн. м3 в год, объем применения монолитного железобетона вырос до 25-30 млн. м3 в год. Изменилась и структура применения монолитного и сборного железобетона в мостостроении. Вместо массового использования сборных железобетонных конструкций, с середины 90-х годов XX века, начали использовать монолитный бетон при сооружении предварительно напряженных плитно-ребристых пролетных строений мостов.
Вместе с ростом объемов возводимых пролетных строений из монолитного железобетона существенно увеличились требования к потребительским свойствам возводимых сооружений, их качеству и долговечности. Качество и долговечность железобетонных конструкций снижают различные виды трещин. Натурные обследования возведенных железобетонных плитно-ребристых пролетных строений и выполненный анализ технической литературы показали, что уже на стадии строительства в них появляются трещины температурного происхождения. В связи с этим, предупреждение трещинообразования в целях повышения качества и долговечности, возводимых монолитных плитно-ребристых пролетных строений, является актуальной задачей.
Вероятность возникновения температурных трещин в монолитных железобетонных конструкциях существует на всех стадиях выдерживания бетона. Однако, основное внимание в ранее выполненных научных работах, уделялось предупреждению трещинообразования на стадии остывания конструкций. Термонапряженное состояние конструкций и методы предупреждения трещинообразования от температурных воздействий на начальных этапах выдерживания бетона до настоящего времени изучены недостаточно. Эти факторы предопределили цель работы и направление исследований.
Целью настоящей работы является разработка методов предупреждения трещинообразования в монолитных железобетонных плитно-ребристых пролетных строениях на основе учета особенностей формирования теплового и термонапряженного состояния бетона на стадии его разогрева в этот период.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
выбрать методики проведения теоретических и экспериментальных исследований;
изучить влияние расхода цемента, начальной температуры уложенной бетонной смеси и температуры наружного воздуха на закономерности формирования теплового и термонапряженного состояния бетона плитно-ребристых пролетных строений, бетонируемого в традиционной опалубке с использованием регрессионного анализа;
разработать методы предупреждения трещинообразования на стадии разогрева бетона от экзотермии цемента и изучить их эффективность;
изучить влияние различных технологических приемов на возможность уменьшения опасности появления температурных трещин на стадии разогрева бетона;
изучить влияние геометрических размеров и формы отдельных частей плитно-ребристых пролетных строений на формирование термонапряженного состояния бе-
тона и опасность появления температурных трещин и учесть это влияние при разработке методов предупреждения появления температурных трещин.
Методика проведения исследований предполагает использование теоретических и экспериментальных методов.
Теоретические методы основываются на использовании: программы ZA (для исследования температурного режима твердеющего бетона); программного комплекса MSC/NASTRAN (для исследования термонапряженного состояния конструкций); блока макрокоманд, созданного автором работы, для автоматической передачи результатов тепловых расчетов в программе ZA в качестве температурных нагрузок в программу MSC/NASTRAN.
Экспериментальные исследования температурного режима твердеющего бетона проводились с использованием термопар и многоканальных терморегистраторов «Терем-1» и «Терем-2». Исследования поверхности бетона производилось визуально с использованием оптических приборов.
Исследование прочности твердеющего бетона проводилось неразрушающими методами контроля с помощью приборов «Оникс-2.4» и раздавливанием кубиков на механическом прессе.
Научная новизна. Впервые установлена вероятность возникновения температурных трещин в плитно-ребристых пролетных строениях на стадии разогрева бетона от экзотермии цемента.
Новые научные результаты.
установлены закономерности разогрева бетона плитно-ребристых пролетных строений, выдерживаемых в традиционной опалубке, в зависимости от расхода цемента, начальной температуры бетонной смеси и температуры наружного воздуха;
показана значимость отдельных факторов во влиянии на закономерности разогрева бетона;
установлены особенности формирования собственного термонапряженного состояния в бетоне и его влияние на трещиностойкость бетона плитно-ребристых пролетных строений;
выявлены закономерности влияния тепловой изоляции консолей, форм и размеров поперечного сечения на формирование теплового и термонапряженного состояния консолей на стадии разогрева бетона от экзотермии цемента;
уточнено значение константы скорости реакции гидратации для применяемых бетонов на основе цементов Белгородского и Старооскольского заводов.
Практическая ценность работы состоит в установлении причин трещино-образования в бетоне плитно-ребристых пролетных строений на начальном этапе выдерживания и разработке методов по их предупреждению.
Достоверность результатов исследований обеспечена: применяемыми методами экспериментальных и теоретических исследований; проверкой достоверности расчетов путем решения обратной задачи; результатами реализации разработанных методов предупреждения трещинообразования на практике, при возведении плитно-ребристых пролетных строений в Москве, Санкт-Петербурге и Ярославле.
На защиту выносятся:
- закономерности изменения температур плитно-ребристых пролетных строе
ний на стадии разогрева бетона от экзотермии цемента, в зависимости от температу
ры бетонной смеси, расхода цемента и температуры окружающей среды;
особенности формирования напряженно-деформированного состояния в плитно-ребристых пролетных строениях на стадии разогрева бетона с учетом струк-турообразования в твердеющем бетоне;
особенности влияния различных конструктивных решений плитно-ребристых пролетных строений на тепловое и термонапряженное состояние и выбор методов предупреждения появления температурных трещин.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы включены в состав технологических регламентов на производство бетонных, опалубочных и подготовительных работ, которые реализованы при сооружении плитно-ребристых пролетных строений в Москве в ходе строительства третьего транспортного кольца, в Санкт-Петербурге при строительстве кольцевой автомобильной дороги и в Ярославле при возведении моста через р. Волгу.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены: на международной конференции «Долговечность строительных конструкций «Теория и практика защиты от коррозии», Волгоград, 7-9 октября 2002 г.; на конференции молодых специалистов, посвященной столетию со дня рождения B.C. Лукьянова, Россия, г. Москва, 15 ноября 2002 г.; на международной конференции «Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей», Москва, 28-29 октября 2004 г.; на заседаниях секции «Строительные материалы и изделия» ученого совета ОАО ЦНИ-ИС 7 декабря 2004 г. и 21 декабря 2005 г.; на конференции молодых специалистов, посвященной семидесятилетнему юбилею научно-исследовательского института транспортного строительства (ЦНИИС), Москва, 19 октября 2005 г.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в пяти опубликованных печатных работах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Она содержит 130 страниц машинописного текста, 28 таблиц, 78 рисунков и список литературы из 128 наименований.
