Патент на изобретение №2161598

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано в производстве железобетонных и бетонных монолитных конструкций для сооружения зданий при ускоренных темпах возведения и выполнении работ в сложных климатических условиях. Технический результат изобретения состоит в изготовлении непосредственно на строительной площадке при пониженных температурах наружного воздуха монолитных железобетонных конструкций с высокой прочностью в короткие сроки. Для решения поставленной задачи в способе изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций измеряют температуры при нагреве, выдерживании и остывании путем размещения датчиков в бетоне с последующей обработкой полученных измерений. Новым является то, что измерение температур производят датчиками в виде промышленных микросхем типа LM45 и регистрирующего прибора в контрольных точках циклами, с замером в каждом цикле температуры воздуха вблизи конструкции, а обработку полученных данных осуществляют путем занесения данных измерений в электронный температурный лист с указанием времени выполнения измерений с компьютерным анализом показаний температурного листа по критериям: достигнутых прочностей бетона, температуры бетона при выдерживании, максимальных скоростей нагрева/остывания, максимального температурного перепада. После этого проводят оценку прочности бетона и принимают решение о достаточности обогрева и выдерживания бетона по уровню прочности бетона и реальному перепаду температур бетона и наружного воздуха, допускающему освобождение конструкции от опалубки. Причем при изготовлении колонн измерение температур производят через каждые 2 часа, скорость нагрева/остывания бетона принимают не более 10^oС/ч, уровень прочности бетона – не менее 50% от проектной, а реальный перепад температур бетона и наружного воздуха, допускающий освобождение колонн от опалубки, – 30^oC. 2 з.п.ф-лы, 4 ил., 1табл.

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано в производстве железобетонных и бетонных монолитных конструкций для сооружения зданий при ускоренных темпах возведения и выполнении работ в сложных климатических условиях.

Известен способ формования железобетонных и бетонных конструкций в опалубке, при котором изготовление конструкции и придание ей необходимых геометрических прочностных свойств происходит непосредственно на строительной площадке (Руководство по производству бетонных работ, ЦНИИОМТП, НИИЖБ, Москва, Стройиздат, 1975). Согласно этому способу в подготовленную опалубку, с заранее установленной арматурой, подают бетонную смесь, которая, после соответствующей температурно-влажностной обработки, превращается в прочный конструкционный материал – железобетон, с образованием требуемых геометрических параметров и проектного положения в пространстве отдельной конструкции.

В рамках данного способа при выполнении работ в сложных климатических условиях (низкие температуры наружного воздуха зимой, условия сухого и жаркого климата) предусмотрены обязательные технологические мероприятия по обеспечению нормальных условий выдерживания бетона в опалубке в процессе его твердения до заданных уровней прочности: утепление опалубки и обогрев бетона искусственными методами. При этом основным способом управления процессом твердения бетона в опалубке повсеместно принят температурный контроль, по результатам которого, косвенно, принято судить о прочности бетона и его совокупном качестве. В Российских строительных нормах и правилах (СНиП-3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. Москва, Государственный строительный комитет СССР, 1988) и существующих руководствах по зимнему производству бетонных работ (Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера. ЦНИИОМТП Госстроя СССР, Москва, Стройиздат, 1982) предусмотрены правила осуществления температурного контроля при изготовлении монолитных конструкций при отрицательных температурах наружного воздуха, которые оговаривают местоположение контрольных точек и частоту измерения температур в зависимости от размеров и массивности изготавливаемой конструкции, способов обогрева и продолжительности выдерживания. В частности, контролируют скорости разогрева/остывания бетона, максимальные температуры при обогреве, допустимые температурные перепады бетон/воздух при снятии опалубки и утепления.

Недостатком указанного способа являются:
– невозможность точного соблюдения запроектированных температурных режимов обработки бетона в условиях массового производства монолитных железобетонных и бетонных конструкций в короткие сроки;
– несовершенство методов измерения температуры бутона при больших объемах бетонирования в скоростном строительстве;
– отсутствие оперативного инструмента определения прочности бетона в условиях стройплощадки при больших объемах бетонирования в скоростном строительстве.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций (журнал “Механизация строительства” N 5, 1998, Комиссаров С. В. и Ройтер В.Л. “Совершенствование управления обогревом и выдерживанием монолитных конструкций при зимнем бетонировании”). Согласно этому способу в контрольных точках монолитных железобетонных конструкций размещают хромель-копелевые термопары, оснащенные гибким кабелем и быстроразъемным штекером для подключения их к контрольно-измерительному прибору для измерения температуры бетона. Температуру в контрольной точке определяют по показаниям прибора с учетом температуры наружного воздуха. В качестве контрольно-измерительных приборов используют тарированные стандартные мультиметры, обеспечивающие точность измерений с ошибкой +2^oC. Данные с контрольно-измерительного прибора вводят в компьютер, снабженный экспериментально разработанной программой, при помощи которой определяют прочность бетона на момент снятия контрольных измерений температуры (оперативное прогнозирование прочности бетона).

Недостатками этого способа являются:
– использование для измерения температур термопар, чувствительных к изменчивости температур “холодного” спая, что требует дополнительных измерений температуры воздуха в местах размещения свободных концов термопар;
– неспособность регистрирующих приборов обеспечивать непосредственную индикацию значений температур на датчике из-за невозможности настройки на базовую температуру;
– отсутствие контроля в явном виде требуемых дополнительных характеристик обогрева (скорость разогрева/остывания бетона, максимальная температура при обогреве, допустимые температурные перепады бетон/воздух при снятии опалубки и утепления), что затрудняет анализ и принятие решений по управлению обогревом при обработке большого количества данных непосредственно на строительной площадке.

Задачей настоящего технического решения является устранение указанных недостатков и сокращение продолжительности выдерживания железобетонных и бетонных монолитных конструкций.

Для решения поставленной задачи в способе изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций, включающем измерение температуры при нагреве, выдерживании и остывании путем размещения датчиков в бетоне с последующей обработкой полученных измерений, измерение температур производят датчиками в виде промышленных микросхем LM45 и регистрирующего прибора в контрольных точках циклами, с замером в каждом цикле температуры воздуха вблизи конструкции, а обработку полученных данных осуществляют путем занесения данных измерений в электронный температурный лист с указанием времени выполнения измерений с компьютерным анализом показаний температурного листа по критериям: достигнутых прочностей бетона, температуры бетона при выдерживании, максимальных скоростей нагрева/остывания, максимального температурного перепада. После этого проводят оценку прочности бетона и принимают решение о достаточности обогрева и выдерживании бетона по уровню прочности бетона и реальному перепаду температур бетона и наружного воздуха, допускающему освобождение конструкции от опалубки. Причем, при изготовлении колонн, измерение температур производят через каждые 2 часа, скорость нагрева/остывания бетона принимают не более 10^oC/час, уровень прочности бетона – не менее 50% от проектной, а реальный перепад температур бетона и наружного воздуха, допускающий освобождение колонн от опалубки, – 30^oC.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2, 3, 4 показаны схемы измерения температуры на железобетонных и бетонных конструкциях, например, колоннах и размещения датчиков температуры на исследуемых конструкциях.

На фиг. 1 показана схема расположения контрольных датчиков при возведении железобетонной колонны, где 1 – колонна, 2 – датчик верхний, 3 – датчик нижний, 4 и 5 – разъемы датчиков, 6 – место измерения.

На фиг. 2 и 3 показана схема размещения датчиков прямого измерения температуры (фиг. 1) и косвенного измерения температуры. Где 2 и 3 – датчики для измерения температуры, 7 – утепляющая накладка, 4 и 5 – разъемы, 8 – провод, 9 – контрольно-измерительный прибор с разъемом 10, 11 – пластилиновая обмазка, 12 – бетон, 13 – прижимная накладка, 14 – опалубка.

На фиг. 4 представлены экранные формы графиков измерения температур/прочности бетона в наблюдаемых точках колонны при анализе выдерживания.

На фиг. 5 приведена таблица, представляющая собой экранную форму температурного листа при вводе данных измерений температур и расчетах текущей прочности бетона колонн.

В таблице приведены: дата замера, температура воздействия в градусах Цельсия (T_возд., ^oC), продолжительность воздействия в часах (продолж., часы), контрольные точки замеров (точка 1, точка 2, точка 3 и точка 4), температура в этих точках (^oC) и прочность бетона в процентах (R).

Использование в качестве температурных датчиков промышленных микросхем позволяет исключить операцию измерения температуры воздуха в местах размещения свободных концов датчиков и подключения их к регистрирующему прибору.

Возможно применение двух типов датчиков и двух способов измерения: прямые измерения температуры бетона с помощью датчиков, размещаемых непосредственно в объеме конструкции (фиг. 2), и косвенное измерение, датчики при котором размещают на поверхности опалубки с утепленными крышками (фиг. 3), они позволяют по измеренному значению температуры на наружной поверхности опалубки судить о температуре поверхности бетона под опалубкой.

Режим программы позволяет выполнять оценку прочности железобетона и бетона, используя таблицы и графики измерения температуры/прочности бетона. Использование графиков обеспечивает наглядность и позволяет моделировать изменение температуры и прочности бетона.

Пример 1. Для возведения 2-х монолитных железобетонных колонн, например, административного здания размерами 0,4х0,4х4 м. В зимний период был использован бетон класса В25 и предусмотрен обогрев нагревательными проводами, равномерно распределенными по арматурным каркасам колонн, до достижения бетоном 50% проектной прочности (R₂₈=100%).

Перед укладкой бетона на подготовленную обычным образом опалубку каждой колонны 1 (фиг. 1) установили два датчика 2 и 3, один – 2 вверху, другой – 3 в нижней части колонны 1. Разъемы датчиков 4, 5 вывели на удобный для измерений уровень в оборудованное место измерений (освещение, ограждение, проходы) 6.

Для измерений температуры в верхних точках колонн были использованы датчики прямых измерений температуры бетона (фиг. 2), где датчик 2 в защитном трубчатом кожухе с утепляющей накладкой 7 установили в свежий бетон 12, провод 8 и разъем 4 от датчика выводили в удобную позицию для измерений и, в ходе измерений, контрольно-измерительной прибор 9 посредством разъема 10 подсоединили к датчику 2 для определения текущей температуры бетона.

Для проведения измерений в нижних точках были установлены датчики косвенных измерений температуры через опалубку без ее нарушения (фиг. 3): датчик 3 в мягкой защитной оболочке закрепляли на поверхности опалубки 11 с помощью пластилиновой обмазки 13, обеспечивающей температурный контакт в зоне стыка; далее утепляли зону контакта прижимной накладкой 13, обеспечивающей механическое прочное крепление датчика к опалубке и независимость температурных измерений от скорости движения наружного воздуха; провод 8 и разъем 5 от датчика 3 выводили в удобную позицию для измерений и, в ходе определения текущей температуры поверхности бетона, подключали контрольно-измерительный прибор 9 к датчику 3 с помощью разъема 10.

Измерения температур проводились через каждые 2 часа при включенном обогреве бетона колонн нагревательными проводами. В каждом цикле измерения температур бетона замеряли также температуру воздуха вблизи колонн. Данные измерений заносили в электронный температурный лист с указанием времени выполнения измерений, температуры воздуха вблизи выдерживаемых колонн и температур в контрольных точках. Измерения сведены в таблицу.

Электронный температурный лист (таблица) представлял собой результат работы, разработанной авторами программы, которая наряду с записью и хранением результатов температурных наблюдений и на их основании обеспечивала расчетное определение достигнутой прочности бетона.

Дополнительно программа производит анализ показаний таблицы в объеме рассматриваемой выборки по критериям:
– достигнутых прочностей бетона (R_max, R_min);
– температуры бетона при выдерживании (T_max, T_min);
– максимальных скоростей нагрева/остывания (V_{нагрева}, V_{остывания});
– максимального температурного перепада (DT_max).

Дополнительный режим программы позволяет выполнять оценку достигнутой прочности бетона в виде графиков изменения температуры/прочности бетона в наблюдаемых точках (фиг. 4). Использование графиков обеспечивает большую наглядность и позволяет моделировать вероятные изменения температур и прочности бетона на основании выявленной динамики фактических изменений температур.

При расчете прочности бетона принимали решения о достаточности обогрева и выдерживании бетона колонн. Критериями принятия решений явились:
1). уровень прочности бетона (не менее 50% от проектной в рассматриваемом примере), который виден из графиков и таблицы для каждой наблюдаемой точки;
2). реальный перепад температур бетона и наружного воздуха (для рассматриваемого случая, например, безопасный температурный перепад, при котором допускалось выполнять освобождение колонн от опалубки, составляла 30^oC), контролируемый по графикам и таблице;
3). скорость разогрева/остывания бетона (не более 10^oC/час для рассматриваемых колонн).

Для выполнения расчетов прочности в программе использованы известные гипотезы В.С.Лукьянова – приведение времени выдерживания бетона при переменных температурах к времени нормального твердения при температуре +20^oC.

При показе таблицы и графиков программа автоматически анализировала все требуемые температурные параметры обогрева: скорость разогрева/остывания бетона, максимальные температуры в период наблюдений, перепады температур воздуха и бетона. В случае превышения предельно допустимых значений параметров, программа известила бы об этом специальным сообщением.

После 20 часов обогрева бетона нагревательными проводами на основании результатов расчетов прочности по графикам и таблице было принято решение о достаточности обогрева одной из колонн, поскольку бетон по расчетной оценке достиг 50% проектной прочности. Обогрев второй колонны продолжался еще 6 часов до достижения бетоном требуемой прочности.

По окончании выдерживания колонн, было произведено снятие датчиков с опалубки, выполнены чистовые распечатки температурных листов наблюдений в контрольных точках, составлено заключение о состоянии бетона колонн в результате выдерживания.

Пример 2.

Все как в примере 1, только оказалось, что по условиям технологических нагрузок при выполнении бетонных работ, прочность бетона колонн через 30 дней после бетонирования должна составлять не менее 70% от проектной. Поскольку в ходе выдерживания была обеспечена только 50% прочность, то стал вопрос о необходимости дополнительного обогрева бетона колонн для повышения прочности до требуемого уровня.

Для ответа на этот вопрос с помощью вышеуказанной компьютерной программы было произведено долговременное расчетное прогнозирование прочности бетона рассмотренных колонн при условии их 30-суточного безобогревного выдерживания с температурами наружного воздуха: с магнитного носителя был вызван лист температурных наблюдений за холодом выдерживания колонн и в последней свободной строке таблицы указана дата, когда требуется иметь 70% проектной прочности бетона колонн. Программа автоматически дополнила известные измеренные значения температур бетона в каждой отдельной точке набором данных прогнозируемых температур бетона на интервале времени от текущей до заданной даты, которые приравнивались к известным статическим значениям средней суточной температуры наружного воздуха, определенным по СНиП 2.01.01-82. “Строительная климатология и геофизика” для региона, где происходило строительство объекта (данные такого рода формируют при подготовке эксплуатации программы на объекте). Прогнозируемая прочность бетона в соответствующих контрольных точках в заданное календарное время высветилась в колонках температурного листа.

По результатам расчетного прогнозирования прочности было сделано заключение о ненужности дополнительного обогрева колонн, что сэкономило электроэнергию, материальные и трудовые ресурсы.

Таким образом, изобретение дает возможность осуществлять высокоточное оперативное управление обогревом и выдерживанием монолитных железобетонных конструкций непосредственно на строительной площадке в цикле работ обязательного температурного контроля и тем самым сокращать расход электроэнергии, повышать надежность работ и качество монолитных железобетонных конструкций в целом при осуществлении работ при пониженных температурах наружного воздуха.

Формула изобретения

1. Способ изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций, включающий измерение температуры при нагреве, выдерживании и остывании путем размещения датчиков в бетоне с последующей обработкой полученных измерений, отличающийся тем, что измерение температур производят датчиками в виде промышленных микросхем и регистрирующего прибора в контрольных точках циклами, с замером в каждом цикле температуры воздуха вблизи конструкции, а обработку полученных данных осуществляют путем занесения данных измерений в электронный температурный лист с указанием времени выполнения измерений с компьютерным анализом показаний температурного листа по критериям: достигнутых прочностей бетона, температуры бетона при выдерживании, максимальных скоростей нагрева/остывания, максимального температурного перепада, после чего проводят оценку прочности бетона и принимают решение о достаточности обогрева и выдерживания бетона по уровню прочности бетона и реальному перепаду температур бетона и наружного воздуха, допускающему освобождение конструкции от опалубки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение температур при изготовлении колонн производят через каждые 2 часа, скорость нагрева/остывания бетона принимают не более 10^oC/ч, уровень прочности бетона – не менее 50% от проектной, а реальный перепад температур бетона и наружного воздуха, допускающий освобождение колонн от опалубки, – 30^oC.

РИСУНКИ