Практичне заняття №7. Бетонні роботи в зимових умовах

Практичне заняття №7. Бетонні роботи в зимових умовах

Задача № 1

Визначити температури нагрівання води, гравію і піску для отримання бетону при виході з бетономішалки t_б = + 35°C.

Витрата матеріалів на 1 м³ бетону: цементу Ц = 250 кг, піску П = 0,40 м³, гравію Г = 0,82 м³, В/Ц = 0,60.

Відносна (по вазі) вологість піску і_п=4%, гравію і_гр = 3%; портландцемент марки 300.

Рішення задачі

Приймаємо об'ємну вагу гравію g_гр = 1600 кг/м³ і піску g_п = 1500 кг/м³.

Температура бетону при виході його з бетономішалки визначається по формулі:

де g_ц, g_п, g_гр, g_в - вагове дозування цементу, піску, гравію і води на 1 м³ бетону;

t_ц, t_п, t_гр, t_в - температури відповідних складових перед їх перемішуванням;

і_п, і_гр - відносна (по вазі) вологість піску і гравію.

Оскільки зручніше нагрівати воду, ніж заповнювачі, то температуру води приймаємо найвищу, таку, що допускається технічними умовами, а саме t_B = + 80°С (додаток А). Температуру цементу приймаємо t_ц = + 5°С.

Для умов даного завдання значення величин у формулі (1) наступні: g_ц = 250 кг; g_п = 1500 ∙ 0,4 = 600 кг; g_гр= 1600∙0,82 =1312 кг; g_в =0,6 ∙ 250 = 150 кг; t_ц= +5°C; t_в = + 80°С; t_б = + 35°С; і_п = 0,04; і_гр = 0,03.

Підставляючи вказані величини у формулу (1), отримуємо одне рівняння з двома невідомими t_п і t_гр:

35 = [0,2(250∙5+600 t_п+1312 t_гр) + (150 - 600 ∙ 0,04 - 1312 ∙ 0,03) 80 + 600 ∙ 0,04 t_п + 1320 ∙ 0,03 t_гр] : [0,2 (250 + 600+1320) + 150].

Це рівняння після спрощень набирає вигляду

144 t_п + 301 t_гр = 13174. (2)

Для вирішення завдання спочатку як першу спробу приймаємо, що гравій піддається тільки відтаванню до температури +5°С. Тоді з рівняння (2) знаходимо значення t_п=81°С.

Проте це значення перевищує допустиму температуру (див. додаток А). Тому приймаємо інший вариант - відтаванню до +5°С піддається пісок, а гравій підігрівається.

При цьому з рівняння (2) набуваємо значення t_гр = + 41°С. Приймаємо цей варіант.

Задача № 2

Визначити втрати тепла бетонною сумішшю під час транспортувания її від бетонного заводу до місця укладання і температуру суміші у момент укладання в конструкцію за наступних умов:

температура бетонної суміші, що видається заводом t_бн = + 35°С;

температура зовнішнього повітря t_нв = - 15°С.

Бетонну суміш навантажують на заводі в бадді, встановлені на автомашини і в місці приймання вивантажують кранами в бункери. З бункерів бетонну суміш розвозять в металевих тачках, що утеплюють, до місця укладання.

Тривалість перевезення бетону на автомашинах Z₁=20 хв. Тривалість переміщення баддів краном Z₂ = 2 хв. Час знаходження бетонної суміші в бункері Z₃ = 10 хв; тривалість перевезення на тачках Z₄ = 3 хв. Бадді застосовані прямокутної форми з плоским донним затвором місткістю 1,6 м³.

Рішення задачі

Зниження температури при різних навантажувально-розвантажувальних операціях приймають θ = 0,032 на 1° перепаду температур. При перепаді температур 35 + 15 = 50°С температура суміші в машині t_б = 35-0,032∙50 = 33,4°С.

Тепловтрати при перевезенні бетонної суміші в автосамоскидах і баддях приблизно визначаємо по формулі

де t_б - температура бетонної суміші при вантаженні в транспортні засоби;

t_нв - температура зовнішнього повітря;

де К - коефіцієнт теплопередачі бетонної суміші, завантаженої в кузов машини або баддю;

- модуль поверхні бетонної суміші;

F - поверхня охолодження завантаженої суміші в м²;

W - об'єм завантаженої суміші в м³;

z - тривалість транспортування в годинах.

Для умов даного завдання

t_б

Значення А_z і B_z визначають за даними додатка Б. Для баддів типу Б при тривалості перевезення z₁ = 20 хв; А_z = 0,983, B_z = 0,009.

Тоді

t¹ = 0,983 ∙ 33,4 - 0,009 ∙ 15 = 32,7°C.

Визначаємо температуру суміші у момент вивантаження з бадді в бункер: Z₂ = 2 хв; A_z = 0,997; В_z = 0,002:

t^II = 32,7 ∙ 0,997 - 15 ∙ 0,002 = 32,3°C.

Температура суміші при видачі її з бункера місткістю 1,6 м³ після перебування в бункері протягом 10 хв визначається по таблиці, аналогічно перевезенню в автомашинах:

Z₃=10 хв; A_z =0,962; В_z =0,039;

t^III = 32,3 ∙ 0,962 - 15 ∙ 0,039 = 31,1°C.

Якщо бетон перевозять на тачках, причому тривалість транспортування і укладання бетону складає Z₄ = 3 хв, то температура бетонної суміші після укладання складе

t_K = 31,1 – (0,032 + 0,009 + 0,032) (31,1 + 15) = 27,8°С.

Задача № 3

Визначити необхідну тривалість пропарювання залізобетонної колони перерізом 0,5 X 0,5 м і заввишки 10 м для досягнення бетоном : а) 50% R₂₈ і б) 70% R₂₈. Скільки пари вимагається для цього в обох випадках? Опалубка зроблена з дощок завтовшки 25 мм, огороджування парової сорочки прийняте з дощок завтовшки h_оп = 25 мм, які ретельно проконопатили і укриті толем.

Температура зовнішнього повітря t_нв = - 15°С. Початкова температура бетону t_бн = + 5°С. Температура в паровій сорочці t_пр = + 50°С.

Відстань між зовнішньою поверхнею опалубки і внутрішньою поверхнею огороджування парової сорочки складає с = 12 см.

Вяжуче - шлаковий портландцемент.

Рішення задачі

1. Загальну тривалість тверднення бетону можна розділити на 3 періоди:

а) період підвищення температури (розігрівання бетону) – Z₁;

б) період ізотермічного прогрівання - Z₂;

в) період охолодження бетону - Z₃.

Зазвичай при розрахунках третій період в запас міцності не береться до уваги.

Протягом першого періоду температура бетону підвищуєтьсяся від t_бн = + 5°С до t_пр = 50°С.

При конструкціях середньої масивності з модулем поверхні від 3 до 8 можна приблизно вважати

При масивних конструкціях з модулем поверхні до 3 середню температуру тверднення визначають по формулі

для тонких конструкцій з модулем поверхні до 12 - за формулою:

Користуючись методом, запропонованим проф. Б. Г. Скрамтаєвим, отримуємо рівняння

К_б ∙ М_П ∙ Z₁ (t_пр - t_б.ср) = 600 (t_бк - t_бн), (3)

де М_П - модуль поверхні конструкції;

t_пр - температура парової сорочки;

t_бк - температура бетону на початок ізотермічного прогрівання; t_бк ≈ t_пр =+50°С.

t_бн - температура бетону перед початком прогрівання; t_бн = +5°С;

К_б - коефіцієнт теплопередачі від парового середовища до бетону. Значення К_б при паропрогріві визначається по формулі:

(для відкритих поверхонь бетону, що безпосередньо омиваються теплоносієм, приймається К_б =200); λ_оп

h_оп - товщина опалубки в м, h_оп = 0,025 м.

Підставляючи числові значення у формулу (3), отримаємо рівняння

6,0 ∙ 8 ∙ Z₁ (50 - 22,5) = 600 (50 - 5),

звідки Z₁ = 20,5 годин.

У випадку, коли характер теплоограждення у різних граней конструкції різний, слід в узагальнену формулу (3) підставити:

Для умов паропрогріву додаткове виділення тепла внаслідок екзотермії цементу не враховується.

Інтенсивність підйому температури рівна що цілком допустимо.

Для отримання 50% міцності R₂₈ при температурі +15°С тривалість витримки (згідно з графіком додатку В) складе 9 ∙ 24 = 216 годин.

Для отримання 70% міцності вимагається 15 ∙ 24 = 360 годин.

Користуючись коефіцієнтами, приведеними в додатку Г, знаходимо необхідну тривалість ізотермічного прогрівання.

Для отримання 50% міцності R₂₈ при 15°С потрібно часу:

те ж при 50°С

Z₂ = 180 ∙ 0, 137 = 24,5 год.

Для отримання 70% міцності R₂₈ необхідно часу:

2. Визначаємо теплозатрати на прогрівання однієї колони. Загальна теплопотреба Q складається з наступних частин: q₁ - потреба тепла на розігрівання бетону; q₂ - потреба тепла на розігрівання опалубки і огороджування парової сорочки; q₃ - тепловтрати через огороджування парової сорочки.

а) Кількість тепла на розігрівання бетону визначаємо по формулі

q₁ = W_б∙γ_б∙c_б∙(t_бк-t_бн),

де W_б - об'єм бетону в конструкції; W_б = 0,50 ∙ 0,50 ∙ 10 = 2,5 м³;

γ_б - об'ємна вага сирого бетону; γ_б = 2400 кг/м³;

С_б - питома теплоємність бетону; С_б = 0,25 ккал/кг ∙ град.

Підставляючи ці значення, отримаємо:

q₁ = 2,5 ∙ 2400 ∙ 0,25 (50-5) = 67500 ккал.

б) Кількість тепла на розігрівання опалубки буде рівна:

q’₂ = W_д∙γ_д∙c_д∙(t_бк-t_оп.н),

де γ_д - об'ємна вага матеріалу (деревини) в опалубці; γ_д = 600 кг/м³;

С_д - питома теплоємність дерева; С_д = 0,65 ккал/кг∙град;

t_бк = + 50°С;

W_д - об'єм деревини в опалубці; W_д = 0,025 ∙ 0,5 ∙ 4 ∙ 10 ∙ 1,10 = 0,55 м³

(коефіцієнт 1,10 прийнятий в даному випадку для врахування втрат тепла на розігрівання зшивних планок і хомутів);

t_оп.н - тепература опалубки на початок пуску пари.

Оскільки опалубка до цього моменту частково обігріта укладеним бетоном, то приймаємо

t_оп.н = (t_б + t_нв)/2 = (5 – 15)/2 = -5°С.

Тоді

q'₂= 0,55 ∙ 600 ∙ 0,65 (50 + 5) = 9652 ккал.

Потребу тепла для розігрівання огороджування тепляка q₂'' визначаємо аналогічно попередньому.

Для обшивки тепляка приймаємо початкову температуру t_нв = -15°С.

Оскільки огороджування зовні утеплено толем, то середню кінцеву температуру огороджування приблизно приймаємо рівною

2/3 (t_пр + t_нв) = 2/3 (50 – 15) = 23°С.

Об'єм деревини в огороджуванні буде рівний

W_д= 0,025 (0,5 + 0,12∙2) 4 ∙ 10 ∙ 1,10 = 0,81 м³.

Тоді кількість тепла на розігрівання огороджування

q₂'' = 0,81 ∙ 600 ∙ 0,65 (23 + 15)= 12004 ккал.

Всього q₂ =q₂' + q₂" = 9652 +12004 = 21656 ккал.

в) Втрати тепла через огороджування парової сорочки визначаємо по формулі:

q₃ = KF_огр∙( t_пр - t_нв)βZ,

де К - коефіцієнт теплопередачі парової сорочки; на підставі даних додатка Д маємо:

К=1/(0,05+0,025/0,15) = 4,6 ккал/м²∙град∙год (тепловий опір шару толя при цьому не враховуємо);

F_огр - площа огородження, F_огр = (0,50 + 0,12∙2 + 0,025∙2) 4 ∙ 10 = 31,6 м²;

β - поправочний коефіцієнт; β = 1,30.

Для отримання 50% міцності R₂₈ тривалість пропарювання складе:

Z = Z₁+Z₂ = 20,5 + 24,5 = 45 год,

а втрати тепла через огороджування складуть

q₃ = 4,6∙3,16 (50 + 15) 1,3∙45 = 552731 ккал.

Загальна витрата тепла буде рівна

Q = q₁+q₂+q₃ = 67500+ 21656+ 552731 = 641887 ккал.

Витрата пари визначається по формулі:

А₀ = 0,002 Q = 0,002 ∙ 641887 = 1284 кг.

Витрата пари на 1 м³ бетону складе

Для отримання 70% міцності бетону від R₂₈ аналогічно отримуємо:

Z = 20,5 + 44,5 = 65 год;

q₃ = 4,6∙31,6 (50+15) 1,3∙65 = 798 390 ккал;

Q = 67500 + 21656 + 798390 = 887 546 ккал;

A₀= 0,002 ∙ 887546 = 1675 кг;

Практичне заняття №7. Бетонні роботи в зимових умовах

Задача № 1

Визначити температури нагрівання води, гравію і піску для отримання бетону температурою t_б на виході з бетономішалки.

Витрата матеріалів на 1 м³ бетону: цементу Ц, піску П, гравію Г, водоцементне відношення В/Ц. Відносна (по вазі) вологість піску і_п, гравію і_гр.

Таблиця 1 – Вихідні дані для задачі №1.

Варіант	tб, °С	Ц, кг	П, м3	Г, м3	В/Ц	іп, %	ігр, %	Вид і марка цементу
	+35 +38 +40 +42 +45 +35 +40 +45 +38 +42 +39 +43 +40 +41 +44		0,42 0,38 0,40 0,42 0,43 0,31 0,35 0,41 0,38 0,36 0,45 0,40 0,39 0,37 0,42	0,74 0,78 0,78 0,73 0,74 0,81 0,79 0,75 0,82 0,80 0,76 0,77 0,73 0,78 0,74	0,65 0,60 0,55 0,58 0,62 0,52 0,60 0,55 0,58 0,64 0,61 0,53 0,57 0,62 0,58		1,5 1,5	Портландцемент М500 Портландцемент М400 Портландцемент М400 Портландцемент М300 Портландцемент М200 Портландцемент М400 Шлакопортландцемент М200 Шлакопортландцемент М300 Пуцолановий цемент М300 Шлакопортландцемент М300 Портландцемент М400 Портландцемент М200 Пуцолановий цемент М300 Шлакопортландцемент М200 Портландцемент М300

Задача № 2

Визначити втрати тепла бетонною сумішшю під час транспортувания її від бетонного заводу до місця укладання і температуру суміші у момент укладання в конструкцію за наступних умов:

температура бетонної суміші, що видається заводом t_бн;

температура зовнішнього повітря t_нв.

Тривалість перевезення бетону Z₁. Тривалість переміщення баддів краном Z₂. Час знаходження бетонної суміші в бункері Z₃ = 10 хв.

Задача № 3

Визначити необхідну тривалість пропарювання залізобетонної конструкції для досягнення бетоном: а) 50% R₂₈ і б) 70% R₂₈. Скільки пари вимагається для цього в обох випадках?

Огороджування парової сорочки прийняте з дощок завтовшки h_оп = 25 мм, які ретельно проконопатили і укриті толем. Відстань між зовнішньою поверхнею опалубки і внутрішньою поверхнею огороджування парової сорочки складає с.

Температура зовнішнього повітря t_нв. Початкова температура бетону t_бн. Температура в паровій сорочці t_пр.

Таблиця 2 – Вихідні дані для задачі №2

Варіант	tбн,°С	tнв,°С	Транспортний засіб	Z1, хв	Z2, хв
		-10	ГАЗ-536		-
		-20	Баддя типу Б
		-15	МАЗ-555		-
		-18	ЗиЛ-585		-
		-12	Баддя типу А
		-16	Баддя типу В
		-15	Баддя типу Б
		-21	ЗиЛ-585		-
		-19	Баддя типу А
		-10	ГАЗ-536		-
		-12	Баддя типу Б
		-16	Баддя типу А
		-18	МАЗ-555		-
		-17	ЗиЛ-585		-
		-14	Баддя типу В

Таблиця 3 – Вихідні дані до задачі №3.

Варіант	Конструкція, що прогрівається	Товщина опалубки	tнв, °С	tпр, °С	с, см	Вид цементу
	Колона 0,40 X 0,40; H=5 м	25 мм	-20 -25 -18			Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
	Балка 0,8 X 1,40; L = 6 м	Боки - 25 мм. Дно - 40 мм. Верх укритий шаром тирси товщ. 12 см	-15 -20 -18			Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
	Балка1,0 X 0,50; L = 5 м	Боки - 25 мм. Дно - 40 мм. Верх укритий двома шарами войлока	-25 -15 -10			Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
	Колона 0,45 X 0,65; H = 6 м	25 мм	-12 -17 -22			Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент
	Колона 0,7 X 0,7; H=12 м	35 мм	-27 -23 -16			Портландцемент Шлакопортландцемент Пуцолановий цемент

Додаток А. Граничні температури бетону при виході з бетонозмішувача і складників перед їх перемішуванням

Вид цементу	Марка цементу	Гранична температура, °С
бетону	складників
Портландцемент     Шлакопортландцемент Пуцолановий портландцемент	200-300 200-300

Додаток Б.

1. Значення коефіцієнтів А_z і В_z при перевезенні бетонної суміші в автомашинах, укритих брезентовими фартухами

Марка автоса-москида	Об'єм бетону, що перево­зиться, м3	Коефіцієнти	Час, що займає перевезення, хв
ГАЗ-536	1,5	А	0,946	0,946	0,85	0,803	0,765	0,72
В	0,051	0,051	0,151	0,197	0,242	0,266
МАЗ-555	2,0	А	0,959	0,921	0,884	0,85	0,815	0,782
В	0,041	0,079	0,116	0,151	0,190	0,22
ЗиЛ-585	2,0	А	0,962	0,926	0,891	0,872	0,817	0,191
В	0,039	0,074	0,109	0,142	0,175	0,206

2. Значення коефіцієнтів А_z і В_z для основних типів баддів з частковою теплоізоляцією зовнішніх поверхонь

Тип бадді	Об’єм, м3	Коефіцієнти	Тривалість перебування бетону в бадді в хвилинах
А	0,3	А В	0,997 0,002	0,995 0,003	0,991 0,005	0,987 0,007	0,985 0,008	0,97 0,015	0,941 0,029	0,913 0,043	0,885 0,057	0,843 0,07	0,833 0,083
Б	1,6	А В	0,998 0,001	0,997 0,002	0,995 0,003	0,993 0,004	0,992 0,005	0,983 0,009	0,967 0,016	0,951 0,026	0,935 0,035	0,92 0,043	0,905 0,048
В	1,6	А В	0,999 0,001	0,998 0,001	0,997 0,001	0,996 0,002	0,996 0,002	0,989 0,006	0,978 0,011	0,967 0,017	0,956 0,022	0,946 0,027	0,936 0,033

Додаток В. Графіки твердіння бетону в залежності від температури витримки.

Додаток Г. Коефіцієнти еквівалентних термінів витримки бетону по відношенню до температури +15°С

Температура прогріву, °С	Значення коефіцієнту для
Портландцементу	Пуцоланового портландцементу	Шлакопортланд-цементу
	3,605 2,456 1,506 1,000 0,741 0,537 0,426 0,346 0,290 0,210 0,161 0,130 0,105	3,269 2,624 1,618 1,000 0,647 0,443 0,327 0,243 0,191 0,130 0,084 0,065 0,049	2,679 2,267 1,539 1,000 0,672 0,473 0,345 0,265 0,208 0,137 0,095 0,071 0,054

Додаток Д. Коефіцієнти теплопровідності (λ) і питомої теплоємності (с) з для основних будівельних матеріалів, що використовуються в якості утеплювача

Найменування матеріалу	γ, т/м3	λ, ккал/м2∙год∙ град	с, ккал/кг∙ град
Азбестовий картон Войлок будівельний Камиш Морозин Тирса деревна Пакля Солома Деревина Вата шлакова Шевелин Шлак котельний Пісок	150-250 260-360 250-350 150-250 220-360 200-300 100-260 700-1000 1600-1800	0,15 0,04-0,05 0,05-0,09 0,05-0,065 0,05-0,08 0,04 0,05-0,09 0,15 0,05-0,06 0,04-0,045 0,06-0,25 1,7-2,1	0,20 0,45 0,36 0,45 0,60 0,40 0,36 0,65 0,38 0,45 0,18 0,20