Содержание к диссертации
Введение 4
ГЛАВА 1. Опыт регулирования термонапряжённого состояния бетона
в транспортном строительстве 11
Основные этапы развития Байтового мостостроения. Виды и конструктивные решения пилонов 11
Анализ работ по изучению разогрева твердеющего бетона от экзотермии цемента и его влияния на формирование потребительских свойств конструкций 29
Существующие методы снижения негативного влияния разогрева бетона на формирование требуемых свойств конструкций 41
Выводы по главе 1. Цель и задачи диссертационной работы... 48
ГЛАВА 2. Решение методических вопросов проведения исследований... 51
Методика расчёта температурного режима и прочности твердеющего бетона на ЭВМ 51
Методика расчёта трубного охлаждения твердеющего бетона водой 57
Приборы и оборудование, используемые при проведении экспериментальных работ 63
Методика учёта собственного термонапряжённого состояния» в бетоне при? назначении допустимых перепадов температур
в конструкции 66
2.5. Выводы по главе 2 72
ГЛАВА 3. Определение технологических параметров возведения А-
образных пилонов (на примере моста через реку Оку на об
ходе города Мурома) 73
Этапы выполнения бетонных работ. Разбивка конструкций пилонов на блоки и захватки бетонирования 73
Определение максимально допустимой температуры бетона нижележащей захватки, при которой допускается бетонирование надлежащего яруса пилона 81
Выбор необходимых материалов для строительства опор моста 84
Выводы по главе 3 92
ГЛАВА 4. Регулирование температурного режима твердеющего бетона
нижних частей пилонов 94
4.1. Исследование закономерностей изменения температурного режима и особенностей формирования собственного термонапряжённого состояния в бетоне в горизонтальном сечении
нижней части пилона при выдерживании конструкции в
обычной опалубке 94
Исследование закономерностей изменения температурного режима и особенностей формирования собственного термонапряжённого состояния в бетоне в вертикальном сечении нижней части пилона при выдерживании конструкции в обычной опалубке 99
Определение рационального термического сопротивления тепловой изоляции, обеспечивающей предупреждение тре-щинообразования нижней части пилона на основе рассмотрения горизонтального сечения 103
Определение рационального термического сопротивления тепловой изоляции, обеспечивающей предупреждение тре-щинообразования на основе рассмотрения вертикального сечения нижней части пилона 108
Обеспечение трещиностойкости нижней части пилона с учётом рационально подобранного термического сопротивления опалубки 112
Анализ результатов использования предложений по возведению нижних частей пилонов, с учётом обеспечения их трещиностойкости. 118
Выводы по главе 4 126
ГЛАВА 5. Регулирование температурного режима твердеющего бетона
верхних частей пилонов 129
Температурный режим твердеющего бетона нижних ярусов верхней части пилона и пути уменьшения его разогрева 129
Исследование температурного режима твердеющего бетона нижних ярусов верхней части пилона при охлаждении водой 135
Регулирование температурного режима твердеющего бетона ярусов малой массивности верхней части пилона 158
Выводы по главе 5 166
ГЛАВА. 6. Оценка проводимых мероприятий по-регулированию темпе
ратурного режима твердеющего бетона с точки зрения дос
товерности результатов и экономической эффективности 169
6:1. Экспериментальная проверка достоверности применяемых
методов регулирования разогрева твердеющего бетона пи
лонов моста 169
Оценка экономической эффективности проводимых мероприятий по возведению пилонов Байтового моста 182
Выводы по главе 6 187
Заключение 188
Список основной использованной литературы 191
Введение к работе
Актуальность темы. Последние годы ознаменованы значительными изменениями в области строительства объектов различного назначения - произошло существенное сокращение выпуска конструкций из сборного железобетона, в то время как объёмы применения монолитного железобетона многократно возросли. Повсеместное его использование идёт в комплексе с применением современных технологий, которые позволяют в кратчайшие сроки возводить транспортные, промышленные и гражданские сооружения практически любой архитектурной формы и размеров. Очевидно, что в настоящее время в большинстве случаев альтернативы «монолиту» нет, по крайней мере, с точки зрения стоимости и выразительности объектов.
В мостостроении так же в последнее время всё более широкое применение находят монолитные железобетонные конструкции вантовых мостов, в которых всё чаще вместо металлических пилонов используют железобетонные, имеющие лучшие эксплуатационные показатели: Пилоны мостов испытывают различные нагрузки, в том числе динамические, поэтому к качеству этих конструкций предъявляют повышенные требования с позиций обеспечения прочности, надёжности и долговечности. По своей конструкции они отличаются довольно разнообразным строением и поэтому различают А-образные, П-образные, U-образные, одностоечные и другие типы пилонов. Имеющие переменную массивность по высоте и обладающие высокой архитектурной выразительностью, А-образные опоры являются наиболее сложными* и содержат конструктивные, элементы, встречающиеся в других типах конструкций: Опоры подобного типа используют так же при строительстве стадионов, различных зданий больших размеров (крытых катков^ стадионов, киноконцертных залов, торгово-развлекательных центров и т.п.) и других ответственных сооружений. В связи с этим, решение задач по обеспечению высокого качества возведения А-образных пилонов позволяет в известной мере решить эти задачи и для пилонов других типов.
Практика показывает, что основной причиной трещинообразования в бетоне на стадии возведения подобных объектов являются температурные деформации, вызванные влиянием тепловыделения цемента на температурный режим бетона, колебаниями температур наружного воздуха и условиями теплообмена конструктивных элементов с окружающей средой. Кроме этого определённый вклад в появление трещин вносят наличие разной массивности конструкций по высоте, сложная геометрическая форма в горизонтальных сечениях и применение при строительстве бетонов высоких классов. Поэтому предупреждение трещинообразования от различного вида температурных воздействий, вызванного особенностями внешнего и внутреннего тегшообменов в железобетонных пилонах сложной формы на стадии их возведения, с целью обеспечения высоких потребительских свойств всей конструкции, ставит на сегодня в мостостроении важную и актуальную задачу, которая предопределила цель настоящей работы и направление проведения исследований.
Другим достаточно важным моментом является медленное остывание бетона ввиду разогрева от экзотермии цемента, значительно удлиняющее время ухода за массивом и увеличивающее сроки возведения высоких конструкций, что приводит к удорожанию строительства объекта. Поэтому в условиях рыночной экономики особую актуальность приобретают вопросы управления температурным режимом твердеющего бетона, направленные на ускорение технологического процесса в условиях переменных климатических воздействий без снижения качества возводимых сооружений.
Рассмотренные выше проблемы наиболее ярко проявились приї строительстве моста через реку Оку на обходе города Мурома; где наряду с обеспечением требований по прочности, надёжности и долговечности возникла необходимость создания технологий, обеспечивающих ускоренное возведение пилонов.
Целью настоящей работы является разработка методов регулирования температурного режима твердеющего бетона разномассивных по высоте эле-
ментов А-образных пилонов вантовых мостов при их ускоренном возведении, основанных на учёте особенностей формирования теплового и термонапряжённого состояния конструкций на стадии твердения бетона, и обеспечивающих формирование в них требуемых потребительских свойств, в частности высокой трещиностойкости.
Для получения необходимых результатов потребовалось решить следующие задачи:
провести анализ научно-технической литературы по рассматриваемому вопросу, необходимый для глубокого понимания причин трешинообразования и разработки эффективных методов его предупреждения;
изучить конструктивно-технологические особенности возведения пилонов;
уточнить технологические особенности бетонирования пилонов в плане и по высоте, которые обеспечивают трещиностойкость бетона;
определить возможность замены несовременном этапе традиционных составов бетонных смесей на смеси с добавками поликарбоксилатов при использовании принятых проектом решений пилонов;
исследовать закономерности разогрева и остывания разномассивных конструктивных элементов нижних частей пилонов при выдерживании бетона в обычной опалубке и в опалубке с различной величиной термического сопротивления тепловой изоляции, необходимые для разработки методов регулирования температурного режима и определения сроков выдерживания твердеющего бетона;
определить величину допустимых перепадов температур разогретых блоков и укладываемой бетонной смеси, обеспечивающих бездефектное бетонирование пилонов;
исследовать закономерности изменения температурного режима и сроки остывания нижних ярусов верхних частей пилонов, необходимые для разработ-
ки методов регулирования температурного режима твердеющего бетона и определения сроков их возведения;
разработать и обосновать метод снижения разогрева бетона, направленный на сокращение сроков оборачиваемости переставной опалубки «PERI» и не допускающий появления трещин в твердеющем бетоне при возведении нижних ярусов верхних частей пилонов;
уточнить параметры выдерживания твердеющего бетона маломассивных конструктивных элементов пилонов.
Методика проведения исследований предполагает использование теоретических и экспериментальных методов. Теоретические методы основываются на применении программы ZA, при помощи которой исследовался температурный режим твердеющего бетона. Для экспериментальных исследований использовались термопары и многоканальный терморегистратор «ТЕРЕМ-3». Для определения прочности бетона в лаборатории применялся гидравлическийї пресс П250, а на объекте - неразрушающий ударно-импульсный метод с помощью прибора «ОНИКС-2.3». Кроме того проводились натурные обследования возводимых конструктивных элементов пилонов на объекте.
Научная новизна работы состоит в следующем:
установлено, что только комплексное регулирование параметров внешнего теплообмена твердеющего бетона с окружающей средой в сочетании с регулированием внутреннего теплообмена в изделии может обеспечить предупреждение появления температурных трещин при ускоренном возведении разномас-сивных по высоте конструктивных элементов пилонов;
выявлены особенности формирования собственного термонапряжённого состояния в бетонируемых массивах сложной конфигурации и предложены методы их учёта при назначении расчётных допустимых перепадов температур при выдерживании бетона;
установлены закономерности изменения температурного режима твердеющего бетона высоких классов массивов сложной конфигурации от величи-
ны термического сопротивления опалубки, обеспечивающие предупреждение трещинообразования за счёт правильного учёта расчётных допустимых перепадов температур, в том числе при стыковке разномассивных элементов пилонов;
разработана технология бетонирования нижних частей пилонов, предусматривающая разбивку конструкции на блоки бетонирования, имеющих большую массивность и сложную конфигурацию в плане, и возведение каждого блока за один приём по высоте, что обеспечивает высокое качество бетона при возведении опор вдали от берега и снижает трудоёмкость производства работ;
установлены зависимости остывания бетона высоких классов при охлаждении его водой с учётом расстояния между трубами, их диаметра, температуры и скорости движения воды, параметров бетона и окружающей среды;
определён характер изменения температурного режима твердеющего бетона высоких классов и особенности образования в нём собственного термонапряжённого состояния в зависимости1 от назначаемой величины термического сопротивления тепловой изоляции в.элементах пилонов малой массивности.
Практическая значимость выполненной работы заключается в разработке системы регулирования температурного режима твердеющего бетона и методов бездефектного бетонирования при ускоренном возведении железобетонных конструкций сложной конфигурации, имеющих переменную массивность по высоте, которые включают:
определение рационального термического сопротивления тепловой изоляции, обеспечивающего предупреждение появления температурных трещин в конструктивных элементах большой, средней и малой массивности, в том числе стыкующихся между собой и имеющих сложную конфигурацию;
определение технических параметров системы водяного охлаждения нижних ярусов верхних частей пилонов;
определение максимально допустимой температуры твердеющего бетона, при которой можно начинать бетонировать вышележащие ярусы конструкции;
определение максимально допустимых расчётных перепадов температур в твердеющем бетоне с учётом формирования остаточных напряжений, существенно превышающих величину принятых в технической литературе предельно допустимых 20С, позволяющих снизить расходы на устройство тепловой изоляции и сократить сроки выдерживания бетона;
установление зависимости тепловыделения бетона от экзотермии цемента при введении добавок на основе поликарбоксилатов.
Достоверность результатов исследований обеспечена применением современных методов экспериментальных и теоретических исследований, достаточно апробированных на практике строительства мостов и других транспортных и гражданских сооружений, а так же практическим использованием результатов при строительстве Байтового моста через реку Оку.
На защиту выносятся:
установленные закономерности изменения температурного режима твердеющего бетона нижних частей, пилонов при его выдерживании в опалубке с различным термическим сопротивлением в зависимости от температур бетонной смеси, основания и окружающей среды, а так же методы их регулирования;
выявленные особенности формирования собственного термонапряженного состояния бетона в пилонах и предложенные приёмы использования остаточных напряжений в твердеющем бетоне массивных и маломассивных конструктивных элементов конструкции для повышения их трещиностойкости;
установленные закономерности изменения температурного режима и сроков остывания твердеющего бетона нижних ярусов верхних частей пилонов при использовании предложенной конструктивной системы водотрубного охлаждения в зависимости от температур воды, наружного воздуха, бетона, диаметра труб и их расположения, скорости прохождения охладителя по ним, а так же методы применения полученных данных для регулирования температуры и сокращения сроков оборачиваемости переставной опалубки.
Практическое внедрение. Полученные практические рекомендации реализованы при разработке технологических регламентов на производство подготовительных, опалубочных и бетонных работ различных конструктивных элементов пилонов, разработке и внедрении проекта охлаждения бетона водой с вертикальным расположением труб, а так же непосредственно при строительстве трёх пилонов Байтового моста через реку Оку на обходе города Мурома, в процессе которого сократились сроки возведения объекта при высоком качестве работ.
Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы представлялись: на 8-ой Международной научной конференции молодых учёных, аспирантов, студентов ДонНАСА в Украине, на заседаниях секции «Строительные материалы и изделия» Учёного совета ОАО ЦНИИС; на технических совещаниях в ОАО «Мостотрест».
