Использование разогретых смесей при замоноличивании стыков сборно-монолитных зданий и бетонировании конструкций в несъемной опалубке

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗОГРЕТЫХ СМЕСЕЙ ПРИ ЗАМОНОЛИЧИВАНИИ СТЫКОВ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ И БЕТОНИРОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ В НЕСЪЕМНОЙ ОПАЛУБКЕ

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МУСТАФИН Роман Рустэмович

Санкт-Петербург 2013

Работа выполнена ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» на кафедре организации строительства

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Колчеданцев Леонид Михайлович

Официальные оппоненты: Юдина Антонина Федоровна доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», заведующая кафедрой технологии строительного производства;

Денисов Виктор Николаевич кандидат технических наук, доцент ФГКВОУ ВПО «Военный институт (инженерно-технический) военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева», доцент кафедры технологии, организации и экономики строительства

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «24» декабря 2013 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д.4, зал заседаний диссертационного совета (аудитория 219);

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «21» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор Казаков Юрий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из приоритетных направлений решения жилищной проблемы в России является использование потенциала производственной базы крупнопанельного домостроения. В настоящее время имеются благоприятные предпосылки для массового строительства зданий экономического класса с применением сборных элементов. Гибкая технология изготовления панелей устраняет проблему однообразия панельных зданий; технология устройства бесшовных, или мокрых фасадов, исключает проблему продуваемости и промокания стыков наружных стеновых панелей. Несмотря на очевидные достоинства сборного строительства, эта технология обладает рядом весьма существенных недостатков, важнейшим из которых является слабая восприимчивость сейсмических и других динамических нагрузок. Этот недостаток панельных зданий может быть устранен в технологии сборно-монолитного строительства. Отечественными и зарубежными инженерами разработаны различные варианты каркасных и перекрестно-стеновых серий под новую технологию. Такая технология возведения зданий и сооружений позволяет строить высокими темпами и надежные долговечные здания. Тем не менее, как и другие, эта технология не лишена недостатков. Сопряжение «старого» Старый бетон - бетон сборного элемента каркаса или элемент несъемной опалубки, имеющий не менее 70% проектной прочности, изготовленный до сопряжения с «новым» бетоном стыка бетона сборного элемента и бетона омоноличивания, является слабым местом стыка Стык - часть конструкции, включающая приконтактную зону сборного элемента, зону контакта, бетон омоноличивания и перепуски арматуры сборно-монолитной конструкции. Существующие технологии не дают права считать сопряжение «старого» и «нового» Новый бетон - бетон омоноличивания стыка в сборно-монолитной технологии, бетон массива конструкции в технологии устройства конструкций в несъемной опалубке бетонов равнопрочным Равнопрочный стык - стык, полученный путем подливки свежего бетона к уже набравшему определенную прочность, его выдерживанием и не уступающий по прочности монолитному образцу и «старому» бетону, что не позволяет обеспечить надежность сборно-монолитных домов сопоставимой с надежностью монолитных домов.

Раздельная работа сборного железобетона и бетона омоноличивания свойственна и для технологии возведения конструкций в несъемной опалубке т.е. повышение прочности сцепления «старого» и «нового» бетонов является актуальной задачей. Такая технология находит применение в промышленном строительстве, а так же при выполнении ремонтно-восстановительных работ, например, в гидротехническом строительстве.

Разработка технологии бетонирования стыков сборно-монолитных конструкций, обеспечивающей равнопрочный стык, повышающую общее качество строительной продукции и темпы её возведения является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическими основами работы стали исследования российских и зарубежных ученых, посвященных проблемам сцепления «старого» и «нового» бетонов, а так же интенсификации бетонных работ. Приводятся опыт и разработки в области совершенствования технологии сборного и сборно-монолитного домостроения таких ученых, как Мацкевич А.Ф., Мордич А.И., Николаев С.В., Шембаков В.А. и др. Рассмотрены достоинства и недостатки существующих методов замоноличивания стыков разработок Гвоздева А.А., Молодина В.В., Е.М. Перлея., В.М. Трубина (Минмонтажспецстрой СССР) и других. бетон замоноличивание бетонный арматурный

Цель и задачи исследования.

Цель исследования заключается в научном обосновании технологических решений замоноличивания стыков ж/б конструкций, обеспечивающих равнопрочное соединение «старого» и «нового» бетонов без увеличения расхода арматурной стали в зоне контакта при одновременном упрощении технологических операций на строительной площадке.

Для достижения указанной цели была принята следующая рабочая гипотеза: активная поверхность Активная поверхность - поверхность сборного элемента, подвергающаяся специальной обработке с целью улучшения адгезии с бетоном омоноличивания изделий, изготавливаемых на заводе ЖБИ (торцов сопрягаемых панелей сборно-монолитных зданий или плоскость несъемной опалубки) обрабатывается специальным образом для создания большей площади контакта с бетоном омоноличивания и увеличения адгезии. При этом бетонная смесь непосредственно перед укладкой в стыки сборно-монолитных конструкции или в несъемную опалубку подвергается предварительному электроразогреву.

Предполагается, что сочетание двух технологических приемов, а именно, обработка активной поверхности «старого» бетона и использование разогретых смесей при замоноличивании стыков за счет явления тепломассопереноса от горячего к холодному позволит обеспечить равнопрочность сопряжения с монолитным бетоном.

Задачи исследования:

1) выявлены факторы, влияющие на прочность стыка «старого» и «нового» бетонов;

2) исследовано влияние температурного градиента на прочность стыка;

3) выявлены добавки, позволяющие сохранить подвижность разогретой бетонной смеси в пределах технически необходимого времени для укладки в стык;

4) изучено влияние исследуемых добавок на удельное электрическое сопротивление разогреваемых бетонных смесей;

5) разработана технология бетонирования стыков сборно-монолитных конструкций и бетонирования конструкций в несъемной опалубке с применением предварительно разогретых бетонных смесей;

6) оценено ожидаемая технико-экономическая эффективность результатов исследований и разработок.

Объект исследования - технология бетонирования стыков сборно-монолитных конструкций предварительно разогретыми бетонными смесями и бетонирования конструкций в несъемной опалубке.

Предмет исследования - влияние температурного градиента на прочность сопряжения «старого» и «нового» бетонов, влияние добавки на удобоукладываемость разогретых бетонных смесей, а так же совершенствование способов обработки активной поверхности сборных элементов.

Научная новизна заключается в установлении возможности получения равнопрочного соединения «старого» и «нового» бетонов, в выявлении зависимостей, характеризующих нарастание прочности стыка бетонирования в зависимости от температуры разогрева бетонной смеси, а так же в выявлении влияния добавок (суперпластификаторов) на изменение во времени подвижности и электропроводности разогретой бетонной смеси.

Научная новизна раскрыта в следующих результатах:

1) одним из путей повышения качества стыков «старого» и «нового» бетонов, и сокращения трудозатрат по их устройству является использование разогретых смесей;

2) выведены уравнения регрессии зависимости прочности стыка в 7 и 28 суточном возрастах от температуры разогрева бетонной смеси, водоцементного отношения и скорости остывания, из которых следует, что большее влияние на прочность стыка оказывают температура разогрева и водоцементное отношение, а скорость остывания не оказывает значительного влияния на прочность стыка в пределах исследуемого диапазона;

3) экспериментально доказано, что стыки бетонирования, полученные при бетонировании разогретыми смесями, интенсивно набирают прочность в ранних сроках, при этом «новый» бетон уже к 7 суткам сравнивается по прочности со «старым». Таким образом, достигается равнопрочный стык по сравнению с монолитными образцами при испытании на чистый срез и 92% прочность на растяжение при изгибе;

4) установлено, что условиям, обеспечивающим сохранность требуемой подвижности разогретой смеси в течение 30-40 минут, их однородность, а так же недефицитность и доступность по цене, удовлетворяет добавка MC Bauchemie Russia FK 63, что позволяет использовать установку ТВОБС не на крюке крана, а стационарно, тем самым повысив технологическую надежность процесса бетонирования разогретыми смесями;

5) исследовано влияние повышенных температур и концентрации добавок на характер изменения удельного электрического сопротивления разогретых бетонных смесей. Установлено, что исследуемые добавки не оказали существенного влияния на процесс предварительного электроразогрева;

6) разработана новая технология устройства стыков сборно-монолитных конструкций, позволяющая получать сопряжения «старого» и «нового» бетонов, равнопрочные со «старым» бетоном.

Методологическая основа исследований включает: литературный обзор; обобщение производственного опыта; планирование и проведение экспериментов; статистическая обработка результатов.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по стандартным и специальным методикам. По стандартным методикам исследовались: подвижность бетонной смеси; её удельное электрическое сопротивление; прочность бетона на сжатие. По специальным методикам исследовались: прочность стыка на растяжение при изгибе; прочность стыка при чистом срезе; изменение во времени подвижности разогретых бетонных смесей.

Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК: 05.23.08 - Технология и организация строительства, а именно: содержанию специальности, каковым являются: разработка научных и методологических основ, исследование, совершенствование, теоретическое, экспериментальное и технико-экономическое обоснование технологических процессов, методов и форм организации строительства и его производственной базы., а также следующим основным направлениям: п.1 «Прогнозирование и оптимизация параметров технологических процессов и систем организации строительства и его производственной базы, повышение организационно-технологической надежности строительства.», п. 2 «Разработка конкурентоспособных новых и совершенствование существующих технологий и методов производства строительно-монтажных работ на основе применения высокопроизводительных средств механизации и автоматизации».

Практическое значение и реализация работы состоит в следующем:

- разработана новая технология, позволяющая получать равнопрочные стыки при сооружении сборно-монолитных конструкций и конструкций в несъемной опалубке;

- усовершенствован способ обработки активной поверхности сборных элементов каркаса и несъемной опалубки;

- разработан руководящий технический материал по обработке активной поверхности сборных элементов и производству работ по омоноличиванию конструкций разогретыми смесями.

Применение новой технологии позволяет: увеличить прочность стыка до прочности монолитного образца, улучшить качество монолитного бетона; интенсифицировать бетонные работы и в целом темп строительства; в 1.3-1.9 раза сократить расход электроэнергии на термообработку бетона омоноличивания стыка; повысить надежность и технологичность бетонирования стыков сборно-монолитных конструкций.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на 64 научно-технической конференции молодых ученых, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова (СПбГАСУ, 2011-г.) и международном конгрессе, посвященном 180-летию СПбГАСУ (СПбГАСУ, 2012).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 работах автора, в т.ч. 2 статьи в журналах «Строительные материалы», «Вестник гражданских инженеров», включенных в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий ВАК.

По теме диссертации в соавторстве с научным руководителем получен патент РФ на изобретение № 2468158 «Способ бетонирования монолитных конструкций в несъемной железобетонной и (или) армоцементной опалубке».

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них, общих выводов, списка литературы, включающего 121 наименований. Диссертация содержит 6 приложений, 23 таблицы, 30 рисунков. Общий объем диссертации составляет 141 страницу.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования. Обозначены основные предпосылки к проведенному эксперименту.

В первой главе произведен литературный обзор и обобщение производственного опыта в области интенсификации бетонных работ при возведении сборно-монолитных зданий и монолитных конструкций, определена малоизученная область.

Во второй главе подробно описана методика проводимых исследований по изучению прочности стыка «старого» и «нового» бетонов с применением предварительного электроразогрева бетонной смеси, приведены полученные результаты и обоснованы условия получения равнопрочного соединения бетонов. Выведены уравнения регрессии зависимости прочности стыка в различных возрастах от температуры разогрева и водоцементного отношения разогреваемой смеси.

В третьей главе представлена методика и описаны экспериментальные исследования влияния концентрации суперпластификатора и предварительного электроразогрева на способность сохранять подвижность и изменение удельного электрического сопротивления разогретой бетонной смеси. Определены наиболее подходящие добавки и их концентрации.

В четвертой главе обоснованы и разработаны рациональные технологические решения и параметры устройства стыков сборно-монолитных конструкций по новой технологии. Подробно расписана последовательность технологических операций. Представлена экономическая эффективность.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Одним из путей повышения качества стыков «старого» и «нового» бетонов, и сокращения трудозатрат по их устройству является использование разогретых смесей

Одними из важнейших причин необходимости большего внедрения в практику возведения сборно-монолитных зданий выделены: недостаточная обеспеченность населения жильем, около 22,4 м² на 1 человека, при среднеевропейском уровне 64 м²/чел.; высокая стоимость и недостаточные темпы строительства по традиционным технологиям из монолитного бетона и кирпича (около 0,45 м²/чел.-год); низкая загруженность (по данным ОАО «ЦНИИЭП жилища» 30-40%) производственных мощностей заводов железобетонных конструкций и домостроительных комбинатов; возможность применения гибкой технологии производства сборных элементов каркаса здания под индивидуальный проект; развитие технологии бесшовных «мокрых» и вентилируемых фасадов с применением современных материалов, позволяющих разнообразить архитектурный облик возводимых зданий.

Дан краткий обзор методов интенсификации бетонных работ и методов зимнего бетонирования. Как приоритетный, выделен метод предварительного электроразогрева бетонной смеси в установке непрерывного действия, (разработанной в СПбГАСУ) и бункере (разработке НГАСУ). В результате литературного обзора даны обоснования энергетической эффективности метода и интенсифицирующего действия на набор прочности и повышения физико-механических характеристик бетона. Важнейшими параметрами воздействия предварительного электроразогрева на бетонную смесь при обработке в установке ТВОБС принято считать: повышенные температуры (50-70°С), переменный ток повышенной частоты от 50 до 5000 Гц., избыточное давление пара и его повышенную проницаемость, вибрацию навесных вибраторов установки.

Проанализированы основные методы интенсификации бетонных работ, выделены трудоемкие процессы. В качестве альтернативного способа устройства монолитных конструкций рассмотрен способ с применеием несъемной опалубки на гидравлическом вяжущем и рассмотрены конструктивные и технологические особенности их изготовления. Определены границы применения и причины их узкого распространения. Отмечен значительный вклад в развитие технологии предварительного электроразогрева отечественных ученых: А.С. Арбеньева, А.И. Гныри, Л.М. Колчеданцева, В.П Лысова, Б.А. Крылова, М.М. Титова и др. Структура исследования представлена на рис. 1.



Рис. 1 Структура и последовательность выполнения основных этапов работы

2. Выведены уравнения регрессии зависимости прочности стыка в 7 и 28 суточном возрастах от температуры разогрева бетонной смеси, водоцементного отношения и скорости остывания, из которых следует, что большее влияние на прочность стыка оказывают температура разогрева и водоцементное отношение, а скорость остывания не оказывает значительного влияния на прочность стыка в пределах исследуемого диапазона

Выявлены основные факторы, влияющие на прочность сцепления «старого» и «нового» бетона. Одним из менее исследованных факторов оказался фактор разницы температур «старого» и «нового» бетонов, который, по мнению автора, должен привести к увеличению тепломассопереноса жидкой фазы из свежеуложенного бетона в поры «старого», тем самым увеличив прочность контакта. В проведенном исследовании за основной варьируемый фактор принята разница температур «старого» и «нового» бетона (Х₃). Вторым фактором принята скорость остывания свежеуложенного бетона (Х₂), минимальным значением которого принята скорость 0 °С/час., (т.е. с принудительным поддержанием постоянной температуры), а максимальный 2 °С/час., из-за условия сохранения эффекта ускоренного набора прочности «новым» бетоном. Третьим варьируемым фактором, из технологических соображений, принято водоцементное отношение (Х₁), изменяемое в пределах от 0,38 до 0,5 при условии сохранения подвижности бетонной смеси путем увеличения содержания пластифицирующей добавки. В соответствии с методикой планирования эксперимента составлен план проведения опытов (табл. 1, 2).

Уровни полнофакторного эксперимента «2³»

Таблица 1

Матрица планирования полнофакторного эксперимента «2³»

Таблица 2

Учитывая выше изложенное, были выведены уравнения регрессии:

У_(7сут)= 2,402-0,163-0,142; (1)

У_(28сут)= 3,426-0,186-0,269, (2)

где W/C - водоцементное отношение; ?T- разница температур «старого» и «нового» бетона.

Таким образом, уравнения в границах результатов эксперимента математически описывают влияние водоцементного отношения (w/c) и разницы температур (?t) на прочность соединения бетона в возрасте 7 (1) и 28 суток (2). Фактор скорости остывания в результате математической обработки результатов не показал значимого влияния на прочность стыка в пределах от 0 до 2 °С/час.



Рис. 2 Камера электроразогрева бетонной смеси. 1 - корпус (влагостойкая, многослойная фанера b=21 мм); 2 - крышка (экструдированный пенополистерол b=50 мм); 3 - термометр; 4 - разогреваемая бетонная смесь V=8 дм³; 5 - электрод (Стальной лист b=4 мм, S=400 см²); 6 - разъемное соединение; А- амперметр; Щ- омметр; L- фазный проводник; N- нулевой рабочий проводник

Рис. 3 Схема испытания бетонных образцов на растяжение при изгибе

3. Экспериментально доказано, что стыки бетонирования, полученные при бетонировании разогретыми смесями, интенсивно набирают прочность в ранних сроках, при этом «новый» бетон уже к 7 суткам сравнивается по прочности со «старым». Таким образом, достигается равнопрочный стык по сравнению с монолитными образцами при испытании на чистый срез и 92% прочность на растяжение при изгибе

Для проверки утверждения некоторых авторов о влиянии шероховатости активной поверхности на прочность стыка только при работе сопряжения на срез, автором была разработана методика и изготовлены формы для испытания составных и монолитных образцов на чистый срез (рис. 4). Результаты испытаний занесены в табл. 4.

Характер разрушения образцов при испытании на чистый сдвиг можно описать как смешанный - адгезионно-когезионный.

На поверхности разлома наблюдались как отрывы «старого» бетона, так и «нового» с частичным разрушением по плоскости контакта. Увеличение относительной прочности стыкованных образцов по отношению к монолитным можно объяснить увеличением влияния прочности бетона на прочность стыка при срезе и включением в работу шпоночного соединения на активной поверхности, образованного штробами (Рис. 6). Таким образом, в данном разделе исследования была установлена возможность получения равнопрочного сопряжения «старого» и «нового» бетона при работе на срез.



Рис. 4 Схема испытания образцов на чистый срез

Результаты испытания прочности составных и монолитных образцов на чистый срез

Таблица 3

Установлено, что с применением предварительного электроразогрева и современных химических добавок в бетон, кинетика нарастания прочности стыка бетонов изменилась за счет более глубокого проникновения «нового» бетона в пористое тело «старого», тем самым проявилась прямая зависимость от темпов нарастания кубиковой прочности. Об этом свидетельствуют данные экспериментального исследования по выявлению зависимости прочности стыка от кубиковой прочности бетона. По полученным результатам был построен график (рис. 5).

Рис. 5 зависимость прочности стыка от кубиковой прочности бетона 1- монолитные образцы 7 сут.; 2 - составные образцы 7 сут.; 3 - составные образцы 28 сут.; 4 -монолитные образцы 28 сут.; 5 - составные образцы 3 мес.; R, MPa - прочность «старого» бетона, МПа; R^CT, MPa- прочность стыка, Мпа



Рис. 6 Зависимость кубиковой прочности бетона и прочности стыка от времени. 1- стык составного образца по известной технологии (холодный бетон); 2 - холодный бетон В25; 3 - стык составного образца по новой технологии (разогретый бетон); 4 - предварительно разогретый бетон В25; R_CT, MPa - прочность стыка, МПа; R_bt, MPa - прочность «нового» бетона, Мпа

4. Установлено, что условиям, обеспечивающим сохранность требуемой подвижности разогретой смеси в течение 30-40 минут, их однородность, а так же недефицитность и доступность по цене, удовлетворяет добавка MC Bauchemie Russia FK 63.

Исследованы пластифицирующие добавки и их концентрации, обеспечивающие достаточную для укладки в опалубку способность сохранять подвижность бетонной смеси, вводимую на заводе-поставщике в процессе приготовления товарного бетона.

Поставленная цель достигалась подбором опытным путем различных температурных режимов с применением наиболее распространенных пластифицирующих добавок и изменением их концентраций, при постоянном водоцементном отношении.

Для сравнения пластифицирующих свойств добавок в различных условиях были выбраны следующие варьируемые факторы:

1. Температура разогрева Т₁=50 °С, Т₂=70 °С;

2. Концентрация добавки в бетонной смеси V₁=1%, V₂=2%;

Рис. 7 Изменение осадки конуса во времени разогретой бетонной смеси. Добавка Sika VC 5-600. 1- температура разогрева T=70°C, содержание добавки V=1%; 2 - температура разогрева T=50°C, содержание добавки V=1%; 3 - температура разогрева T=70°C, содержание добавки V=2%; 4 - температура разогрева T=50°C, содержание добавки V=2%



Рис. 8 Изменение осадки конуса во времени разогретой бетонной смеси. Добавка MC BR M FK 63. 1- температура разогрева T=70°C, содержание добавки V=1%; 2 - температура разогрева T=50°C, содержание добавки V=1%; 3 - температура разогрева T=70°C, содержание добавки V=2%; 4 - температура разогрева T=50°C, содержание добавки V=2%; 5 - температура разогрева T=50°C, содержание добавки V=1,5%



Рис. 9 Изменение осадки конуса во времени разогретой бетонной смеси. Добавка BASF GS 505. 1- содержание добавки V=1%, температура разогрева T=70°C; 2 - содержание добавки V=1%, температура разогрева T=50°C; 3 - содержание добавки V=2%, температура разогрева T=70°C; 4- содержание добавки V=2%, температура разогрева T=50°C

При выборе добавок - суперпластификаторов, автор руководствовался следующими положениями:

Добавки не должны быть дефицитными, а также ухудшать физико-механические свойства бетона и увеличивать его ползучесть.

Добавки должны быть легкодоступными, недорогими, иметь высокие водоредуцирующие свойства и быть совместимыми с повышенными температурами.

Указанным требованиям, из ряда широко распространенных суперпластификаторов удовлетворяют добавки производителей Sika, MC, Basf.

Определение подвижности бетонной смеси осуществлялось в соответствии с ГОСТ 10181.1-81 «СМЕСИ БЕТОННЫЕ. Методы определения удобоукладываемости»

В течение электроразогрева фиксировались такие параметры как: начальная и конечная температура, время разогрева, сила тока и электрическое сопротивление. По достижении необходимой температуры смесь из камеры разогрева перекладывалась в конус, и определялась осадка конуса. Затем разогретая бетонная смесь с остатками, не помещавшимися в конусе, перекладывалась обратно в камеру, подавался электрический ток напряжением 220 В и промышленной частоты 50 Гц для поддержания температуры на заданном уровне. Таким образом, цикл между замерами занимал 6±0.5 минут.

По полученным результатам построены графики зависимости подвижности разогретой смеси от времени (рис. 7-9).

5. Исследовано влияние повышенных температур и концентрации добавок на характер изменения удельного электрического сопротивления разогретых бетонных смесей. Установлено, что исследуемые добавки не оказали существенного влияния на процесс предварительного электроразогрева.

Установлено, что наличие пластифицирующей добавки в бетонной смеси уменьшает удельное электрическое сопротивление при увеличении подвижности смеси и более плотного ее контакта с электродами при условии одинакового водоцементного отношения. Увеличение в 2 раза концентрации содержания добавок производителей Sika и MC уменьшило удельное сопротивление бетонной смеси на 2-4%, что в производственных условиях не будет являться значимым фактором. Изменение концентрации суперпластификатора производителя Basf не оказало технологически значимого влияния на электропроводность бетонной смеси. Сопоставительный анализ электропроводности бетонных смесей приготовленных с различными добавками показал увеличенную электропроводность на 8-10% смеси с добавкой от Basf относительно смеси с добавкой от MC и увеличенную на 4-5% относительно бетонной смеси приготовленной с добавкой производителя Sika.

6. Разработана новая технология устройства стыков сборно-монолитных конструкций, позволяющая получать сопряжения «старого» и «нового» бетонов, равнопрочные со «старым» бетоном.

Укрупненная блок-схема, отражающая последовательность технологического процесса изготовления сборных элементов и несъемной опалубки, разогрева бетонных смесей и укладки их дело, изображена на рис. 15.

Рис. 15 Последовательность технологических операций по изготовлению сборных элементов, обработке активной поверхности, предварительному электроразогреву бетонных смесей, их укладке и выдерживанию бетона. *Для конструкций в несъемной опалубке

Изготовление сборных элементов сборно-монолитного здания или элементов несъемной опалубки осуществляется на стендах формования сборных элементов с применением гибкой технологии изготовления железобетонных изделий на производственной базе домостроительного комбината полного цикла. Одним из главных условий изготовления сборных элементов - использование бетонной смеси, приготовленной на цементе аналогичного минералогического состава, что и бетон омоноличивания. Опалубка, образующая активную поверхность, не должна покрываться антиадгезивным веществом, т.к. остатки этого вещества на поверхности сборного элемента повлияют на сцепление с бетоном омоноличивания.

Обработка активной поверхности производится в соответствии с разработанной технологией на той же линии, что и формовка изделий. Вода, использованная для снятия цементной пленки с горизонтальных поверхностей изготовленных элементов, собирается со специального поддона и после прохождения фильтрации используется повторно, при этом компенсируется количество воды, утраченное на ее испарение и смачивание поверхности железобетонного элемента. Перед снятием элемента со стенда, но после его распалубливания, на активную поверхность наносятся штробы путем механической нарезки алмазосодержащими абразивными кругами. Ширина штроб 4-6 мм, глубина 6-8 мм с шагом 20 мм. Штробы наносятся по вертикали и под углом 45° по отношению к проектному положению сборного элемента в конструкции, при вертикальном расположении, а при горизонтальном положении сопряжения - штробы наносятся перпендикулярно по отношению друг к другу. При отсутствии срезающих усилий в плоскости сопряжения железобетонных элементов допускается штробы не наносить. По завершении нарезки штроб активная поверхность сборного элемента промывается проточной водой из системы циркуляции.

Монтаж сборного элемента с временным креплением (рис 14). По завершению этапа монтажа с раскреплением сборных элементов, ведут работы по армированию монолитных участков для обеспечения связности элементов и организации единой работы конструкции в целом (определяется типом конструкции и расчетом). Способ временного раскрепления сборных элементов конструкции разрабатывается в ППР монтажной организацией.

Рис. 14 Схема монтажа и временного крепления сборных элементов 1- несущая телескопическая стойка; 2 - подкос в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; 3 - сквозное отверстие; 4 - связь; 5 - опорный оголовок; 6 - стеновая панель; 7 - монтажный ригель; 8 - выпуски арматуры; 9 - панель перекрытия

Приготовление бетонной смеси, пригодной для предварительного электроразогрева осуществляется на заводе-поставщике сборных элементов конструкции с учетом требований к сохранению подвижности разогретыми бетонными смесями на период, достаточный для укладки в конструкцию. При этом для приготовления бетонной смеси, возможно использование следующих суперпластификаторов и их концентраций: MC Bauchemie Russia FK 63 1,0-1,5%; Sika ViscoCrete 5-600 2,0%. Водоцементное отношение назначается из расчета начальной подвижности бетонной смеси 21-19 см. осадки стандартного конуса.

Предварительный электроразогрев бетонной смеси, ее подача к месту бетонирования и укладка в конструкцию. Предварительный электроразогрев осуществляется на приобъектном посту электроразогрева, находящимся в зоне действия монтажного крана. Основными элементами поста электроразогрева являются: рама - основание для устройства разогрева, устройство разогрева (ТВОБС), силовой шкаф с пультом управления.

На ригель рамы (рис. 16, 4) подвешена установка предварительного электроразогрева (3). С одной стороны к загрузочному лотку с подъемом на инвентарную эстакаду (1) осуществляется подъезд автобетоносмесителей (2) и подача бетонной смеси. С противоположной стороны монтажным краном подается тара (5) для перегрузки разогретой бетонной смеси и подачи ее на место укладки.

Рис. 16 Схема организации поста электроразогрева 1 - инвентарная эстакада; 2 - автобетоносмеситель; 3 - устройство предварительного электроразогрева бетонной смеси; 4 - инвентарная поддерживающая рама; 5 - раздаточный бункер

Подача к месту приема разогретой бетонной смеси производится в универсальных бетонных бункерах (рис. 17). Укладку следует производить с тщательным вибрированием контактных зон глубинными вибраторами. По окончании бетонных работ на захватке или стыке конструкции, уложенный бетон укрывают паронепроницаемым материалом (рис. 18, 1), а конструкции с модулем поверхности больше 10 м^-1 дополнительно укрыть ТАГП (2).



Рис. 17 Укладка бетона и уплотнение

Рис. 18 Укрытие стыка ПЭП и ТАГП 1 - полиэтиленовая пленка; 2 - термоактивное гибкое покрытие

Термоактивное выдерживание бетона по заданному режиму осуществляется с помощью применения термоактивных гибких покрытий, путем введения температурных датчиков в тело бетона омоноличивания, программирования блока управления температурными режимами на режим поддержания постоянной температуры или остывания со скоростью не более 2°С/час. Способ выдерживания уточняется расчетом, выполняемым по известным методикам, а конкретизируется в технологических картах, являющихся неотъемлемой частью проекта производства работ.

Рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения новой технологии. Разница удельных затрат составила 781 руб. на каждый квадратный метр общей площади построенного здания в пользу новой технологии. По данным городского комитета экономического развития, промышленной политики и торговли по итогам 2012 года в Петербурге было введено 2,7 млн. кв. м жилья, а за 8 месяцев 2013 года 1,3 млн. кв. м. жилья, в том числе 66% кирпично-монолитных, 17% монолитных, 8% сборных и сборно-монолитных домов.

По прогнозам аналитиков, темпы жилищного строительства в Санкт-Петербурге в 2013- 2014 годах не снизятся. Предположим, что 10% от ежегодного объема строительства жилья выполнить по разработанной технологии, то ожидаемый экономический эффект только по Санкт-Петербургу составит 2,7*0,1*781=210,87 млн. руб. в год.

Таблица 4

Основные выводы

1. Установлено, что строительство зданий по сборно-монолитной технологи является перспективным направлением развития строительной отрасли в рамках обеспечения населения жильем социального класса. Применение данной технологии способно кардинально изменить качество строящегося жилья, приблизив свои потребительские свойства и технологичность к монолитной технологии, сохранив при этом высокие темпы возведения зданий и снизив стоимость строительства на 20%.

2. Используя технологию предварительного электроразогрева бетонной смеси, метод термоса и активного термоса, автором на уровне рабочей гипотезы была предложена технология, позволяющая получать равнопрочные сопряжения «старого» бетона - сборного элемента и «нового» бетона - бетона омоноличивания стыка конструкции.

Суть новой технологии: сборные элементы каркаса здания или несъемной опалубки изготавливаются на заводе ЖБИ, при этом активная поверхность обрабатывается специальным образом, для создания оптимального контакта с бетоном омоноличивания, а в бетонную смесь при её изготовлении вводится добавка, обеспечивающая сохранение удобоукладываемости в течение 25-35 минут после её разогрева. Бетонная смесь производственного состава, непосредственно перед укладкой подвергается предварительному электроразогреву с дальнейшей перегрузкой в бункер и подачей краном на место заливки. Дальнейшее выдерживание бетона производится по методу термоса или активного термоса с применением термоактивной опалубки.

3. Обоснованы технологические параметры предварительной обработки активной поверхности сборного элемента: цементное молочко удаляется струей воды высокого давления через 4-6 часов после формования элемента и выдерживания в нормальных условиях, на активную поверхность наносятся вертикальные и наклонные штробы; параметры разогрева: интенсивный предварительный электроразогрев до температур превышающих на 25-35°C температура сборного элемента и параметры выдерживания бетонной смеси омоноличивания: скорость остывания уложенного бетона не должна превышать 2 °С/час. Исследование влияния температурного градиента, водоцементного отношения и скорости остывания бетона омоноличивания позволило получить равнопрочное сопряжение «старого» и «нового» бетонов при работе стыка на сдвиг по сравнению с монолитом. На основании проведенных исследований выведены уравнения регрессии зависимостей разрушающей нагрузки на составной образец в 7 и 28 суточном возрастах от водоцементного отношения и разницы температур «старого» и «нового» бетона.

4. В соответствии с поставленной задачей обеспечения сохраняемости подвижности разогретой бетонной смеси на требуемом уровне на достаточный временной промежуток для ее укладки в опалубку произведено исследование по подбору пластифицирующей добавки, обеспечивающей данное требование. По результатам проведенной работы выявлены добавки и их концентрации, удовлетворяющие этим требованиям, а так же выведены уравнения зависимостей осадки конуса разогретой смеси от времени для каждой рекомендованной добавки и ее концентрации. Наибольшей способность сохранять подвижность в течение 30-35 минут обладает бетонная смесь с 2% содержанием добавки MC Bauchemie Russia FK 63 при температуре разогрева 50С.

5. Установлено, изменение концентрации рекомендуемых добавок не оказывают значительного влияния на электропроводность бетонной смеси. Значение удельного электрического сопротивления может изменяться до 10% в зависимости от применяемой суперпластифицирующей добавки.

6. Выявлено, что бетонные призмы отформованные бетонной смесью с содержанием 2% добавки BASF Glenium Sky 505 показали значительное падение прочности на ранних сроках, что неприемлемо при требовании интенсификации бетонных работ.

Испытания бетонных призм c добавками MC Bauchemie Russia Muraplast FK 63 и Sika ViscoCrete 5-600 показали прирост прочности до 7% по сравнению с образцами бетона без применения добавки.

7. Обоснованы состав, содержание и взаимосвязь операций по изготовлению и обработке активной поверхности сборных элементов каркаса здания или несъемной опалубки, а так же предварительного электроразогрева бетонной смеси, ее укладки в конструкцию и дальнейшего выдерживания. С учетом результатов исследований, разработок и проведенной проверки обоснованы основные положения технологического регламента устройства сборно-монолитных конструкций с применением разогретых смесей или бетонирования конструкций в несъемной опалубке. Технологический регламент согласован с рядом строительных предприятий.

8. В соответствии с результатами исследований раскрыты содержание и параметры технологического эффекта применения новой технологии, который проявился в виде повышения качества сопряжения «старого» и «нового» бетонов в стыках сборно-монолитных конструкций и конструкций с применением несъемной опалубки, снижении трудозатрат и стоимости работ.

9. Рассчитана ожидаемая экономическая эффективность от внедрения новой технологии, которая может составить 210,87 млн. руб. при строительстве 10% от общего объема возводимых жилых зданий по монолитной технологии Санкт-Петербурга.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ОПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мустафин, Р.Р. Применение разогретых бетонных смесей для повышения прочности стыка сборно-монолитных зданий / Л.М. Колчеданцев, О.Г. Ступакова, Р.Р. Мустафин // Строительные материалы. 2012. №4. С. 17-19. (0,18/0,06 п. л.)

2. Мустафин, Р.Р. Совершенствование технологии устройства стыков сборно-монолитных конструкций / Р.Р. Мустафин // Вестник гражданских инженеров. 2012. №5. С. 134-137. (0,25 п. л.)

Патенты.

3. Патент РФ на изобретение № 2468158. Способ бетонирования конструкций с применением несъемной железобетонной и (или) армоцементной опалубки. Заявка № 2011118779/03 от 10.05.2011. Авторы:

Р.Р. Мустафин, Л.М. Колчеданцев.

Публикации в других изданиях:

4. Мустафин, Р.Р. Исследование сцепления «старого» и «нового» бетонов применительно к несъемной железобетонной опалубке / Р.Р. Мустафин // Актуальные проблемы современного строительства: доклады 64 международной научно-технической конференции молодых ученых, посвященная 300-летию со дня рождения М.В.Ломоносова. В 3-х ч. / СПб: СПбГАСУ, 2011. Ч.2. С. 159-162. (0,14 п. л.)

5. Мустафин, Р.Р. Влияние пластифицирующих добавок на увеличение сроков удобоукладываемости разогретых бетонных смесей / Р.Р. Мустафин // Актуальные проблемы современного строительства и пути их эффективного решения: материалы международной научно-практической конференции. В 2-х ч. / СПб: СПбГАСУ, 2012. С. 159-161. (0,32 п. л.).

Размещено на Allbest.ru