В табл. 29 не приведены результаты некоторых определений тепловыделения. В связи с этим следует учитывать следующее: при добавке 6% ННХК + 0,02% СПД при температуре -6°С в первые сутки бетоном на цементе марки М 500 выделяется тепла в 1,5 раза, а в последующее время на 20% меньше, чем указано для случая с добавкой 10% ННХК; при добавке 2% СаС12 + 2% NaNО2 и 4% НКМ для бетона на том же цементе при температуре -4°С кинетику и общее количество тепловыделения можно учитывать одинаково с выделением тепла при твердении бетона на портландцементе марки М 400 с добавкой 6% HKM (табл. 29, графа 6). Интенсивнее и в большем количестве происходит тепловыделение у бетона на цементе марки М 500 с добавкой 9% НКМ (за 1 сут 113, а за 28 сут 231 кДж/кг). Для бетонов, изготовленных на портландцементе марок М 400, М 500 и М 600, удельное тепловыделение при положительных температурах до 60°С рекомендуется принимать в соответствии с «Руководством по зимнему бетонированию с применением метода термоса». Расчет тепловыделения цемента при различных температурах твердения может быть выполнен с переходными коэффициентами а, приведенными в прил. 9. Гидратация цемента достаточно интенсивно протекает и обеспечивает бетону значительный набор прочности без противоморозных добавок при температурах не ниже -2°С. На рис. 26 приведен график нарастания прочности бетона, твердеющего в вечномерзлом грунте с температурой -2°С, поэтому в пластичномерзлых просадочных грунтах с температурой до -3°С допускается производить бетонирование без применения противоморозных добавок при обеспечении начального твердения бетона при положительных температурах. Рис. 26. График нарастания прочности бетона марки М 200 в контакте
с вечномерзлым грунтом при Т = -2°С (% R28) При введении в бетон противоморозных добавок твердение бетона будет происходить при положительных и отрицательных температурах. Однако при применении таких бетонов необходимо учитывать возможность миграции из них в контактирующий вечномерзлый грунт веществ - понизителей температуры замерзания воды. Наиболее интенсивно миграция происходит на начальных этапах твердения бетона (рис. 27), когда в грунт мигрирует раствор с противоморозной добавкой. Количество веществ, перешедших из бетона в грунт, зависит от вида и количества добавки (рис. 28), состава бетона, его влажности и температуры, а также от структуры, влажности и температуры вечномерзлого грунта. Во времени соли мигрируют в толщу грунта преимущественно по вертикали вниз в слои, лежащие под подошвой фундамента. Соли могут привести к размораживанию грунта, что снизит его несущую способность (рис. 29). Кроме того, миграция солей к боковой поверхности конструкций вызывает образование жидкой пленки между поверхностью бетона и грунтом, что снижает сопротивление сдвигу по контакту бетон - мерзлый грунт (рис. 30). Миграция веществ - понизителей температуры замерзания воды в контактирующий с бетоном вечномерзлый грунт может происходить и из бетона с добавками - ускорителями твердения бетона, но в меньшей степени, так как количество таких добавок, введенных в бетонную смесь, меньше, чем противоморозных. Рис. 27. Теоретическая кривая изменения содержания соли в прилегающем слое грунта См во времени t
Рис. 28. Кинетика накопления массы в грунте Рис. 29. Зависимость прочности водо-насыщенного песка, замороженного при -5°С, от концентрации в воде NaNO2 Рис. 30. Зависимость
сопротивления сдвигу по боковой поверхности смерзания от засоленности грунта На выбор конкретных добавок для бетонов, укладываемых в вечномерзлый грунт, большое влияние оказывает характер взаимодействия добавок с цементом. Химические добавки, в состав которых входят соли натрия, медленно взаимодействуют с минералами цементного клинкера и в бетоне длительное время сохраняется жидкая фаза. Бетоны с такими добавками медленно набирают прочность, и из них наиболее интенсивно происходит миграция солей в контактирующий грунт. Химические добавки, содержащие кальциевые соли, активно взаимодействуют с минералами цементного клинкера, ускоряя твердение, особенно в начальный период. Соли кальция, участвуя в формировании кристаллического сростка, являются носителями прочности. Миграция солей в вечномерзлый грунт из бетонов с добавками менее интенсивна, чем из бетонов с добавками, содержащими соли натрия. Процессы изменения температуры замерзания жидкой фазы бетона с добавками на основе солей кальция и образование в нем льда суммируются из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. С одной стороны, быстрый вывод добавки вследствие вступления ее в химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера приводит к повышению температуры замерзания бетона, с другой - выпадение кристаллов чистого льда повышает концентрацию раствора, что способствует сохранению в бетоне жидкой фазы. Однако в бетонах с добавками на основе солей кальция первый процесс преобладает над вторым, поэтому целесообразно применять различные композиции из сочетания двух солей или более (нитрит-нитрат кальция - ННК, нитрит-нитрат-хлорид кальция - ННХК и т.д.), когда каждая составляющая вносит свой положительный вклад при формировании структуры твердения. Добавки ННХК, ННК, CaCl2-NaNO2 являются добавками полифункционального действия, которые не только снижают температуру замерзания поровой жидкости, но влияют на силикатную и на алюминатную (алюмоферритную) составляющие клинкера. Влияние на силикатную составляющую, проявляющееся в увеличении ее растворимости, ускорении гидратации, изменении морфологии и степени полимеризации гидросиликатов, в первую очередь обусловлено изменением величины рН и ионной силы жидкой фазы. Влияние на алюминатную и алюмоферритную составляющие клинкера проявляется в образовании двойных солей. Возникновение этих соединений подтверждается обнаружением их в твердой фазе и снижением концентрации составляющих ионов в жидкой фазе. Наиболее интенсивно снижается концентрация в жидкой фазе хлоридов, несколько меньше нитратов и совсем мало нитритов (рис. 31). Параллельно со снижением концентрации этих ионов в жидкой фазе происходит их накопление в твердой фазе в составе двойных солен. За сутки и зависимости от температуры в твердую фазу может переходить от 40 до 60% хлоридов. Вывод столь большого количества ионов кальция и хлоридов не компенсируется обогащением ее в ходе гидратации ионами щелочных металлов и гидроксила, поэтому температура замерзания жидкой фазы в крупных порах повышается. Однако это не приводит к серьезным отрицательным последствиям, поскольку в бетонной смеси с этими добавками формируется цементный камень плотной и тонкопористой капиллярной структуры, в которой снижается температура замерзания жидкой фазы. Рис. 31. Изменение концентрации хлоридов , нитратов и нитритов в жидкой фазе при
гидратации портландцемента с добавкой 3% ННХК при температуре -5°С В состав комплексных добавок кроме неорганических солей рационально вводить также органические соединения: пластификаторы СДБ, ВРП-1, ПАШ-1, смолу С-89; воздухововлекающие вещества, улучшающие микроструктуру и повышающие морозостойкость цементного камня, СНВ, СПД; уплотняющие добавки - смола С-89; мочевину М, длительно сохраняющуюся в жидкой фазе и тем самым обеспечивающую ей низкую температуру замерзания. Морозостойкость бетона раннего возраста, твердеющего при отрицательных температурах, в состав которого при приготовлении вводились комплексные добавки в виде противоморозной и воздухововлекающей, приведена в табл. 30 и 31. Как видно из табл. 30, введение воздухововлекающей добавки обеспечивает морозостойкость бетона Мрз 300 даже после цикличного замораживания и оттаивания в возрасте до 28 сут. Таблица 30 Морозостойкость бетона раннего возраста, твердеющего при отрицательных температурах
* В общий возраст бетона входит: 7 сут твердения на морозе + 4 сут водонасыщения + время подготовки к испытаниям на Мрз. ** R28 = 39,8 МПа -марочная прочность бетона без добавок. Таблица 31 Морозостойкость бетона, твердеющего на морозе, в возрасте 28 сут
* В общим возраст бетона входит: 28 сут твердения на морозе + время водонасыщения + время подготовки образцов к испытаниям. ** R28 = 39,8 МПа - марочная прочность бетона без добавок. Введение химических добавок в количествах, обусловленных температурой окружающей среды ускоряет твердение бетона и обеспечивает набор заданной проектом прочности при отрицательных температурах грунта без тепловой обработки. На рис. 32, 33 представлены результаты испытаний бетона с противоморозными добавками в количестве 1,5-3% массы цемента, твердевшего в вечномерзлом грунте при температуре -3°С (в подземной лаборатории). Выдерживание бетона в вечномерзлом грунте продолжалось в течение трех лет. Как видно из рис. 32, 33, при укладке бетона в грунт важно, чтобы в начальный период в нем возможно дольше поддерживалась положительная температура - это способствует ускорению набора прочности в начальный период твердения, уменьшению количества образующегося в бетоне льда и позволяет сокращать количество вводимых добавок. Рис. 32. Нарастание прочности бетона марки М 300 в контакте с
вечномерзлым грунтом, приготовленного на портландцементе М 400-М 500 с
противоморозными химическими добавками и без них Рис. 33. Нарастание прочности бетона марки М 300 при различных
химических добавках и времени предварительного выдерживания ПРИЛОЖЕНИЕ 2
|
Грунты |
Температура начала замерзания грунта tн.з, при концентрации порового раствора Кп.р |
|||||
0 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
|
Песчаные |
0 |
-0,6 |
-0,8 |
-1,6 |
-2,2 |
-2,8 |
Глинистые: |
|
|
|
|
|
|
супеси |
-0,1 |
-0,6 |
-0,9 |
-1,7 |
-2,3 |
-2,9 |
суглинки |
-0,2 |
-0,6 |
-1,1 |
-1,8 |
-2,5 |
-3,2 |
Таблица 33
Температура начала замерзания грунтов с примесью растительных остатков, заторфованных, и торфа
Грунты |
Температура начала зания tн.з, °С, при объемной массе мерзлого грунта gм, т/м3 |
|||
0,8 |
1 |
1,2 |
1,4 |
|
Песчаные с примесью растительных остатков и заторфованные (при q £ 0,6) |
- |
-0,3 |
-0,3 |
-0,2 |
Глинистые с примесью растительных остатков и заторфованные (при q £ 0,6) |
- |
-0,3 |
-0,4 |
-0,5 |
Торф (при q > 0,6) |
-0,3 |
-0,4 |
- |
- |
К сыпучемерзлым относятся грунты крупнообломочные и песчаные, не сцементированные льдом вследствие малой их влажности. Суммарная влажность таких грунтов составляет Wc £ 0,03.
Среди вечномерзлых грунтов должны выделяться сильнольдистые, засоленные, а также грунты с примесью растительных остатков.
К сильнольдистым вечномерзлым грунтам относятся грунты, льдистость которых за счет включений льда Лв > 0,4.
Засоленность z вечномерзлых грунтов при их использовании в качестве оснований в мерзлом состоянии определяется по формуле
(30)
где qz - масса легкорастворимых солей, содержащихся в единице объема грунта;
gск - объемная масса скелета грунта, кг/м3.
Грунты относятся к засоленным при z, %:
более 0,1 ............ для песков
» 0,15..............» супесей
» 0,2................» суглинков
» 0,25..............» глин
Выбор расчетных параметров мерзлых грунтов
1. Точность прогнозов теплового взаимодействия твердеющего бетона с мерзлым грунтом зависит от правильности выбора исходных расчетных данных и, главным образом, расчетных характеристик грунтов и бетона.
2. Основными показателями, определяющими свойства мерзлых грунтов, являются: суммарная влажность, объемная масса скелета грунта, содержание незамерзающей воды и льдистость. Значения этих показателей рекомендуется определять из опытов. Другие свойства мерзлых грунтов, такие, как коэффициент пористости, объемная масса скелета и объемная влажность, могут быть вычислены по указанным показателям.
3. Объемную массу скелета мерзлого грунта можно определить также расчетом. Если исходить из средних значений плотности скелета минеральной составляющей грунта gu = 2700 кг/м3 и воздушной пористости мерзлых грунтов при полном или избыточном их влагонасыщении, равной 3% всего объема грунта, то объемную массу мерзлых грунтов gм.г можно определить по формуле
(31)
где Wc - влажность грунта (по массе) в долях единицы от gск.
Приведенной формулой можно пользоваться при условии, если влажность мерзлого грунта (по массе) Wc, %, превысит следующие значения:
для песков............. 15
» песчано-суглинистых грунтов............. 20
» полускальных песчаников и известняков............. 2
» доломито-мергелистых, разрушенных до щебеночно-глинистого состояния грунтов............. 10
» гравийно-галечниковых грунтов............. 5
4. Объемную массу скелета грунта gск и коэффициент пористости e (отношение объема пор к объему скелета) можно определить по формулам:
(32)
5. Суммарная влажность мерзлого грунта Wc в долях единицы, определяемая отношением всех видов содержащихся в нем воды и льда к массе скелета грунта (а для засоленных грунтов - к массе скелета грунта и содержащихся в нем солей), равна:
Wc = Wв + Wц + Wн = Wв + Wг, (33)
где Wв - влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений, т.е. линз и прослоек льда;
Wц - влажность мерзлого грунта за счет порового льда, т.е. льда, находящегося в его порах и цементирующего минеральные частицы грунта (льда-цемента);
Wн - влажность мерзлого грунта за счет содержащейся в нем при данной температуре незамерзшей воды;
Wг - влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями (Wг = Wц + Wн).
Значения Wc, Wв, Wц и Wг выражаются в долях единицы, причем Wc, Wв, Wн и Wг определяются опытным путем, a Wц вычисляется по формуле (33).
6. Суммарная льдистость мерзлого грунта Лс в долях единицы, определяемая отношением содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта, равна:
(34)
где Лв - льдистость грунта за счет ледяных включений в долях единицы, определяемая по формуле
(35)
gs - плотность грунта, кг/м3;
gл - плотность льда, принимаемая равной 900 кг/м3.
7. Степень заполнения льдом и незамерзшей водой пор мерзлого грунта Gt расположенного между ледяными прослойками, определяется по формуле
(36)
где eм - коэффициент пористости мерзлого грунта;
gw - плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м3.
8. Количество незамерзшей воды Wн в мерзлом грунте при отсутствии опытных данных допускается для всех видов грунтов с примесью растительных остатков (при q £ 0,1) и засоленных определять по формуле
(37)
где KW - коэффициент, принимаемый по табл. 34 в зависимости от «числа пластичности» ip и температуры грунта;
Wp - влажность грунта на границе раскатывания в долях единицы;
kп.р - концентрация порового раствора в засоленном грунте;
kp - равновесная концентрация порового раствора в засоленном грунте, определяемая опытным путем или по табл. 35 (только для значений температур ниже температуры начала замерзания грунта).
Таблица 34
Значения коэффициента KW
Грунт |
Число пластичности ip |
Коэффициент KW при температуре грунта, °С |
||||||||
-0,3 |
-0,5 |
-1 |
-2 |
-3 |
-4 |
-6 |
-8 |
-10 |
||
Пески и супеси |
ip £ 0,02 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Супеси |
0,02 < ip £ 0,07 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,35 |
0,33 |
0,3 |
0,28 |
0,26 |
0,25 |
Суглинки |
0,07 < ip £ 0,13 |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
0,5 |
0,48 |
0,45 |
0,43 |
0,41 |
0,4 |
» |
0,13 < ip £ 0,17 |
-* |
0,75 |
0,65 |
0,55 |
0,53 |
0,5 |
0,48 |
0,46 |
0,45 |
Глины |
ip > 0,17 |
-* |
0,95 |
0,9 |
0,65 |
0,63 |
0,6 |
0,58 |
0,56 |
0,55 |
Таблица 35
Значения коэффициента kp
Температура грунта t, °С |
-0,3 |
-0,5 |
- 1 |
-2 |
-3 |
-4 |
-6 |
-8 |
-10 |
Равновесная концентрация порового раствора kp в долях единицы |
0,003 |
0,005 |
0,012 |
0,026 |
0,045 |
0,062 |
0,1 |
0,135 |
0,168 |
9. Теплофизические характеристики (коэффициент теплопроводности, объемная теплоемкость) минеральных грунтов, грунтов с примесью растительных остатков и заторфованных, а также торфов в мерзлом состоянии lм и См и в талом lт и Ст определяются по табл. 36.
Таблица 36
Расчетные значения теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов (по главе СНиП II-18-76)
Объемная масса скелета грунта gск.т (gск.м), т/м3 |
Суммарная влажность Wc, доли единицы |
Коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м×К) |
Объемная теплоемкость грунта, кДж/(м3×К) |
||||||||
песок |
супесь |
суглинок и глина |
торф |
||||||||
lт |
lм |
lт |
lм |
lт |
lм |
lт |
lм |
Ст |
См |
||
0,1 |
9 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,81 |
1,33 |
3990 |
2310 |
0,1 |
6 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,45 |
0,7 |
2730 |
1680 |
0,1 |
4 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,232 |
0,45 |
1890 |
1260 |
0,1 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,116 |
0,232 |
1050 |
882 |
0,2 |
4 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,81 |
1,33 |
3780 |
2394 |
0,2 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,232 |
0,52 |
2100 |
1470 |
0,3 |
3 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,93 |
1,39 |
4158 |
2394 |
0,3 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,45 |
0,7 |
3150 |
2100 |
0,4 |
2 |
- |
- |
- |
2,09 |
- |
2,09 |
0,93 |
1,39 |
3780 |
2730 |
0,7 |
1 |
- |
- |
- |
2,09 |
- |
2,03 |
- |
- |
3591 |
2100 |
1 |
0,6 |
- |
- |
- |
2,03 |
- |
1,91 |
- |
- |
3444 |
2184 |
1,2 |
0,4 |
- |
- |
- |
1,91 |
1,57 |
1,8 |
- |
- |
3108 |
2121 |
1,4 |
0,35 |
- |
- |
1,8 |
1,85 |
1,57 |
1,68 |
- |
- |
3360 |
2352 |
1,4 |
0,3 |
- |
- |
1,74 |
1,8 |
1,45 |
1,57 |
- |
- |
3024 |
2184 |
2,4 |
0,25 |
1,91 |
2,14 |
1,57 |
1,68 |
1,33 |
1,51 |
- |
- |
2772 |
2058 |
1,4 |
2,0 |
1,57 |
1,85 |
1,33 |
1,51 |
1,05 |
1,22 |
- |
- |
2478 |
1890 |
1,4 |
0,15 |
1,39 |
1,62 |
1,05 |
1,28 |
0,87 |
0,99 |
- |
- |
2184 |
1764 |
1,4 |
0,1 |
1,05 |
1,28 |
0,93 |
1,04 |
0,7 |
0,755 |
- |
- |
1890 |
1743 |
1,4 |
0,05 |
0,755 |
0,81 |
0,64 |
0,7 |
0,46 |
0,52 |
- |
- |
1596 |
1470 |
1,6 |
0,3 |
- |
- |
1,85 |
1,97 |
1,68 |
1,8 |
- |
- |
3507 |
2478 |
1,6 |
0,26 |
2,5 |
2,72 |
1,8 |
1,91 |
1,51 |
1,68 |
- |
- |
3150 |
2352 |
1,6 |
0,2 |
2,14 |
2,38 |
1,62 |
1,74 |
1,33 |
1,51 |
- |
- |
2814 |
2142 |
1,6 |
0,15 |
1,8 |
2,03 |
1,45 |
1,57 |
1,05 |
1,22 |
- |
- |
2478 |
2016 |
1,6 |
0,1 |
1,45 |
1,62 |
1,16 |
1,28 |
0,87 |
0,93 |
- |
- |
2163 |
1806 |
1,6 |
0,05 |
1,04 |
1,05 |
0,81 |
0,87 |
0,98 |
0,64 |
- |
- |
1827 |
1680 |
1,8 |
0,2 |
2,67 |
2,84 |
1,85 |
1,97 |
1,57 |
1,8 |
- |
- |
3171 |
2415 |
1,8 |
0,15 |
2,26 |
2,61 |
1,68 |
1,8 |
1,39 |
1,57 |
- |
- |
2772 |
2268 |
1,8 |
0,1 |
1,97 |
1,2 |
1,45 |
1,57 |
1,04 |
1,22 |
- |
- |
2415 |
2037 |
1,8 |
0,05 |
1,45 |
1,51 |
0,99 |
0,99 |
0,7 |
0,755 |
- |
- |
2037 |
1890 |
2 |
0,1 |
2,72 |
2,9 |
1,74 |
1,85 |
1,28 |
1,39 |
- |
- |
2688 |
2268 |
2 |
0,05 |
2,09 |
2,14 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2268 |
2100 |
Примечание. Значения теплофизических характеристик крупнообломочных грунтов допускается определять по табл. 36 как для песков, а для засоленных грунтов - без учета засоленности.
10. Количество скрытой теплоты фазовых переходов воды, находящейся в 1 м3 грунта L0, кДж/м3, определяется по формуле
(38)
где -суммарная влажность грунта после оттаивания, % (по массе);
- количество незамерзшей воды, %
11. Температура смерзания бетона с грунтом принимается равной температуре замерзания грунта (см. главу СНиП II-18-76).
Выбор расчетных параметров твердеющего бетона
1. От правильного назначения расчетных параметров твердеющего бетона зависит достоверность прогнозирования его теплового взаимодействия с окружающим вечномерзлым грунтом и набора им прочности. Для прогноза необходимо знать коэффициент теплопроводности, удельную теплоемкость бетона, а также тепловыделение цемента, зависящее от минералогического состава вяжущего и его расхода на 1 м3 бетона, марки, тонкости помола, времени хранения, применимости добавок и других факторов.
2. Коэффициент теплопроводности твердеющего бетона может приниматься 2,1 Вт/(м×К) для бетонов на известняковом щебне и 2,6 Вт/(м×К) для бетонов на гранитном и кварцитовом щебне.
Коэффициент теплопроводности твердеющего раствора принимается равным 2,1 Вт/(м×К).
3. Удельная теплоемкость твердеющего бетона принимается равной 0,97 кДж/(кг×К).
4. Следует помнить, что коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость твердеющего бетона больше, чем у затвердевшего.
Удельное тепловыделение цемента принимается по табл. 29.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА
ГРУНТА НЕКОТОРЫХ ГОРОДОВ СЕВЕРА СССР
Глубина, м
Температура, °С
по месяцам
минимальная
максимальная
средняя за год
I
II
Ш
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Норильск
0,5
-17,2
- 16,1
-21,9
-18,1
-6,5
-1,7
-0,7
7,7
5,3
2,8
-0,7
-13,1
-21,9
-7,7
-6,6
1
-14,2
- 13,6
-19,1
- 15,7
-8,1
-6,3
-5,2
0
0,6
0,5
-0,2
-16,7
-19,1
-0,6
-8
2
-8.9
- 11
-14,1
-13,2
-10,3
-8,9
-5,3
-2,9
-1,5
-1
-1,3
-2,6
-14,1
-1
-6,6
3
-5,9
-8,4
-10,8
- 11,7
-10,3
-8,3
-6,2
-4,3
-2,9
-2,1
-2,2
-2,2
-11,7
-2,1
-6,3
4
-4
-6,3
-8,4
-9,9
-9,4
-8,8
-6,3
-5,4
-3,8
-3
-3
-2,5
-9,9
-2,5
-5,9
5
-3,5
-4,8
-6,3
-7,5
-7,2
-8,1
-7
-5,7
-4,1
-4,2
-3
-8,1
-8,1
-3
-5,4
6
-3,3
-4
-5,1
-6,5
-6,8
-7,1
-6,8
-5,9
-4,8
-4,6
-4
-3,6
-7,1
-3,3
-5,2
7
-3,1
-3,6
-4,3
-5,1
-5,7
-6,2
-6,3
-5,9
-5,3
-4,9
-4,4
-4
-6,3
-3,1
-4,9
8
-3,2
-3,6
-3,9
-4,5
-5
-5,3
-5,7
-5,6
-5,2
-5
-4,7
-4,3
-5,7
-3,2
-4,7
9
-3,4
-3,6
-3,7
-4,1
-4,7
-4,9
-5,3
-5,2
-5,1
-4,9
-4,7
-4,4
-5,3
-3,4
-4,5
10
-3,7
-3,5
-3,8
-3,6
-4,2
-4,4
-4,7
-4,7
-4,8
-4,7
-4,7
-4,2
-4,8
-3,5
-4,3
11
-3,5
-3,5
-3,5
-3,8
-3,9
-4
-4,5
-4,4
-4,6
-4,6
-4,6
-4,4
-4,6
-3,5
-4,1
12
-3,7
-3,7
-3,6
-3,8
-3,7
-3,9
-4,2
-4,1
-4,7
-4,2
-4,5
-4,2
-4,7
-3,5
-4
13
-3,6
-3,6
-3,5
-3,6
-3,7
-3,8
-4
-4,3
-41
-4,4
-4,4
-4,2
-4,4
-3,5
-3,9
14
-3,5
-3,5
-3,6
-3,7
-3,6
-3,8
-3,7
-3,9
-4,1
-4,1
-4
-4,1
-4,1
-3,5
-3,8
Якутск
0
-31,2
-23,5
-20,1
-6,5
9,6
4,7
13,2
12,2
2,2
-6,2
-15,3
-21,3
13,2
-31,2
-10,2
1
-15,4
-16,4
-13,1
-9,8
-5,2
-0,9
8,9
4,7
3,5
-0,1
-2,2
-11,1
4,7
-16,4
-4,7
2
-4,2
-8,8
-8,2
-8,4
-5,8
-4,1
6,7
2,8
-0,3
-0,3
-0,3
-0,4
6,7
-8,8
-2,8
3
-1,1
-5,2
-5,7
-6,4
-5,7
-5,4
-1,3
-0,9
-0,6
-0,6
-0,8
-0,8
-0,5
-6,4
-2,7
4
-2
-3,2
-4
-4,8
-5,3
-4,9
-3
-1,6
-1,1
-1,2
-1,3
-1,4
-1,1
-4,9
-2,8
5
-1,8
-2,8
-3,3
-3,9
-4,9
-4,3
-3,5
-2,3
-1,7
-1,6
-1,6
-1,5
-1,5
-4,9
-2,8
6
-1,7
-2,1
-2,9
-3,7
-4,6
-4,5
-3,9
-2,8
-2,1
-1,9
-1,9
-1,8
-1,7
-4,6
-2,8
8
-2,2
-2,4
-2,7
-3,5
-3,8
-3,7
-3,6
-3,3
-2,6
-2,4
-2,3
-2,2
-2,2
-3,8
-2,9
10
-2,5
-2,6
-2,6
-2,7
-3,1
-3,5
-3,7
-3,5
-3,1
-2,8
-2,7
-2,6
-2,6
-3,7
-2,9
Вилюйск
0,4
-11,4
-11,6
-11
-8,3
-1,1
2,5
5,6
6,6
3,6
-0,3
-4,6
-8
-11,6
6,6
-3,2
0,6
-9,6
-10,4
-9,4
-8,2
-2,1
0,4
3,4
4,9
2,9
0,2
-2,5
-6,3
-10,4
4,9
-3,1
0,8
-7,7
-8,5
-8,9
-8,1
-2,7
-0,3
0,8
3
2,1
0,1
-0,9
-4
-8,9
3
-3
1,2
-4,9
-6,8
-7,5
-7,3
-4
-2,2
-1
-0,1
0,2
-0,1
-0,3
-2,1
-7,5
0,2
-3
1,6
-4,3
-6,3
-7
-7
-4,7
-2,8
-1,8
-0,9
-0,6
-0,5
-0,5
-1,4
-7
-0,5
-3,1
2,4
-2,1
-3,6
-4,3
-5,4
-4,3
-3
-2,3
-1,7
-1,3
-1,1
-0,9
-1,1
-4,8
-0,9
-2,6
3,2
-1,8
-3
-3,8
-4,6
-3,9
-3,2
-2,6
-2,1
-1,6
-1,3
-1,2
-1,1
-4,6
-1,1
-2,5
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ПРИМЕР ПОДБОРА СОСТАВА РАСТВОРА ОМОНОЛИЧИВАНИЯ
БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ (СТОЛБОВ)
Глубина, м |
Температура, °С |
||||||||||||||
по месяцам |
минимальная |
максимальная |
средняя за год |
||||||||||||
I |
II |
Ш |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
||||
Норильск |
|||||||||||||||
0,5 |
-17,2 |
- 16,1 |
-21,9 |
-18,1 |
-6,5 |
-1,7 |
-0,7 |
7,7 |
5,3 |
2,8 |
-0,7 |
-13,1 |
-21,9 |
-7,7 |
-6,6 |
1 |
-14,2 |
- 13,6 |
-19,1 |
- 15,7 |
-8,1 |
-6,3 |
-5,2 |
0 |
0,6 |
0,5 |
-0,2 |
-16,7 |
-19,1 |
-0,6 |
-8 |
2 |
-8.9 |
- 11 |
-14,1 |
-13,2 |
-10,3 |
-8,9 |
-5,3 |
-2,9 |
-1,5 |
-1 |
-1,3 |
-2,6 |
-14,1 |
-1 |
-6,6 |
3 |
-5,9 |
-8,4 |
-10,8 |
- 11,7 |
-10,3 |
-8,3 |
-6,2 |
-4,3 |
-2,9 |
-2,1 |
-2,2 |
-2,2 |
-11,7 |
-2,1 |
-6,3 |
4 |
-4 |
-6,3 |
-8,4 |
-9,9 |
-9,4 |
-8,8 |
-6,3 |
-5,4 |
-3,8 |
-3 |
-3 |
-2,5 |
-9,9 |
-2,5 |
-5,9 |
5 |
-3,5 |
-4,8 |
-6,3 |
-7,5 |
-7,2 |
-8,1 |
-7 |
-5,7 |
-4,1 |
-4,2 |
-3 |
-8,1 |
-8,1 |
-3 |
-5,4 |
6 |
-3,3 |
-4 |
-5,1 |
-6,5 |
-6,8 |
-7,1 |
-6,8 |
-5,9 |
-4,8 |
-4,6 |
-4 |
-3,6 |
-7,1 |
-3,3 |
-5,2 |
7 |
-3,1 |
-3,6 |
-4,3 |
-5,1 |
-5,7 |
-6,2 |
-6,3 |
-5,9 |
-5,3 |
-4,9 |
-4,4 |
-4 |
-6,3 |
-3,1 |
-4,9 |
8 |
-3,2 |
-3,6 |
-3,9 |
-4,5 |
-5 |
-5,3 |
-5,7 |
-5,6 |
-5,2 |
-5 |
-4,7 |
-4,3 |
-5,7 |
-3,2 |
-4,7 |
9 |
-3,4 |
-3,6 |
-3,7 |
-4,1 |
-4,7 |
-4,9 |
-5,3 |
-5,2 |
-5,1 |
-4,9 |
-4,7 |
-4,4 |
-5,3 |
-3,4 |
-4,5 |
10 |
-3,7 |
-3,5 |
-3,8 |
-3,6 |
-4,2 |
-4,4 |
-4,7 |
-4,7 |
-4,8 |
-4,7 |
-4,7 |
-4,2 |
-4,8 |
-3,5 |
-4,3 |
11 |
-3,5 |
-3,5 |
-3,5 |
-3,8 |
-3,9 |
-4 |
-4,5 |
-4,4 |
-4,6 |
-4,6 |
-4,6 |
-4,4 |
-4,6 |
-3,5 |
-4,1 |
12 |
-3,7 |
-3,7 |
-3,6 |
-3,8 |
-3,7 |
-3,9 |
-4,2 |
-4,1 |
-4,7 |
-4,2 |
-4,5 |
-4,2 |
-4,7 |
-3,5 |
-4 |
13 |
-3,6 |
-3,6 |
-3,5 |
-3,6 |
-3,7 |
-3,8 |
-4 |
-4,3 |
-41 |
-4,4 |
-4,4 |
-4,2 |
-4,4 |
-3,5 |
-3,9 |
14 |
-3,5 |
-3,5 |
-3,6 |
-3,7 |
-3,6 |
-3,8 |
-3,7 |
-3,9 |
-4,1 |
-4,1 |
-4 |
-4,1 |
-4,1 |
-3,5 |
-3,8 |
Якутск |
|||||||||||||||
0 |
-31,2 |
-23,5 |
-20,1 |
-6,5 |
9,6 |
4,7 |
13,2 |
12,2 |
2,2 |
-6,2 |
-15,3 |
-21,3 |
13,2 |
-31,2 |
-10,2 |
1 |
-15,4 |
-16,4 |
-13,1 |
-9,8 |
-5,2 |
-0,9 |
8,9 |
4,7 |
3,5 |
-0,1 |
-2,2 |
-11,1 |
4,7 |
-16,4 |
-4,7 |
2 |
-4,2 |
-8,8 |
-8,2 |
-8,4 |
-5,8 |
-4,1 |
6,7 |
2,8 |
-0,3 |
-0,3 |
-0,3 |
-0,4 |
6,7 |
-8,8 |
-2,8 |
3 |
-1,1 |
-5,2 |
-5,7 |
-6,4 |
-5,7 |
-5,4 |
-1,3 |
-0,9 |
-0,6 |
-0,6 |
-0,8 |
-0,8 |
-0,5 |
-6,4 |
-2,7 |
4 |
-2 |
-3,2 |
-4 |
-4,8 |
-5,3 |
-4,9 |
-3 |
-1,6 |
-1,1 |
-1,2 |
-1,3 |
-1,4 |
-1,1 |
-4,9 |
-2,8 |
5 |
-1,8 |
-2,8 |
-3,3 |
-3,9 |
-4,9 |
-4,3 |
-3,5 |
-2,3 |
-1,7 |
-1,6 |
-1,6 |
-1,5 |
-1,5 |
-4,9 |
-2,8 |
6 |
-1,7 |
-2,1 |
-2,9 |
-3,7 |
-4,6 |
-4,5 |
-3,9 |
-2,8 |
-2,1 |
-1,9 |
-1,9 |
-1,8 |
-1,7 |
-4,6 |
-2,8 |
8 |
-2,2 |
-2,4 |
-2,7 |
-3,5 |
-3,8 |
-3,7 |
-3,6 |
-3,3 |
-2,6 |
-2,4 |
-2,3 |
-2,2 |
-2,2 |
-3,8 |
-2,9 |
10 |
-2,5 |
-2,6 |
-2,6 |
-2,7 |
-3,1 |
-3,5 |
-3,7 |
-3,5 |
-3,1 |
-2,8 |
-2,7 |
-2,6 |
-2,6 |
-3,7 |
-2,9 |
Вилюйск |
|||||||||||||||
0,4 |
-11,4 |
-11,6 |
-11 |
-8,3 |
-1,1 |
2,5 |
5,6 |
6,6 |
3,6 |
-0,3 |
-4,6 |
-8 |
-11,6 |
6,6 |
-3,2 |
0,6 |
-9,6 |
-10,4 |
-9,4 |
-8,2 |
-2,1 |
0,4 |
3,4 |
4,9 |
2,9 |
0,2 |
-2,5 |
-6,3 |
-10,4 |
4,9 |
-3,1 |
0,8 |
-7,7 |
-8,5 |
-8,9 |
-8,1 |
-2,7 |
-0,3 |
0,8 |
3 |
2,1 |
0,1 |
-0,9 |
-4 |
-8,9 |
3 |
-3 |
1,2 |
-4,9 |
-6,8 |
-7,5 |
-7,3 |
-4 |
-2,2 |
-1 |
-0,1 |
0,2 |
-0,1 |
-0,3 |
-2,1 |
-7,5 |
0,2 |
-3 |
1,6 |
-4,3 |
-6,3 |
-7 |
-7 |
-4,7 |
-2,8 |
-1,8 |
-0,9 |
-0,6 |
-0,5 |
-0,5 |
-1,4 |
-7 |
-0,5 |
-3,1 |
2,4 |
-2,1 |
-3,6 |
-4,3 |
-5,4 |
-4,3 |
-3 |
-2,3 |
-1,7 |
-1,3 |
-1,1 |
-0,9 |
-1,1 |
-4,8 |
-0,9 |
-2,6 |
3,2 |
-1,8 |
-3 |
-3,8 |
-4,6 |
-3,9 |
-3,2 |
-2,6 |
-2,1 |
-1,6 |
-1,3 |
-1,2 |
-1,1 |
-4,6 |
-1,1 |
-2,5 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ПРИМЕР ПОДБОРА СОСТАВА РАСТВОРА ОМОНОЛИЧИВАНИЯ
БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ (СТОЛБОВ)
Подбор состава раствора для омоноличивания свай (столбов) производят в следующем порядке.
Находят требуемую для достижения проектной прочности раствора величину водоцементного отношения по формуле
где Rц - активность или марка цемента;
R28 - проектная (марочная) прочность раствора.
Задают отношение Ц:П - 1:п, где п - соотношение между песком и цементом в пределах от 1:2 до 1:3.
Согласно ожидаемым температурным режимам твердеющего в скважине раствора назначают количество противоморозных добавок, а из условия придания растворной смеси требуемой пластичности и требуемого времени сохранения укладываемости назначают количество пластифицирующих добавок, вводимых в растворную смесь.
Делают пробный замес, для которого определяют подвижность, связность и время потери пластичности. При необходимости корректируют состав раствора.
При использовании остающегося на дне скважины бурового шлама подбор состава раствора омоноличивания свай (столбов) производят в следующем порядке:
а) определяют влажность шлама по следующей методике: литровую пробу шлама помещают на оттарированный по массе металлический противень; взвешивают противень с пробой, а затем на электропечи или несильном огне испаряют содержащуюся в шламе воду, после чего вновь взвешивают противень с пробой;
б) определяют объемную влажность шлама W0 по формуле
W0 = P1 – P2 (40)
где P1, Р2 - масса противня с пробой шлама соответственно до и после выпаривания, кг;
в) определяют плотность сухой составляющей шлама rcш, кг/л, по формуле
(41)
где Рт - масса тарированного противня, кг;
г) по формуле (39) определяют требуемую для достижения проектной прочности раствора величину водоцементного отношения;
д) определяют объем растворной смеси V, м3, которую необходимо приготовить на дне скважины для омоноличивания столба на проектную высоту Номон по формуле
V = (Номон – hнед)(Sскв – Sсв) + hнед Sскв, (42)
где Sскв - площадь скважины, м2;
Sсв - площадь сваи (столба), м2;
hнед - величина недохода сваи (столба) до дна скважины, м;
е) задают отношение Ц:П = 1:n в пределах от 1:2 до 1:3;
ж) определяют расход цемента, Ц, кг, который необходимо подать на дно скважины, по формуле
(43)
где rп, rц - плотность соответственно песка и цемента, кг/м3;
з) определяют массу воды В, л, которую требуется залить в скважину, по формуле
В = Ц(В/Ц) - Вш, (44)
где Вш - количество воды в слое шлама, остающееся на дне скважины, определяемое по формуле
Вш = SсквhшW0, (45)
где hш - высота слоя шлама, остающегося на дне скважины, м;
и) определяют количество песка Пс, кг, необходимого подать на дно скважины, по формуле
(46)
где rсш - плотность сухого шлама, кг/м3;
Пш - масса твердых фракций, содержащихся в шламе, определяется по формуле
Пш = Sсквhш(1 - W0)rсш. (47)
Аналогично подбору состава раствора омоноличивания свай (столбов), в который шлам не входит, назначают дозировку противоморозных и пластифицирующих добавок.
На основании приведенного выше расчета состава растворной смеси делается пробный замес (с использованием шлама, взятого со дна скважины), для которого прибором СтройЦНИЛ определяют пластичность и визуально связность. Если осадка конуса меньше требуемой величины, в раствор добавляют количество воды и цемента (при сохранении найденного водоцементного отношения) или увеличивают количество пластифицирующей добавки. Если растворная смесь недостаточно связна, в нее добавляют песок.
Корректировку состава раствора осуществляют до тех пор, пока его пластичность и связность не будет удовлетворять предъявляемым к ним требованиям.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНЫХ
РАСТВОРОВ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК
Хлорид кальция CaCl2 ХК изготовляется на предприятиях химической промышленности в виде обезвоженного СаС12 плавленого СаС12×2Н20, чешуированного и жидкого (содержание сухого вещества около 31%) продукта и должен соответствовать требованиям ГОСТ 450-77. Обезвоженный хлорид кальция поставляется в металлических барабанах или многооборотной таре с герметичной крышкой, плавленый в металлических барабанах, чешуированный - в полиэтиленовых мешках, жидкий - в бочках- или железнодорожных цистернах. Твердые продукты могут поставляться также в бумажных мешках. Добавку в виде твердого продукта рекомендуется хранить в условиях, исключающих ее увлажнение, а в виде жидкости - в емкости, защищенной от попадания осадков, не допуская замерзания раствора. Стоимость хлорида кальция 26-76 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Нитрат кальция Ca(NO3)2 НК изготовляется в виде продуктов, состоящих из бесцветных, растворимых в воде кристаллов состава Ca(NO3)2-4Н2O, расплывающихся на воздухе, и различных примесей. Продукты должны удовлетворять требованиям ГОСТ 4142-77 или МРТУ 6-03-195-67 Минхимпрома СССР. Добавка поставляется в расфасованном виде, хранится в сухом, закрытом складе. Стоимость добавки 60-70 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Нитрит-нитрат кальция ННК представляет собой смесь нитрита Ca(NO3)2 и нитрата Ca(NO3)2 кальция, получаемую путем обработки отходящих окислов азота при производстве азотной кислоты гидроокисью кальция, и должен соответствовать требованиям ТУ 603-7-04-74 Минхимпрома СССР. ННК изготовляется в виде пластообразного или жидкого продукта и поставляется в металлических или деревянных бочках, а также в железнодорожных цистернах. Храниться может в металлических емкостях из нелегированной стали без специальных мер защиты, а также в деревянных или бетонных емкостях. Стоимость добавки 60-70 руб. за 1 т в растете на сухое вещество.
Нитрит-нитрат-хлорид кальция ННХК - продукт, получаемый смешением нитрит-нитрата кальция (ННК) с хлоридом кальция, должен соответствовать требованиям ТУ 6-18-167-73 Минхимпрома СССР. Изготовляется ННХК в виде пастообразного или жидкого продукта и поставляется в металлических или деревянных бочках, а также в железнодорожный цистернах. Храниться может в металлических емкостях ив нелегированной стали без специальных мер защиты, а также в деревянных или бетонных емкостях. Стоимость добавки 60-65 руб. на 1 т в расчете на сухое вещество.
Мочевина техническая СО(NН2)2 М изготовляется на предприятиях химической промышленности в виде кристаллического порошка белого цвета и должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2081-75*. Продукт поставляется в бумажных мешках, в мешках из полиэтиленовой пленки, в крытых вагонах, в контейнерах и в закрытых палубных судах. Добавка должна храниться в условиях, исключающих ее увлажнение.
Нитрат кальция с мочевиной НКМ - комплексное соединение нитрата кальция с мочевиной в молекулярном соотношении 1:4, соответствующем соотношению между ними 1:1,5 по массе. Выпускается Приднепровским химзаводом г. Днепродзержинск) в виде чешуированного продукта белого цвета, и должен соответствовать требованиям ТУ 6-03-266-73 Минхимпрома СССР. Добавка поставляется в бумажных и полиэтиленовых мешках, храниться должна и условиях, исключающих ее увлажнение. Стоимость НКМ 80 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Нитрит натрия NaNО2 НН - кристаллы белого цвета с желтоватым оттенком. Изготовляется в виде твердого или жидкого (содержание NaNО2 около 28%) продукта, который должен удовлетворять требованиям ГОСТ 19906-74* или ТУ 03-361-74. Минхимпрома СССР. Добавка доставляется в деревянных бочках или ящиках, фанерных барабанах или бумажных мешках, а также в железнодорожных цистернах. Твердый продукт следует хранить в условиях, исключающих его увлажнение, а жидкий - в металлических емкостях, защищенных от попадания осадков, при температуре раствора не ниже точки его замерзания. Стоимость добавки 100-150 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Нитрат натрия NaNO3 Н1Н - кристаллы белого цвета, является окислителем, способствует самовозгоранию горючих материалов. Нитрат натрия должен соответствовать требованиям ГОСТ 828-77Е. Добавка поставляется в бумажных мешках. Условия хранения должны исключать возможность увлажнения.
Добавка НКС - представляет собой смесь минеральных солен 52% NaCl, 37% Na2CO3, 8,7% Na2SO4, 21,3% Na3PO4. Поставляется в сухом виде в бумажных мешках по 50 к. Условия хранения должны исключать возможность увлажнения.
Сульфитно-дрожжевая бражка СДБ - кальциевые, натриевые, аммониевые соли или смесь кальциево-натриевых аммониевых солей лигносульфоновых кислот с применением редуцирующих веществ. Продукт поставляется в виде концентратов бражки жидких (КБЖ) и твердых (КБТ) с содержанием сухих веществ соответственно не менее 50 и 76%. Концентраты должны соответствовать требованиям ОСТ 81-79-74 Министерства целлюлозобумажной промышленности СССР, КБЖ поставляется в железнодорожных цистернах и должна храниться в условиях, исключающих ее увлажнение. КБТ поставляется в бумажных мешках, которые следует хранить в закрытых проветриваемых помещениях, располагая мешки в один ряд по вертикали, завязкой вверх. Стоимость добавки 45-65 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Водорастворимый полимер ВРП-1 является натриевой солью сополимера салициловой кислоты с формальдегидом. Добавка ВРП-1 представляет собой густую жидкость светло-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде. ВРП-1 является ингибитором, не токсична. Поставляется в металлических бочках емкостью 200 л, хранение допускается в неотапливаемых помещениях.
Водорастворимая полиамидная смола № 89 синтезируется на основе этилхлогидрина и метафинилдиамина в виде раствора 30- 45%-ной концентрации. Устойчивость раствора к разведению водой 1:10.
Суперпластификатор С-3 - продукт органического синтеза, изготовляемый в виде сухого порошка и водных растворов с содержанием сухих веществ 30-40%. Хранение в закрытых емкостях, исключающих понижение температуры ниже +5°C. В случае выпадения осадка при охлаждении добавки или ее замораживании следует после оттаивания раствор тщательно перемешать. Замораживание и последующее оттаивание раствора добавки не отражается на ее эффективности. Изготовляется новомосковским заводом «Оргсинтез» и поставляется в железнодорожных цистернах и металлических бочках. Стоимостью добавки 280 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Смола нейтрализованная воздухововлекающая СНВ - абиетиновая смола, омыленная каустической содой, должна соответствовать требованиям ТУ 81-05-75-69 Министерства целлюлозно-бумажной промышленности СССР. Изготовляется Тихвинским лесохимическим заводом в виде твердого продукта и поставляется в деревянных бочках. Хранение в сухих условиях, исключающих увлажнение. Стоимость добавки 1600 руб. за 1 т в расчете на сухое вещество.
Синтетическая поверхностно-активная добавка СПД - водный раствор смеси натриевых солей высших жирных и алкилнафтеновых кислот, водорастворимых кислот и омыленных веществ с содержанием сухих веществ не менее 40%. СПД должна соответствовать требованиям ТУ 38-101253-73 Министерства нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР. Добавка изготовляется Ангарским нефтеперерабатывающим заводом, поставляется в железнодорожных цистернах и должна храниться в емкостях, защищенных от попадания осадков при температуре не ниже точки замерзания продукта - 15°С. Стоимости добавки 220 руб., за 1 т в расчете на сухое вещество.
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 - полимер этилгидросилоксана, образующийся при гидролизе этилдихлорсилана, бесцветного или слабо-желтого цвета с содержанием активного водорода 1,3-1,42% - должна соответствовать требованиям ГОСТ 10834-76. Изготовляется на предприятиях химической промышленности и поставляется в виде 100%-ной жидкости или в виде 50%-ной водной эмульсии, не смешивающейся с водой, в герметизированной стеклянной или из белой жести таре емкостью 5-20 л, в которой ее следует хранить при температуре от 0 до 20°С. Стоимость добавки 4800 руб. за 1 т.
Содержание добавок в растворах, их плотность, температура замерзания приведены в табл. 37-48.
Таблица 37
Содержание нитрита натрия (НН) в растворах, их плотность и температура замерзания
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Температурный коэффициент плотности раствора |
Содержание безводного NaNO2, кг |
Температура замерзания раствора, °С |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||||
2 |
1,011 |
0,00023 |
0,02 |
0,02 |
-0,8 |
4 |
1,024 |
0,00027 |
0,041 |
0,04 |
-1,8 |
6 |
1,038 |
0,0003 |
0,062 |
0,06 |
-2,8 |
8 |
1,052 |
0,00033 |
0,084 |
0,08 |
-3,9 |
10 |
1,065 |
0,00036 |
0,106 |
0,1 |
-4,7 |
12 |
1,078 |
0,00039 |
0,129 |
0,12 |
-5,8 |
14 |
1,092 |
0,00042 |
0,153 |
0,14 |
-6,9 |
15 |
1,099 |
0,00043 |
0,164 |
0,15 |
-7,5 |
16 |
1,107 |
0,00044 |
0,177 |
0,16 |
-8,1 |
17 |
1,117 |
0,00045 |
0,189 |
0,17 |
-8,7 |
18 |
1,122 |
0,00047 |
0,202 |
018 |
-9,2 |
19 |
1,129 |
0,00049 |
0,214 |
0,19 |
-10 |
20 |
1,137 |
0,00051 |
0,227 |
0,2 |
-10,8 |
Таблица 38
Содержание хлорида кальция (ХК) в растворах, их плотность и температура замерзания
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Температурный коэффициент плотности раствора |
Содержание безводного CaCl2, кг |
Температура замерзания раствора, °С |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||||
2 |
1,015 |
0,00023 |
0,02 |
0,02 |
- 1 |
4 |
1,032 |
0,00025 |
0,041 |
0,04 |
-2 |
6 |
1,049 |
0,00027 |
0,063 |
0,06 |
-3,1 |
8 |
1,066 |
0,00029 |
0,085 |
0,08 |
-4,2 |
10 |
1,084 |
0,00031 |
0,108 |
0,1 |
-5,7 |
12 |
1,102 |
0,00033 |
0,132 |
0,12 |
-7,5 |
14 |
1,12 |
0,00035 |
0,157 |
0,14 |
-9,5 |
Таблица 39
Содержание нитрата кальция (НК) в растворах, их плотность и температура замерзания
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Температурный коэффициент плотности раствора |
Содержание безводного НК. кг |
Температура замерзания, раствора, °С |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||||
2 |
1,014 |
0,00022 |
0,02 |
0,02 |
-0,6 |
4 |
1,029 |
0,00024 |
0,041 |
0,04 |
-1,1 |
6 |
1,045 |
0,00026 |
0,063 |
0,06 |
-1,7 |
8 |
1,055 |
0,00028 |
0,084 |
0,08 |
-2,3 |
10 |
1,077 |
0,0003 |
0,103 |
0,1 |
-3 |
12 |
1,103 |
0,00032 |
0,147 |
0,12 |
-3,8 |
14 |
1,116 |
0,00034 |
0,169 |
0,14 |
-4,6 |
16 |
1,129 |
0,00036 |
0,191 |
0,16 |
-5,5 |
17 |
1,136 |
0,00037 |
0,203 |
0,17 |
-6 |
18 |
1,143 |
0,00038 |
0,213 |
0,18 |
-6,5 |
19 |
1,148 |
0,00039 |
0,223 |
0,19 |
-7 |
20 |
1,154 |
0,0004 |
0,233 |
0,2 |
-7,6 |
21 |
1,165 |
0,00041 |
0,246 |
0,21 |
-8,2 |
22 |
1,175 |
0,00042 |
0,258 |
0,22 |
-8,8 |
23 |
1,187 |
0,00043 |
0,274 |
0,23 |
-9,5 |
24 |
1,199 |
0,00044 |
0,288 |
0,24 |
-10,3 |
Таблица 40
Содержание нитрит-нитрат-хлорида кальция (ННХК) в растворах, их плотность и температура замерзания
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Температурный коэффициент плотности раствора |
Содержание безводного ННХК, кг |
Температура замерзания, раствора, °С |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||||
2 4 6 8 10 12 14 |
1,018 1,035 1,052 1,07 1,087 1,105 1,122 |
0,00023 0,00025 0,00027 0,00029 0,00031 0,00033 0,00035 |
0,024 0,041 0,063 0,087 0,108 0,133 0,157 |
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 |
-1,2 -2,2 -3,5 -4,9 -6,5 -8,6 -10,9 |
Таблица 41
Содержание нитрата кальция с мочевиной (НКМ) в раствор, их плотность и температура замерзания
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Температурный коэффициент плотности раствора |
Содержание безводного НКМ, кг |
Температура замерзания, раствора, °С |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||||
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 |
1,012 1,018 1,025 1,037 1,049 1,06 1,072 1,083 1,093 1,107 1,117 1,13 1,145 1,153 1,165 1,185 1,205 |
0,00022 0,00023 0,00025 0,00027 0,00028 0,0003 0,00031 0,00033 0,00035 0,00036 0,00038 0,00039 0,00041 0,00042 0,00044 0,00046 0,00047 |
0,02 0,04 0,061 0,083 0,105 0,127 0,15 0,174 0,197 0,221 0,246 0,271 0,296 0,313 0,35 0,379 0,41 |
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 |
-0,6 -1,2 -1,8 -8,5 -2,5 -3 -3,7 -4,3 -4,9 -5,5 -6,1 -6,7 -7,3 -7,9 -9,1 -9,9 -10,6 |
Таблица 42
Содержание СДБ в растворах и их плотность
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание безводного СДБ, кг |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||
1 |
1,004 |
0,01 |
0,01 |
2 |
1,009 |
0,02 |
0,02 |
3 |
1,013 |
0,031 |
0,03 |
4 |
1,017 |
0,041 |
0,0,4 |
5 |
1,021 |
0,051 |
0,05 |
6 |
1,025 |
0,061 |
0,06 |
7 |
1,029 |
0,072 |
0,07 |
8 |
1,033 |
0,083 |
0,08 |
9 |
1,038 |
0,093 |
0,09 |
10 |
1,043 |
0,104 |
0,1 |
12 |
1,053 |
0,126 |
0,12 |
14 |
1,063 |
0,149 |
0,14 |
16 |
1,073 |
0,171 |
0,16 |
18 |
1,083 |
0,195 |
0,18 |
20 |
1,091 |
0,218 |
0,2 |
25 |
1,117 |
0,279 |
0,25 |
30 |
1,144 |
0,343 |
0,3 |
35 |
1,173 |
0,412 |
0,35 |
40 |
1,202 |
0,48 |
0,4 |
50 |
1,266 |
0,633 |
0,5 |
Таблица 43
Содержание СНВ в растворах и их плотность
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание безводного СНВ, кг |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||
1 |
1,003 |
0,01 |
0,01 |
2 |
1,005 |
0,02 |
0,02 |
3 |
1,009 |
0,031 |
0,03 |
4 |
1,012 |
0,041 |
0,04 |
5 |
1,015 |
0,051 |
0,05 |
6 |
1,018 |
0,061 |
0,06 |
7 |
1,021 |
0,072 |
0,07 |
8 |
1,024 |
0,082 |
0,08 |
9 |
1,027 |
0,093 |
0,09 |
10 |
1,03 |
0,103 |
0,1 |
12 |
1,036 |
0,124 |
0,12 |
14 |
1,042 |
0,146 |
0,14 |
16 |
1,048 |
0,168 |
0,16 |
18 |
1,054 |
0,19 |
0,18 |
20 |
1,06 |
0.212 |
0,2 |
25 |
1,075 |
0,269 |
0,25 |
30 |
1,089 |
0,327 |
0,3 |
35 |
1,105 |
0,386 |
0,35 |
40 |
1,12 |
0,448 |
0,4 |
45 |
1,135 |
0,511 |
0,45 |
Таблица 44
Содержание СПД в растворах и их плотность
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание безводного СПД, кг |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||
1 |
0,997 |
0,01 |
0,01 |
2 |
1 |
0,02 |
0,02 |
3 |
1,003 |
0,03 |
0,03 |
4 |
1,006 |
0,04 |
0,04 |
5 |
1,009 |
0,051 |
0,05 |
6 |
1,012 |
0,061 |
0,06 |
7 |
1,014 |
0,071 |
0,07 |
8 |
1,016 |
0,081 |
0,08 |
9 |
1,019 |
0,092 |
0,09 |
10 |
1,021 |
0,102 |
0,1 |
12 |
1,026 |
0,123 |
0,12 |
14 |
1,03 |
0,144 |
0,14 |
16 |
1,034 |
0,165 |
0,16 |
18 |
1,038 |
0,188 |
0,18 |
20 |
1,042 |
0,209 |
0,2 |
25 |
1,052 |
0,263 |
0,25 |
30 |
1,061 |
0,318 |
0,3 |
35 |
1,071 |
0,375 |
0,35 |
40 |
1,08 |
0,432 |
0,4 |
45 |
1,09 |
0,491 |
0,45 |
Таблица 45
Содержание нитрата натрия (NaNO3) в растворах, их плотность и температура замерзания
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание безводного NaNO3, кг |
Примерная температура замерзания раствора, °С |
||
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
в 1 л воды |
||
1,005 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
-0,3 |
1,012 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
-0,8 |
1,025 |
0,041 |
0,04 |
0,042 |
-1,8 |
1,03 |
0,062 |
0,06 |
0,064 |
-2,2 |
1,053 |
0,084 |
0,084 |
0,087 |
-3,8 |
1,067 |
0,107 |
0,1 |
0,111 |
-4,7 |
1,082 |
0,13 |
0,12 |
0,15 |
-6,2 |
1,097 |
0,154 |
0,14 |
0,176 |
-7,5 |
1,112 |
0,178 |
0,16 |
0,205 |
-8,8 |
1,127 |
0,203 |
0,18 |
0,235 |
-10 |
Таблица 46
Содержание смолы № 89 в растворах и их плотность
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание смолы № 89, кг |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||
1 |
1,001 |
0,01 |
0,01 |
2 |
1,004 |
0,02 |
0,02 |
3 |
1,008 |
0,03 |
0,03 |
4 |
1,011 |
0,04 |
0,04 |
5 |
1,014 |
0,051 |
0,05 |
6 |
1,017 |
0,061 |
0,06 |
7 |
1,02 |
0,071 |
0,07 |
8 |
1,023 |
0,081 |
0,08 |
9 |
1,026 |
0,092 |
0,09 |
10 |
1,029 |
0,103 |
0,1 |
15 |
1,045 |
0,157 |
0,15 |
20 |
1,06 |
0,212 |
0,2 |
25 |
1,076 |
0,269 |
0,25 |
30 |
1,091 |
0,327 |
0,3 |
Таблица 47
Содержание ВРП-1 в растворах и их плотность
Содержание сухого вещества Д, % к массе раствора |
Плотность У, г/см3 |
3 |
1,01 |
4,97 |
1,02 |
7,44 |
1,03 |
10,2 |
1,04 |
12,62 |
1,05 |
20 |
1,087 |
30 |
1,136 |
40 |
1,196 |
50 |
1,24 |
60 |
1,297 |
Примечание. Содержание сухого вещества в 1 л раствора определяется как произведение ДУ.
Таблица 48
Содержание С-3 в растворах и их плотность
Концентрация раствора, % |
Плотность раствора при 20°С, г/см3 |
Содержание С-3, кг |
|
в 1 л раствора |
в 1 кг раствора |
||
1 |
1,004 |
0,01 |
0,01 |
2 |
1,008 |
0,02 |
0,02 |
3 |
1,012 |
0,03 |
0,03 |
4 |
1,016 |
0,041 |
0,04 |
5 |
1,02 |
0,051 |
0,05 |
6 |
1,024 |
0,061 |
0,06 |
7 |
1,028 |
0,072 |
0,07 |
8 |
1,032 |
0,083 |
0,08 |
9 |
1,036 |
0,093 |
0,09 |
10 |
1,04 |
0,104 |
0,1 |
15 |
1,065 |
0,16 |
0,15 |
20 |
1,09 |
0,218 |
0,2 |
25 |
1,115 |
0,279 |
0,25 |
30 |
1,443 |
0,343 |
0,3 |
35 |
1,175 |
0,411 |
0,35 |
40 |
1,207 |
0,482 |
0,4 |
45 |
1,243 |
0,56 |
0,45 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ЭВМ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА
СООРУЖЕНИИ, ВОЗВОДИМЫХ В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ ИЗ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА
Температурный режим конструкции
Температурный режим - это изменение во времени температурных полей под влиянием условий теплообмена на границах и внутри рассматриваемой области. Температурное поле - распределение температур в теле и основании конструкции в определенный момент времени.
Применительно к группе решаемых задач знание температурного режима необходимо, в основном, с двух точек зрения:
1) при возведении фундаментов из монолитного бетона в грунт вносится, а далее при твердении бетона за счет экзотермии цемента выделяется дополнительно большое количество тепла, которое может привести к большим протаиваниям мерзлых грунтов, часто теряющим несущую способность, что может привести к недопустимым осадкам сооружения;
2) с другой стороны, мерзлый грунт может внести такое количество холода в твердеющий бетон, которое приведет к ело замораживанию, поэтому основная задача проведения расчетов температурного режима - это выявить, при каких размерах конструкции или технологии ее возведения будет обеспечено нормальное твердение бетона и не произойдет недопустимое протаивание грунтов.
Температурный режим расчетной области определяется начальными и граничными условиями и теплофизическими свойствами материала.
Постановка задачи (расчетная область, начальные и граничные условия, теплофизические свойства материала)
Под расчетной областью понимается зона, выделяемая из бесконечного пространства таким образом, чтобы соседние с ней области либо не оказывали на нее никакого теплового влияния, либо, если оказывали, то по известным закономерностям, которые можно задать в исходные данные. В первом случае расчетная область ограничивается так называемыми плоскостями абсолютной тепловой изоляции, а во втором назначаются граничные условия.
Граничные условия определяются двумя параметрами: изменением температуры или тепловых потоков во времени и условиями теплообмена на границе.
Начальные условия характеризуют распределение температур и фазовое состояние материала (талый или мерзлый) в расчетной области на момент начала расчета.
Теплофизические свойства материалов характеризуются тремя основными параметрами: теплоемкостью, коэффициентом теплопроводности и содержанием скрытых теплот при изменении фазового состояния в момент достижения материалом определенной температуры. Иногда для проведения расчета требуются дополнительные данные: область температуры, в которой происходит изменение фазового состояния материала, характер этого изменения и др.
В самом общем случае распределение температуры в пространстве трехмерное. Рассмотрим пример.
На рис. 34,а представлен бетонный массив с надземной и подземной частями, возведенный на площадке. В связи с симметричностью пространства относительно вертикальной плоскости RAP, происходящей через центр массива, можно считать, что температурный режим правой и левой частей одинаковый, поэтому для упрощения расчета левую часть отбрасываем и считаем плоскость RAP плоскостью абсолютной тепловой изоляции. Аналогично этому плоскость QAT также является плоскостью абсолютной тепловой изоляции, в связи с чем можно отбросить переднюю часть области. В оставшейся зоне PAT вертикальными плоскостями, проходящими через взаимно перпендикулярные прямые DS и ЕК, следует отсечь зоны, на которые тепловое влияние бетонного массива не сказывается. Прямые DS и ЕК следует назначать на удаление от опоры, равном 5-6 поперечным размерам массива. В результате получаем расчетную область, изображенную на рис. 34,б. Снизу расчетная область ограничивается плоскостью BCF, расположенной на такой глубине, где тепловое влияние сооружения не сказывается. Эту величину следует принимать примерно 20-30 м. Теплообмен происходит через поверхности BCF (на уровне этой поверхности принимается постоянная по времени температура, соответствующая температуре грунта на этой глубине в естественных условиях), AGH, GMN, HMN, KED (со стороны этих поверхностей в исходных данных задаются изменяющиеся во времени приведенные температуры наружного воздуха с учетом солнечной радиации и испарения, а также приведенные коэффициенты теплоотдачи с учетом, в необходимых случаях, дополнительных термических сопротивлений снежного или травяного покрова).
Рис. 34. Прямоугольный бетонный массив
а - общий вид; б - расчетная область сооружения
На рис. 35,а приведена бетонная стенка, возведенная на площадке. Плоскость FAC является плоскостью абсолютной тепловой изоляции. Плоскость, проходящая через прямую KR, ограничивает расчетную область справа. В связи с тем что вдоль продольной оси стенки температуру, можно считать постоянной, для анализа температурного режима расчетной области достаточно двухмерной области (рис. 35,б).
Рис. 35. Бетонная стенка
а - общий вид; б - расчетная область сооружения
Иногда трехмерное распределение температур можно рассчитать с помощью двухмерной схемы. Например, цилиндрический массив (рис. 36,а) с симметричным то радиусу распределением температуры можно рассчитать по схеме, изображенной на рис. 36,б. Для этого выделяется расчетная зона, в плане представляющая собой сектор. Радиус R определяет зону влияния бетонного массива. Боковые поверхности сектора представляют собой поверхности абсолютной тепловой изоляции.
Часто для исследования достаточно рассмотреть одномерную схему распространения тепловых потоков.
Рис. 36. Цилиндрический бетонный массив
а - общий вид; б - расчетная область сооружения
Например, при расчете изменения температурного режима грунта при изменении на поверхности условий (причем имеется в виду, что температура может измениться только по глубине) выделяется «столб» грунта поперечным сечением 1 м2 и высотой от поверхности грунта до глубины нулевых амплитуд.
В случае когда граничные условия по боковой поверхности цилиндра однородны, а его длина (см. рис. 36,а) достаточно большая (больше 2-3 диаметров), температурный режим центральной по длине части цилиндра можно изучать также с помощью радиальной одномерной схемы, т.е. в плане она будет иметь вид, изображенный на рис. 36,б, а по высоте иметь только один слой.
Основы методики расчета
В основу расчета принят метод элементарных балансов (одна из разновидностей метода конечных разностей, явная схема). По этому методу область исследования разбивается на ряд блоков. Время также делится на элементарные отрезки. С помощью заданной последовательности действий (алгоритма) производится расчет изменения температур в блоках расчетной области за каждый последовательный отрезок времени при известных начальных условиях (т.е. на момент начала каждого отрезка времени), граничных условиях и теплофизических характеристиках материала, средних за рассматриваемый отрезок времени. Таким образом, расчет сводится к математическому моделированию процесса теплопередачи, во времени, по своей длительности пропорциональному длительности процесса в натуре. В заданные моменты времени производится выдача на печать распределения температур и фазового состояния материала.
Алгоритмы дают широкие возможности для расчета температурного режима различных сложных конфигураций расчетной области. Расчетная область разбивается системой взаимно перпендикулярных плоскостей на блоки-параллелепипеды (для решения трехмерных задач). На рис. 37,а приведен пример разбивки расчетной области, изображенной на рис. 34,б. Все блоки нумеруются в произвольном порядке цифрами от 9 до «k»,) где k - число блоков расчетной области, задаваемое в исходных данных. Первыми восемью цифрами нумеруются условные блоки, соответствующие граничным условиям. В исходных данных задается описание взаимосвязи блоков. Таким образом может быть описана различная сложная конфигурация расчетной области. Разбивка одномерной к двухмерной расчетных областей представляет собой частный случай разбивки, приведенной на рис. 37,а.
Рис. 37. Система разбивки на блоки расчетной области
а - для трехмерной схемы; б - для двухмерной схемы с радиальной
разбивкой
На рис. 37,б приведен пример разбивки расчетной области, изображенной на рис. 36,б.
Число и взаиморасположение блоков расчетной области определяются рядом правил, основное из которых следующее: в местах наиболее резкого изменения температур подробность разбивки должна быть наибольшая. Поскольку каждый блок предполагается состоящим из однородного материала, блоки должны располагаться в соответствии со слоями грунта. Алгоритмы предусматривают возможность использования «неправильной» разбивки. Например, блок «с» (см. рис. 37,а) можно соединить либо с блоком «а», либо с блоком «b», но при этом налагается дополнительное условие: температуры блоков «а» и «b» должны быть между собой в течение расчета практически одинаковыми. Этот прием позволяет значительно уменьшить число блоков расчетной области и облегчить решение многих задач, особенно на машинах малой и средней мощности.
Принято, что теплопроводность материала зависит от его температуры и содержания скрытых теплот. Она скачкообразно изменяется при 0°С (или другой заданной в исходных данных температуре) в момент, когда содержание открытых теплот в блоке в процессе счета увеличивается (оттаивание) или снижается (замерзание) относительно контрольной величины, равной 50% их полного объема. При температурах, отличных от 0°С, теплопроводность материала принимается постоянной соответственно для талого или мерзлого состояния.
Скрытые теплоты выделяются (поглощаются) при 0°С. Теплоемкость грунта принимается постоянной соответственно для талого или мерзлого состояния.
Экзотермия цемента учитывается с учетом протекания реакции гидратации в двух областях: в области закона действия масс (0¸20°С) и в области диффузионной кинетики (20¸100°С). В связи с этим определение приведенного времени в каждом конкретном случае производится по различным формулам. При этом учитываются вид, минералогический состав и марка цемента, расход цемента на 1 м3 бетона, фактическое тепловыделение цемента в возрасте 28 сут. Кривая тепловыделения цемента при твердении бетона в изотермических условиях (20°С) принимается по данным А.А. Гвоздева.
Пояснения по заданию исходных данных, характеризующих граничные условия и теплофизические свойства материалов и грунтов
Метеорологические данные для теплового расчета
В качестве исходной метеорологической информации могут быть использованы материалы наблюдений на метеостанциях опорной государственной сети, расположенных в районе строительства, а также обобщенные материалы гидрометеорологических и актинометрических наблюдений, публикуемые в справочных изданиях и монографиях. В данном разделе содержатся лишь общие указания о порядке обработки этой первичной информации для получения расчетных параметров, необходимых для выполнения расчетов.
Для расчетов температурного режима грунтов и конструкций по предлагаемым программам необходимы следующие метеорологические данные:
среднемесячные значения температур воздуха;
среднемесячные значения высоты и плотности снежного покрова;
среднемесячные суммы жидких осадков за теплый период года;
среднемесячные значения скорости ветра;
среднемесячные суммы радиационного баланса и его составляющих (суммарной радиации и эффективного излучения).
Эти параметры вводятся в расчетную схему в форме обобщенных комплексных величин, отражающих влияние отдельных групп метеорологических параметров (приведенные температуры воздуха, термическое сопротивление покровов, коэффициент теплообмена и т.п.).
Расчетная величина среднемесячной приведенной (т.е. учитывающей затраты тепла на испарение и радиационный теплообмен) температуры воздуха tnр, °С определяется по формуле
tnр = tср.м + DtR - DtE , (48)
где tср.м - среднемесячная температура воздуха, определяемая на метеостанциях, °С;
DtR - поправка к среднемесячной температуре воздуха за счет солнечной радиации, °С;
DtE - поправка к среднемесячной температуре воздуха за счет испарения, СС.
Поправка DtR, °С определяется из выражения
где a - коэффициент конвективного теплообмена на поверхности Вт/(м2×°С), определяемый в зависимости от величины средмесячной скорости ветра v, м/с;
r - среднемесячная величина радиационного баланса , горизонтальной поверхности, Вт/м2;
r = (qс.п k – 6,68);
k - эмпирический коэффициент, зависящий от отражательной способности поверхности (альбедо), определяемый по графику рис. 38;
Рис. 38. График для определения коэффициента k
qс.п - среднемесячная величина суммарной солнечной радиации, приходящей на горизонтальную площадку при общей облачности п баллов, Вт/м2.
Значения qс.п берутся по данным актинометрических наблюдений ближайших метеостанций или из справочников по климату. Величину qс.п, Вт/м2, можно определить также по формуле
qс.п = qс.о [1 - (a + 0,38 п )п], (50)
где qс.о - среднемесячная суммарная солнечная радиация, приходящаяся на горизонтальную площадку при безоблачном небе. Значения qс.о принимаются по табл. 49; п - среднемесячные значения общей облачности в долях единицы; a - эмпирический коэффициент, значения которого приводятся в табл. 50.
Таблица 49
Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация qc.o. при безоблачном небе, Вт/м2
Широта, град |
Месяцы |
|||||||||||
I |
II |
Ш |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
90 |
0 |
0 |
1,6 |
159 |
348 |
413 |
378 |
205 |
38,2 |
0 |
0 |
0 |
80 |
0 |
0 |
38,2 |
172 |
340 |
400 |
366 |
213 |
68,3 |
7,9 |
0 |
0 |
70 |
0 |
25 4 |
95,4 |
208 |
326 |
375 |
337 |
232 |
119 |
4,03 |
79,5 |
0 |
60 |
28,6 |
68,3 |
143 |
254 |
331 |
364 |
340 |
265 |
180 |
97 |
41,3 |
17,5 |
50 |
76,3 |
130 |
211 |
294 |
352 |
376 |
359 |
304 |
229 |
154 |
92 |
62 |
Таблица 50
Значения коэффициента a
Широта, град |
85 |
80 |
75 |
70 |
65 |
60 |
55 |
50 |
45 |
коэффициент a |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,18 |
0,25 |
0,36 |
0,41 |
0,40 |
0,38 |
Значения альбедо для различных типов поверхностных покровов приведены в табл. 51.
Таблица 51
Значение альбедо различных типов поверхностей
Тип поверхности |
Альбедо А, % |
Трава зеленая |
25-28 |
Трава сухая, выгоревшая на солнце |
19 |
Болото с кустарником (марь) |
20-25 |
Тундра |
15-20 |
Оголенная почва светлая |
25-30 |
То же, темная, сухая |
14 |
То же, влажная |
8 |
Глина синяя, сухая |
23 |
То же, влажная |
16 |
Песок желтый |
35 |
Песок серый |
18-23 |
Песок речной, сухой |
26-28 |
Песок светлый, тонкий |
37 |
Скошенная трава |
14 |
Вспаханная поверхность |
14-25 |
Гравийное покрытие |
8-12 |
Щебеночное покрытие |
14 |
Бетонная поверхность |
25-35 |
Снежный покров устойчивый |
80 |
То же, не устойчивый весной |
38 |
То же, не устойчивый осенью |
50 |
Почва после схода снежного покрова до начала вегетации растений и после окончания вегетации до установления снежного покрова |
15 |
Галька речная сухая |
29 |
Асфальт |
10-30 |
Дерево |
30-40 |
Для наклонных поверхностей среднемесячные суммы радиационного баланса rb, Вт/м2, следует вычислять по формуле
rb = [(mbIо + РbDo)k - 6,68], (51)
где mb - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние экспозиции и угла наклона поверхности к горизонту на поступление прямой солнечной радиации.
Для горизонтальной поверхности mb = 1. Для наклонных поверхностей крутизной 1:1,5; 1:2; 1:2,5; 1:3 и 1:4, ориентированных по странам света, значения mb в зависимости от географической широты и времени года приводятся в табл. 52. Значения mb для промежуточных величин крутизны и ориентации откосов следует определять интерполяцией;
Рb - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона поверхности к горизонту на поступление рассеянной солнечной радиации;
(52)
b - угол наклона поверхности к горизонту, град;
Iо - суммарная прямая радиация, приходящаяся на горизонтальную поверхность за месяц, Вт/м2;
Do - суммарная рассеянная радиация поступающая на горизонтальную поверхность за месяц, Вт/м2.
Таблица 52
Значение коэффициента mb для наклонных поверхностей южной, северной, восточной и западной экспозиции
Крутизна склона |
Широта, град. |
Месяцы |
||||||
VI |
VII и V |
VIII и IV |
IX и III |
X и II |
XI и I |
XII |
||
|
А. Южная экспозиция |
|||||||
1:1,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,94 0,98 1,03 |
1 1,05 1 |
1,21 1,27 1,34 |
1,49 1,68 1,95 |
1,83 2,45 4 |
2,16 4,1 - |
2,5 6,07 - |
1:2 |
40-50 51-60 61-70 |
0,98 1,01 1,04 |
1,02 1,06 1,13 |
1,11 1,2 1,35 |
1,32 1,51 1,85 |
1,63 2,05 3,31 |
3 3,08 - |
2,12 4,4 - |
1:2,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,99 1,03 1,05 |
1,03 1,07 1,13 |
1,1 1,18 1,31 |
1,28 1,48 1,75 |
1,53 1,87 3 |
1,8 2,55 - |
1,92 4,08 - |
1:3 |
40-50 51-60 61-70 |
1 1,02 1,05 |
1,04 1,08 1,12 |
1,08 1,16 1,28 |
1,25 1,4 1,62 |
1,46 1,75 2,76 |
1,7 2,28 - |
1,83 3,33 - |
1:4 |
40-50 51-60 61-70 |
1 1,03 1,05 |
1,04 1,06 1,1 |
1,08 1,14 1,22 |
1,22 1,33 1,5 |
1,4 1,58 2,1 |
1,52 1,96 - |
1,58 2,8 - |
|
Б. Северная экспозиция |
|||||||
1:1,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,78 0,68 0,63 |
0,73 0,57 0,48 |
0,56 0,35 0,18 |
0,3 - - |
- - - |
- - - |
- - - |
1:2 |
40-50 51-60 61-70 |
0,84 0,76 0,77 |
0,8 0,7 0,77 |
0,69 0,55 0,4 |
0,48 0,24 - |
0,15 - - |
- - - |
- - - |
1:2,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,87 0,82 0,84 |
0,84 0,79 0,84 |
0,76 0,65 0,52 |
0,57 0,39 0,13 |
0,29 - - |
- - - |
- - - |
1:3 |
40-50 51-60 61-70 |
0,9 0,85 0,87 |
0,87 0,81 0,8 |
0,8 0,71 0,61 |
0,63 0,46 0,29 |
0,44 0,23 - |
0,22 - - |
0,15 - - |
1:4 |
40-50 51-60 61-70 |
0,92 0,89 0,89 |
0,9 0,87 0,9 |
0,84 0,78 0,71 |
0,71 0,58 0,42 |
0,59 0,43 0,18 |
0,42 0,14 - |
0,33 0,09 - |
|
В. Восточная и западная экспозиции |
|||||||
1:1,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,86 0,87 0,89 |
0,86 0,87 0,89 |
0,87 0,9 0,92 |
0,89 0,92 1 |
0,92 0,96 1,12 |
0,96 1,04 1,18 |
0,99 1,08 1,26 |
1:2 |
40-50 51-60 61-70 |
0,92 0,92 0,92 |
0,92 0,92 0,92 |
0,93 0,93 0,96 |
0,94 0,95 1 |
0,95 0,98 1,11 |
0,97 1,04 1,22 |
0,97 1,05 1,33 |
1:2,5 |
40-50 51-60 61-70 |
0,95 0,95 0,95 |
0,95 0,95 0,95 |
0,96 0,96 0,97 |
0,97 0,97 1,07 |
0,96 0,99 1,1 |
0,97 1,04 1,19 |
0,99 1,07 1,28 |
1:3 |
40-50 51-60 61-70 |
0,96 0,96 0,96 |
0,96 0,96 0,96 |
0,96 0,97 0,98 |
0,98 0,97 1,01 |
0,97 1,00 1,09 |
0,99 1,03 0,17 |
1 1,95 1.25 |
1:4 |
40-50 51-60 61-70 |
0,98 0,98 0,98 |
0,98 0,98 0,98 |
0,98 0,98 0,98 |
1 0,98 1,00 |
0,99 1 1,08 |
1 1,03 1,14 |
1 1 1,2 |
Значения Iо и Do принимаются по данным климатических справочников или по картам с изолиниями этих величин.
Формулы (49) и (51) применимы для расчета радиационного баланса лишь в тот период года, когда величина r положительна и превышает 30-40 Вт/м2. В тех случаях когда это условие не выполняется, вместо формулы (49) следует пользоваться уравнением
r0 = (1 - А) qс.п - е0 (53)
а вместо формулы (51) - уравнением
rb (mbIо + РbDo) (1 - А) - е0, (54)
где е0 - суммарное эффективное излучение горизонтальной поверхности за месяц, Вт/м2. Значения е0 определяются по данным актинометрических наблюдений на метеостанциях. При отсутствии таких данных можно использовать среднеширотные величины е0, приведенные в табл. 53.
Таблица 53
Среднеширотные значения месячных сумм эффективного излучения е0, Вт/м2
Широта, град |
Месяцы |
|||||||||||
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
44 |
33,4 |
42,9 |
60,4 |
71,5 |
82,7 |
79,5 |
89 |
90,6 |
77,9 |
60,4 |
44,8 |
31,8 |
48 |
25,4 |
28,6 |
50,8 |
60,4 |
74,8 |
73,2 |
76,3 |
78 |
63,6 |
50,8 |
33,4 |
25,4 |
52 |
20,7 |
23,8 |
42,9 |
50,9 |
68,4 |
66,8 |
65,2 |
63,6 |
52,5 |
41,3 |
27 |
20,7 |
56 |
19,1 |
20,7 |
36,6 |
42,9 |
63,6 |
62 |
57,2 |
52,5 |
44,5 |
35 |
22,3 |
15,9 |
60 |
14,3 |
15,9 |
31,8 |
36,6 |
42,9 |
58,8 |
57,2 |
47,7 |
38,2 |
28,6 |
17,5 |
12,7 |
64 |
9,5 |
12,7 |
27 |
33,4 |
57,2 |
58,8 |
63,6 |
46,1 |
28,6 |
17,5 |
12,7 |
11,1 |
68 |
6,4 |
11,1 |
22,2 |
27 |
54 |
55,6 |
63,6 |
46,1 |
28,6 |
17,5 |
12,7 |
11,1 |
Поправки к среднемесячным температурам воздуха за счет испарения воды с поверхности грунта и транспирации растительностью следует определять по формуле
(55)
где Е - среднемесячная величина затрат тепла на суммарное испарение воды с 1 м2 поверхности грунта, Вт/м2. Значения Е принимаются из номограмм рис. 39 в зависимости от среднемесячных значений температуры воздуха и осадков и относятся к поверхностям, покрытым травяной растительностью в естественных условиях увлажнения. При других типах поверхностен значения DtE, вычисляемые по формуле (55), должны корректироваться путем умножения на коэффициент Ке, учитывающий влияние физических свойств поверхности и глубины залегания грунтовых вод.
Рис. 39. Номограмма для определения затрат тепла на суммарное
испарение воды с поверхности грунта по месяцам
а - март; б - апрель; в - май; г - июнь;
д - июль; е - август; ж - сентябрь; з - октябрь
Значения Ке принимаются равными:
0,25 - для оголенных от растительности сухих поверхностей суглинистых и глинистых почв при глубоком залегании (более 1,5 м) грунтовых вод;
0,3 - то же, для песчаных и супесчаных почв;
0,6 - для оголенных от растительности влажных поверхностей при неглубоком залегании грунтовых вод.
Назначение параметров для учета экзотермии цемента
Для учета экзотермии при расчете тепловыделения цемента принимаются следующие данные:
q28 - удельное тепловыделение 1 кг цемента марки М 400 и возрасте 28 сут;
q28 = 0,01 (207 С3А + 120 С3S + 100 С4AF + 62 C2S) 4,19×103, Дж/кг;
C3S, C2S, С3А, C4AF - процентное содержание соответственно трехкальциевого силиката, двухкальциевого силиката, трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита;
Кц - коэффициент, учитывающий влияние технологических факторов определяющих термические свойства цемента (минералогический состав, тонкость помола, наличие добавок, содержание гипса, вид ускорения твердения бетона) при температуре твердеющего бетона свыше 20°С (Кц = 4 для портландцемента при твердении бетона в нормальных температурно-влажностных условиях, в паровоздушной среде и для портландцемента с добавками хлористых солей; Кц = 3 для портландцемента при твердении бетона в воздушно-сухих условиях, при электротепловой обработке и для портландцементов с пуццолановой добавкой 4-5%; Кц = 0 для портландцементов с пуццолановой добавкой 10-14%; Кц = -2 для шлакопортландцементов при тепловлажностной обработке; Кц = -3 для пуццолановых портландцементов при тепловлажностной обработке и для шлакопортландцементов при электротепловой отработке и твердении в воздушно-сухих условиях; Кц = -4 для пуццолановых портландцементов при электротепловой обработке и твердении в воздушно-сухих условиях);
Ка - константа при определении тепловыделения цемента (для среднеалюминатных портландцементов Ка = 0,0143);
е - характерная температурная разность, учитывающая вид цемента при твердении бетона при температурах ниже 20°С (для портландцемента е = 11,7°С, для шлакопортландцемента е = 5,1°С).
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ПРИМЕР РАСЧЕТА ОХЛАЖДЕНИЯ ОСНОВАНИЙ ИЗ СКАЛЬНЫХ
ПОРОД И ЗАМОРОЖЕННЫХ ГРУНТОВ ПО УПРОЩЕННОЙ МЕТОДИКЕ
Сооружение бетонируется 15 ноября в Николаевске-на-Амуре. За три месяца ранее под него вырыт котлован шириной 60 м и глубиной 12,5 м в скальном грунте без ледяных линз. За 10 сут до бетонирования выпал снег средней толщиной 15 см. Определим поле наиболее низких температур в грунте котлована на 15 ноября.
Для Николаевска-на-Амуре Аг = 45°С (см. рис. 22), Ад = 13°С (см. рис. 23) и tср.г = 2,4°С (см. табл. 1 главы СНиП II-А.6-72). Разбиваем стенку и дно котлована на 56 блоков в соответствии с рис. 24. Расчет наиболее низких температур в центрах блоков № 1 - 56 на 15 ноября производим по формуле (25). Результаты расчета приведены в табл. 54. По расчетным температурам строим поле (см. рис. 40).
Таблица 54
Значения ti в центрах блоков № 1-56 и на поверхностях А, Б и В при Нд = 12,5 м, Аг = 45°С, Ад = 13°С и tср.г = 2,4°C
Номер блока |
ti, °С |
Номер блока |
ti, °С |
Номер блока |
ti, °С |
1-А |
-21,1 |
17-Б |
-19,7 |
35 |
5,6 |
2-А |
-20,1 |
17 |
-13,6 |
36 |
-1,8 |
3-А |
-19,8 |
18 |
-1,1 |
37 |
-1,7 |
4-А |
-19,7 |
19 |
5,5 |
38 |
-0,8 |
1-Б |
-21 |
20 |
7,8 |
39 |
1,7 |
1 |
- 18,6 |
21-Б |
-19,7 |
40 |
3,9 |
2 |
-14,5 |
21 |
- 13,6 |
41 |
5,4 |
3 |
-12,8 |
22 |
-1,6 |
42 |
5,2 |
4 |
-12,3 |
23 |
4,9 |
43 |
4,4 |
5-Б |
-20 |
24 |
6,4 |
44 |
4,1 |
5 |
-14,8 |
25-Б |
-19,4 |
45 |
4,5 |
6 |
-4,9 |
25 |
-12,5 |
46 |
5 |
7 |
-0,7 |
2,6 |
-0,2 |
47 |
6,3 |
8 |
1,2 |
27 |
4,9 |
48 |
5,5 |
9-Б |
-19,7 |
28 |
5,6 |
49 |
4,7 |
9 |
-13,5 |
29-В |
-19,6 |
50 |
6,3 |
10 |
-1,5 |
30-В |
- 19,6 |
51 |
5,8 |
11 |
4,7 |
31-В |
-19,4 |
52 |
5,5 |
12 |
7,3 |
29 |
-13,8 |
53 |
5,2 |
13-Б |
-19,7 |
30 |
- 13,8 |
54 |
5 |
13 |
-13,6 |
31 |
- 12,3 |
55 |
4,6 |
14 |
-0,8 |
32 |
-4,4 |
56 |
3,6 |
15 |
6,1 |
33 |
2 |
|
|
16 |
8,7 |
34 |
5,3 |
|
|
Рис. 40. Температурное поле в грунте котлована глубиной 12,5 м
Коэффициент теплопроводности снега по формуле (23) равен: lсн = 0,21 Вт/(м×К). Толщина грунта эквивалентная снегу по термическому сопротивлению, равна: lэк = 2,1×0,15/0,21 = 1,5 м. При lэк = 15 тепловое влияние снега следует учитывать через 6 сут (см. п. 8.15 настоящего Руководства); фактически снег лежал дольше 10 сут, поэтому за искомое температурное поле дна котлована считаем условно то, которое будет ниже заштрихованной части (см. рис. 40).
Из рис. 40 видно, что к моменту бетонирования сооружения грунт будет иметь положительную температуру на дне котлована и отрицательную (до –21°С) в стене котлована.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
определение
термического сопротивления теплоизоляции rm для
выступающих частей конструкции
1. Для определения величины Rm рекомендуется установить особенности воздействия внешней среды на наружные поверхности выступов (рис. 41). В практике возможно три вида такого воздействия:
первый - вся площадь наружных поверхностей подвергается воздействию температуры холодного воздуха;
второй - то же, мерзлого грунта;
третий - тоже, частично холодного воздуха и мерзлого грунта.
Рис. 41. Схемы бетонируемых выступов
а - при воздействиях температуры холодного воздуха; б - то же, мерзлого грунта;
в - то же, частично холодного воздуха и мерзлого грунта
2. Определить расчетную температуру среды tр.
При первом виде, воздействия расчетную температуру воздуха tр.в, °С, определяют по формуле
где Аг - максимальная амплитуда годового хода среднемесячных температур воздуха, определяемая по карте рис. 22;
Ад - максимальное декадное понижение среднесуточных температур воздуха от годового хода среднемесячных температур, определяемое по карте рис. 23;
- коэффициент, определяемый по табл. 55;
Значения на 15-е число месяца
Месяц |
, °С |
Месяц |
, °С |
Октябрь Ноябрь Декабрь Январь |
-0,007 0,245 0,428 0,498 |
Февраль Март Апрель Май |
0,435 0,254 0,007 -0,245 |
tср.г - многолетняя среднегодовая температура воздуха, определяемая по табл. 1 главы СНиП II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика».
При втором виде воздействия расчетную температуру грунта tр.г, °С, определяют по формуле
где tв.г, tн.г - температуры грунта, °С, соответственно на уровне верхней и нижней граней выступа;
lв.г, lн.г - длины соответственно верхней и нижней граней выступа, м;
h - высота выступа, м;
Величины tв.г и tн.г определяют следующим образом. Рассчитывают температуру грунта tг.i, °С, по формуле
tг.i = Агtг.ik1 + Адtд.ik2 + tг.н. (58)
где Аг и Ад - обозначения те же, что и в формуле (56);
tг.i и tд.i - температуры грунта соответственно на поверхности и на глубине, приведенные в табл. 56 при и ;
k1 - коэффициент, равный +1 для мая-октября; -1 для января-апреля, ноября и декабря;
k2 - коэффициент, равный -1 для октября-декабря, января и февраля; -0,5 для марта-августа;
tг.н - среднегодовая температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд.
Таблица 56
Значения и , °С
Глубина грунта, м |
на 15-е число месяца |
||||||
января, июля |
февраля, августа |
марта, сентября |
апреля, октября |
мая, ноября |
июня, декабря |
||
0 |
0,485 |
0,428 |
0,255 |
0,014 |
0,231 |
0,414 |
0,9 |
0,25 |
0,442 |
0,413 |
0,269 |
0,052 |
0,177 |
0,361 |
0,63 |
1 |
0,33 |
0,344 |
0,272 |
0,124 |
0,057 |
0,221 |
0,11 |
2,25 |
0,163 |
0,225 |
0,222 |
0,163 |
-0,062 |
0,059 |
0,006 |
4 |
0,028 |
0,088 |
0,123 |
0,126 |
-0,098 |
-0,04 |
0 |
6 |
-0,03 |
0,007 |
0,04 |
0,063 |
-0,076 |
-0,056 |
0 |
8 |
-0,033 |
-0,019 |
0 |
0,019 |
-0,033 |
-0,038 |
0 |
10,25 |
-0,021 |
-0,019 |
-0,011 |
-0,001 |
-0,009 |
-0,016 |
0 |
14,5 |
-0,001 |
-0,004 |
-0,005 |
-0,006 |
-0,004 |
0,004 |
0 |
По рассчитанным температурам tг.i строят график распределения температур по глубине грунта и проводят горизонтальные линии на уровнях расположения верхней и нижней граней выступа. Температуры графика на этих уровнях и будут искомыми величинами tв.г и tн.г.
При наличии снега на грунте сначала определяют толщину грунта lэк эквивалентную снегу по термическому сопротивлению. Затем поверхность грунта условно опускают на глубину lэк.
В этом случае отметки верхней и нижней граней выступа отсчитывают от условной поверхности грунта, расположенной на глубине lэк.
При третьем виде смешанного воздействия воздуха и грунта расчетную температуру tр.в.г определяют по формуле
где tр.в - то же значение, что и в формуле (56);
tн.г, lв.г, lн.г, h - те же значения, что и в формуле (56);
tр.п - температура поверхности грунта, °С;
hв и hг - части высоты выступа, соприкасающиеся с воздухом и грунтом, м.
3. Рассчитать минимальное R1 и максимальное R2 значении термического сопротивления теплоизоляции. Величину R1 для выступа с прямоугольным сечением определяют как для неограниченной стенки, имеющей толщину наименьшего размера выступа. Для выступа с цилиндрическим или близким к нему сечением R1 определяют как для цилиндра, имеющего диаметр выступа и бесконечно большую длину. Величина R2 = 2R1.
4. Принимать значения R2 на всей площади наружных поверхностей выступа, если он выходит за пределы основной конструкции на длину до 1 м и имеет модуль поверхности Мп > 2 м-1, а также на длину до 2 м при Мп £ 2 м-1. При выступе большей длины R2 применяют для торцовых поверхностей и прилегающих к ним боковым поверхностям на 1 м при Мп > 2 м-1 и на 2 м при Мп < 2 м-1. Для оставшихся боковых поверхностей выступа назначают величину R1.
Пример 1. Вертикальная стенка бетонируется с выступом, показанным на рис. 41,а. Выступ расположен выше грунта и бетонируется 15 декабря в Николаевске-на-Амире. Марка бетона М200. Расход портландцемента марки М400 составляет 226 кг/м3. Температура укладываемого бетона 25°С. Распалубочная прочность бетона 70% R28. Необходимо определить термическое сопротивление теплоизоляции для выступа.
Решение. Для Николаевска-на-Амуре Аг = 45°С (см. рис. 22), Ад = 13°С (см. рис. 23) и tср.г = 2,4°С (см. табл. 1 СНиП II-А.6-72). Для 15 декабря = 0,428 (см. табл. 55), k1 = k2 = -1.
По формуле (56) tр.в = (-45)0,428 - 0,96×13 + 2,4 = -29,4°С; Мп = 2/1 + 2/1 = 4 м-1. По табл. 40,а «Руководства по зимнему бетонированию с применением метода термоса» R1 = 0,99 м2×°С/Вт, R2 = 2×0,99 = 1,98 м2×°С/Вт.
Пример 2. Верхняя грань того же выступа расположена на 1 м ниже грунта, укрытого снегом толщиной 0,05 м (рис. 41,б), tг.н = -2°С, Коэффициент теплопроводности грунта 2,1 и снега 0,206 Вт/(м×К). Остальные условия те же, что и в примере 1.
Решение. Рассчитываем для грунта распределение температур по глубине tгi по формуле (58), представленное на рис. 42.
lэк = 2,1×0,05/0,206 = 0,51 м.
Рис. 42. График распределения температур по глубине грунта
Отметки верхней и нижней граней выступа будут условно равны 1,51 и 2,51 м. Тогда по рис. 41, 42 tв.г = -9,3°С и tн.г = -3,7°С. По формуле (57) tр.г = [-9,3×1 - 3,7×1 - 0,5(9,3 + 3,7)1] : (1 + 1 + 1) = -6,5°С. По табл. 40,а «Руководства по зимнему бетонированию с применением метода термоса» R1= 0,531 м2×°С/Вт и R2 = 2×0,531 = 1,062 м2×°С/Вт.
Пример 3. Выступ имеет длину 2 м и расположен на половину высоты в грунте (см. рис. 40,в). Остальные условия те же что и в примере 2.
Решение. Мп = 2/1 + 2/2 = 3 м-1; tр.в = -29,4°С (см. пример 1). Из рис. 42 видно, что tп.г = -21°С, tн.г = -13,3°С, тогда по формуле (59) tр.в.г = [-29,4(2 + 0,5) - 0,5(21 + 13,3) - 13,3×2]/(2+2+1) = -23,5°C. По табл. 40,а «Руководства по зимнему бетонированию с применением метода термоса» R1= 0,703 м2×°С/Вт и R2 = 1,406 м2×°С/Вт. Величина R2 применяется для торца выступа и прилегающих к нему боковых поверхностей на 1 м. Для оставшихся боковых поверхностей применяется R1 (см. рис. 41,в).
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ЦЕМЕНТА И ПРОЧНОСТИ БЕТОНА С
ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕРЕХОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВЫДЕРЖИВАНИЯ
1. Ожидаемое тепловыделение цемента или прочность бетона при переменных температурах твердения могут быть определены на основе гипотезы приведенного времени, предложенной В.С. Лукьяновым, при известных данных, кинетики этого процесса в нормальных условиях твердения.
Суть этой гипотезы заключается в том, что время твердения бетона при любой температуре можно с помощью переходных коэффициентов выразить через время твердения при нормальной температуре, т.е.
tt/a = t20, (60)
где tt - время, требуемое для достижения определенного относительного тепловыделения цемента от Q28 или относительной прочности бетона от R28 при температуре твердения t, °С;
t20 - время, требуемое для набора того же относительного тепловыделения цемента или прочности бетона при температуре твердения 20°С;
a - переходный коэффициент - отношение константы скорости гидратации цемента при температуре 20°С к константе скорости гидратации при средней температуре твердения t за расчетный интервал времени tt.
2. Величина переходного коэффициента a может быть определена для разных портландцементов при твердении бетона в интервале температур 0 £ t £ 20°С по формуле
(61)
где e - характерная температурная разность °С (e = 11,7 для портландцемента; e = 5,1 для шлакопортландцемента; e = 4,3 для пуццолановых портландцементов).
3. При твердении бетона в интервале температур 20оС£ t £100°С переходный коэффициент a равен:
(62)
где ht - вязкость воды при температуре t°С, Пa×c×103 (табл. 57);
k’ - коэффициент, учитывающий влияние технологических факторов и вида цемента на скорость гидратации (k’ = 4°С для портландцемента; k’ = 3°C для портландцемента с пуццолановой добавкой 4-5%; k’ = 0°С для портландцементом с пуццолановой добавкой 10-14%; k’ = -3°С для пуццолановых портландцементов; k’ = -2°С для шлакопортландцемента).
Таблица 57
Вязкость воды
Температура, °С |
Вязкость, Пa×c×103 |
Температура, °С |
Вязкость, Пa×c×103 |
Температура, °С |
Вязкость, Пa×c×103 |
Температура, °С |
Вязкость, Пa×c×103 |
20 |
1,0005 |
40 |
0,656 |
60 |
0,4688 |
80 |
0,3565 |
21 |
0,981 |
41 |
0,6439 |
61 |
0,4618 |
81 |
0,3521 |
22 |
0,9579 |
42 |
0,6321 |
62 |
0,455 |
82 |
0,3478 |
23 |
0,9358 |
43 |
0,6207 |
63 |
0,4483 |
83 |
0,3436 |
24 |
0,9142 |
44 |
0,6097 |
64 |
0,4418 |
84 |
0,3395 |
25 |
0,8937 |
45 |
0,5988 |
65 |
0,4355 |
85 |
0.3355 |
26 |
0,8737 |
46 |
0,5883 |
66 |
0,4293 |
86 |
0,3315 |
27 |
0,8545 |
47 |
0,5782 |
67 |
0,4233 |
87 |
0,3276 |
28 |
0,836 |
48 |
0,5683 |
68 |
0,4174 |
88 |
0,3239 |
29 |
0,818 |
49 |
0,5588 |
69 |
0,4117 |
89 |
0,3202 |
30 |
0,8007 |
50 |
6,5494 |
70 |
0,4061 |
90 |
0,3165 |
31 |
0,784 |
51 |
0,5404 |
71 |
0,4006 |
91 |
0,318 |
32 |
0,7679 |
52 |
0,5315 |
72 |
0,3952 |
92 |
0,3095 |
33 |
0,7523 |
53 |
0,5229 |
73 |
0,39 |
93 |
0,306 |
34 |
0,7371 |
54 |
0,5146 |
74 |
0,3849 |
94 |
0,3027 |
35 |
0,7225 |
55 |
0,5064 |
75 |
0,3799 |
95 |
0,2994 |
36 |
0,7085 |
56 |
0,4985 |
76 |
0,3751 |
96 |
0,2962 |
37 |
0,6947 |
57 |
0,4907 |
77 |
0,3702 |
97 |
0,293 |
38 |
0,6814 |
58 |
0,4832 |
78 |
0,3655 |
98 |
0,2899 |
39 |
0,6685 |
59 |
0,4759 |
79 |
0,361 |
99 |
0,2868 |
|
|
|
|
|
|
100 |
0,2838 |
Таблица 58
Значения переходных коэффициентов a
Температура бетона, °С |
Портландцемент |
Портландцемент |
Шлакопортландцемент |
Пуццолановый портландцемент |
БТЦ |
||
с пуццолановой добавкой, % |
с добавкой хлористых солей |
||||||
4-5 |
10-14 |
||||||
0 |
3,12 |
- |
- |
3,12 |
15,15 |
25,15 |
3,06 |
10 |
1,62 |
- |
- |
1,62 |
2,53 |
2,86 |
2,15 |
15 |
1,25 |
1,22 |
- |
1,25 |
1,51 |
1,58 |
1,26 |
20 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
30 |
0,67 |
0,75 |
0,67 |
0,67 |
0,54 |
0,51 |
0,67 |
40 |
0,47 |
0,5 |
0,44 |
0,47 |
0,33 |
0,3 |
0,47 |
50 |
0,36 |
0,36 |
0,3 |
0,36 |
0,23 |
0,21 |
0,36 |
60 |
0,29 |
0,29 |
0,22 |
0,29 |
0,17 |
0,16 |
0,29 |
70 |
0,22 |
0,22 |
0,16 |
0,22 |
0,14 |
0,11 |
0,27 |
80 |
0,19 |
0,17 |
0,12 |
0,19 |
0,1 |
0,085 |
0,19 |
В табл. 58 приведены значения переходных коэффициентов a для различных температур (через 10°) при тепловлажностной обработке и нормальных условиях твердения бетона.
Примеры пользования переходными коэффициентами,
а) Пример определения тепловыделения портландцемента, твердеющего при различных температурах
Требуется определить тепловыделение 1 кг портландцемента, твердеющего при температуре 25°С - 2 ч, 30°С - 11,5 ч, 32°С - 4 ч, 28°С - 12 ч, если известно изотермическое тепловыделение при 20°С.
1. Определяем время, которое потребовалось для выделения этого количества тепла, если бы температура твердеющего цемента:
(63)
2. По графику удельного изотермического тепловыделения портландцемента (рис. 43) находим, что тепловыделение за 28,6 ч составляет 145 кДж/кг.
Рис. 43. График удельного изотермического тепловыделения портландцемента при твердении бетона в нормальных температурно-влажностных условиях
3. По (известному расходу цемента на 1 м3 бетона определяем выделяемое на это количество тепло.
Аналогичным путем определяется нарастание прочности бетона, твердеющего при различных температурах, если имеется график нарастания прочности бетона, твердеющего в нормальных температурновлажностных условиях при 20°С.
б) Пример определения нарастания относительной прочности бетона, твердеющего при различных температурах
Требуется определить относительную прочность бетона, твердеющего при температуре 25°С - 10 ч, 30°С - 12 ч, 32°С - 23 ч, если известно нарастание прочности бетона при 20°С.
1. Определяем время, которое потребовалось для нарастания этой же относительной прочности, если бы температура твердения была равна 20°С:
t20 = 10/0,8+ 12/0,62 + 23/0,6 = 60,1 ч.
По графику, приведенному на рис. 44, находим относительную прочность бетона, оказавшуюся равной 46% R28.
Рис. 44. График нарастания прочности, % R28, бетона марок М 200 - М 300 на портландцементе марки М 400 при температуре 20°С
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
ПРИМЕРЫ ОПЫТНОГО БЕТОНИРОВАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАССЫ БАМ И В ВОРКУТЕ
Пример 1. Опытное бетонирование буронабивных железобетонных свай диаметрам 1000 мм и длиной 7 м было осуществлено на трассе БАМ, основная часть которой проходит по районам распространения вечномерзлых грунтов с наличием островной и высокотемпературной вечной мерзлоты.
Устройство скважин производилось станками ударно-канатного бурения БС-1М в сентябре-октябре с последующей консервацией скважин при частичной обсадке стальными трубами в верхней части и закрытием устья скважины деревянными щитами. Произведенное в декабре повторное бурение показало наличие в скважинах надмерзлотной воды до отметки -3,5 м и льда толщиной 40-50 см над водой и 10-15 см по стенкам скважины. Вследствие заполнения скважины водой с октября по декабрь температурное состояние грунта стеной существенно не изменилось на глубине более 3 м, в верхней же части скважины произошло понижение температуры в среднем на 5°С. Помимо этого, из-за отсутствия снежного покрова на отсыпанной гравием строительной площадке температура в активной зоне грунта снизилась по сравнению с температурой грунта в природном состоянии (рис. 45).
Рис. 45. График для определения температуры грунта в первой декаде
февраля
1 - в естественном состоянии (со снеговым покровом); 2 - на отсыпанной гравием
строительной площадке (без снегового покрова); 3 - средняя по контакту с
укладываемым бетоном
Бетонирование производилось в распор с вечномерзлым грунтом в январе-феврале при температуре наружного воздуха до -35°С, т.е. в наиболее неблагоприятных условиях для ведения бетонных работ, характеризующихся сочетанием минимальных температур мерзлого грунта и наружного воздуха.
Перед установкой, выверкой и фиксированием в скважине арматурного каркаса в буронабивной свае (рис. 46) к нему с помощью деревянных прокладок крепились три электрода диаметром 20 мм и длиной 7 м. После установки каркаса с электродами в скважину производилась укладка бетонной смеси путем свободного сброса из автобетоносмесителей с последующим виброуплотнением смеси в головной части сваи. Головная часть сваи теплоизолировалась минеральной ватой и опилками слоем 35-40 см.
Рис. 46. Поперечное сечение буронабивной сваи
1, 2 и 3 - соответственно арматурный каркас, электроды и температурные трубки
Температура укладываемого бетона равнялась 8-18°С. Бетон марки М 300 применялся без химических добавок следующего состава Ц : П : Щ = 1 : 1,9 : 2,2 с расходом портландцемента марки М400, М500, кг/м3, В/Ц = 0,5 и ОК = 8-12 см.
Электропрогрев осуществлялся по всей высоте сваи переменным трехфазным таком промышленной частоты при напряжении 103 В от трансформатора типа ТМОБ-63.
Электропрогрев включался сразу после укладки первой порции бетона с кратковременным отключением для завершения укладки бетона, оформления оголовка сваи и его теплоизоляции.
Замеры температур бетона производились электротермометрами сопротивления с мостом постоянного тока типа МО-62.
Гирлянды температурных датчиков помещались в стальные трубы диаметром 50 мм и длиной 7-7,5 м с заглушённым нижним торцом, которые устанавливались в различных местах сваи (рис. 47).
Средние значения температурного режима прогрева бетона в различных местах сваи приведены на рис. 48.
Рис. 47. Схема расположения температурных датчиков
1 - песок мелкий насыпной; 2 - торф; 3 - супесь; 4 - гравий и галька с песчаным
заполнителем
Рис. 48. Режим выдерживания бетона сваи диаметром 1000 мм
1 - температура сван на глубине 0,5 м; 2 - то же, 6-7 м; 3 - то же, 3-4 м; 4 -
то же, 1,5-2 м
Время прогрева колебалось от 2,5 до 7 сут с ежедневным отключением на 6-8 ч, что позволяло осуществлять мягкий режим прогрева со скоростью 5-8сС/ч до температуры 40-50°С. Несколько выше наблюдалась температура в приэлектродной зоне (60-80°С). Температура бетона в контакте с мерзлым грунтом была на 7-9°С ниже температуры бетона на контакте с арматурным каркасом (40-50°С) только в начальный период прогрева. Через сутки температура практически выравнилась.
Максимальная разница температур по высоте сваи 30°С возникла в первые 4-8 ч прогрева с последующим выравниванием ее через 24-36 ч до 35-45°С. Это объясняется повышенной теплоотдачей верхней части сваи и различием в электропроводности бетонной смеси по высоте, которые нивелируются в дальнейшем процессом саморегулирования бетонной смеси.
Температура в нижней торцовой части сваи, находящейся в условиях мерзлого грунта и повышенной площади охлаждения, на 5-10°С ниже по сравнению со средней частью при длительности электропрогрева до 3,5 сут. При увеличении длительности прогрева до 5-6 сут влияние указанных факторов уменьшалось и практически не оказывало влияния на равномерность температурного режима.
Температура в головной части сваи, находящейся в условиях минимальных температур мерзлого грунта и наружного воздуха, на 10-25°С ниже по сравнению со средней частью из-за недостаточного утепления оголовка сваи. Но независимо от этого, после 5-суточного электропрогрева и 9-12-суточного остывания бетон оголовка сваи приобретал требуемую прочность. Полное остывание сваи до 0°С и ниже происходит на 16-20 сут.
В процессе электропрогрева по указанному режиму, принятой схеме расстановки и подключения электродов потребляемая электрическая мощность, приходящаяся на одну сваю, составляла 80-100 кВт в первые 1,5-2 ч прогрева. К концу первых суток прогрева мощность составляла 30-40 кВт, а к концу вторых суток - около 30% максимального значения. На пятые-шестые сутки прогрева мощность не превышала 7-10 кВт на сваю.
Прочность бетона, определенная по номограмме (см. рис. 15) при усредненном температурном режиме с момента разогрева сваи, составляла 80-85 и 70% R28 соответственно в основной части и в оголовке сваи.
Полученные результаты и накопленный опыт электропрогрева таких свай в условиях трассы БАМ позволили сделать вывод о том, что температурный режим твердеющего бетона в головной части сваи является определяющим фактором качества всей конструкции и что принятый режим прогрева позволяет через 3-5 сут производить распалубку оголовка сваи и нагружать ее монтажными нагрузками.
Пример 2. Различные способы выдерживания монолитных конструкций применялись в Воркуте при строительстве сооружений различного назначения. В частности, применялся периферийный электропрогрев в сочетании и без предварительного разогрева бетонной смеси при возведении ленточного фундамента шириной от 0,7 до 0,9 м и глубиной залегания (в открытом котловане) от 4 до 7 м. Модуль поверхности фундамента равнялся 4-5 м-1. Опалубка выполнялась из сосновой доски толщиной 25 мм, коэффициент теплопередачи которой равен 4,5-5 Вт/(м2×ч×К). Применялся бетон марки М 150-М 200 на воркутинском портландцементе марки М 400. Подвижность бетонной смеси составляла 2-4 см.
Бетонирование и выдерживание конструкций (производилось при колебании температуры наружного воздуха от -26 до -10°С и скорости ветра 6-10 м/с.
Сразу же после окончания бетонирования открытая поверхность конструкции укрывалась толем в два слоя и утеплялась слоем опилок толщиной 5-6 см. Для измерения температуры в тело бетона устанавливались хромель-копелевые термопары. Кинетика температурного поля приведена в табл. 59.
Кинетика температурного поля ленточного фундамента
Продолжительность выдерживания, ч |
Температура бетона, °С, при термопарах N |
Температура наружного воздуха, °С |
Скорость ветра, м/с |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||
До начала электропрогрева |
||||||||||||
0 4 7 13 |
11 15 16 14 |
14 17 18 17 |
10 15 16 17 |
10 13 13 13 |
15 17 17 17 |
13 16 17 17 |
8 10 11 15 |
18 16 15 5 |
4 5 5 3 |
-3 -6 -7 -12 |
-22 -26 -26 -26 |
4 4 4 4 |
При электропрогреве |
||||||||||||
20 22 42 44 |
29 31 37 46 |
38 42 51 55 |
34 37 50 55 |
31 34 52 49 |
37 41 53 57 |
38 41 56 60 |
39 36 50 62 |
19 20 19 22 |
16 17 12 13 |
-5 -4 -3 -1 |
-20 -20 -15 -13 |
5 4 12-15 1-2 |
После окончания электропрогрева |
||||||||||||
45 46 120 124 137 140 162 |
44 43 20 20 19 16 19 |
50 50 15 18 16 13 15 |
53 53 22 23 22 19 19 |
47 46 10 12 12 10 11 |
53 52 12 15 13 11 12 |
56 55 14 15 14 10 13 |
49 48 14 15 13 2 12 |
18 18 10 3 4 0 0 |
40 10 0 1 2 -1 0 |
-4 -5 -2 -2 -3 -4 -4 |
-13 -15 -10 -10 -10 -10 -10 |
1-2 2-3 5 5 5 4 0 |
Примечание. Величина тока в линии составляла 100 А, а в ветви 6, 8, 10 А.
Прогрев осуществлялся электродами диаметром 8 мм, расположенными по периферии на всю высоту фундамента. Один ряд электродов располагался по середине толщины фундамента и погружался на глубину 500-600 мм. Шаг между электродами равен 350-400 мм (рис. 49). К электродам подводилось напряжение 110 В. После подведения напряжения температура во всех точках бетона резко поднималась и через 7 ч прогрева составляла в среднем 30°С, а через 31 ч прогрева равнялась 55°С. В первые 7 ч прогрева скорость подъема температуры равнялась около 3, в последующие 24 ч - 1°С/ч.
Рис. 49. Схема электропрогрева конструкций
а - ленточный фундамент; б - ростверк; 1 - опилки; 2 - толь; 3 - доска толщиной
25 мм; 4 - электроды диаметром 6 мм; 5 - свая (1ф, 2ф, 3ф - фазы переменного
тока)
В процессе прогрева производилось измерение тока в линии и в ветви, который на всем протяжении прогрева оставался практически на одном уровне соответственно 105 и 8 А. Процесс прогрева, продолжавшийся в течение 24 ч, прекращался после достижения в бетоне температуры 55-60°С.
Расход электроэнергии на 1 м3 бетона составил примерно 30 кВт.
К моменту снятия напряжения с электропроводов самая высокая температура 57-60°С наблюдалась в среднем сечении фундамента (табл. 59, термопары 5,6), самая низкая 22-13°С находилась в верхней зоне (табл. 59, термопары 8, 9) фундамента. В зоне расположения электрода температура равнялась 60-62°С (табл. 59, термопары 6, 7).
Несмотря на то, что температурные градиенты в верхней и нижней зонах фундамента одинаковые 0,3°С/см, средняя температура твердения в нижней, выше примерно в 2-2,5 раза. Соответственно и прочность в этой зоне следует ожидать выше. То же самое можно сказать и про среднюю зону, хотя градиент в ней выше (0,5°С/см), чем в других зонах.
После окончания электропрогрева температура во всех точках фундамента стала снижаться, причем скорость остывания в различных точках не одинаковая: в верхней зоне выше, в средней - ниже, а в нижней еще ниже, хотя последняя находилась в контакте с отогретым грунтом.
Если через 76 ч остывания в углах верхней зоны температура достигает 0°С, то в тех же углах нижней зоны она находится на уровне 19°С.
После проведения такого режима прогрета и выдерживания бетона, продолжавшегося в течение 5,5-6 сут, установлено, что при средней температуре твердения 26°С в течение этого времени бетон приобрел прочность 75-80% R28.
Аналогичны конструкции прогревались комбинированным способом, состоящим из предварительного разогрева электрическим током бетонной смеси с последующим электропрогревом бетона по периферии.
Кинетика температурного поля приведена в табл. 60.
Таблица 60
Кинетика температурного поля ленточного фундамента, изготовленного с применением разогретой смеси и последующим дополнительным электропрогревом
Продолжительность выдерживания, ч |
Температура бетона, °С при термопарах N |
Температура наружного воздуха, °С |
Скорость ветра, м/с |
Величина тока, А |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
в линии |
в ветви |
|||
При подаче напряжения на электроды |
||||||||||||||
0 |
11 |
24 |
15 |
10 |
- |
37 |
24 |
24 |
32 |
-1 |
-10 |
3-5 |
- |
- |
2 |
16 |
30 |
22 |
13 |
- |
40 |
27 |
21 |
30 |
-2 |
-10 |
3-5 |
140 |
6 |
4 |
26 |
40 |
35 |
20 |
- |
50 |
39 |
27 |
31 |
-6 |
-10 |
3-4 |
140 |
6 |
При снятии напряжения с электродов |
||||||||||||||
6 |
28 |
32 |
28 |
13 |
- |
41 |
33 |
20 |
20 |
-5 |
- 10 |
3-4 |
150 |
5 |
При подаче напряжения на электроды |
||||||||||||||
17 |
20 |
30 |
35 |
12 |
- |
40 |
45 |
18 |
20 |
-5 |
- 10 |
3-4 |
150 |
5 |
19 |
21 |
28 |
36 |
21 |
- |
38 |
44 |
26 |
25 |
-5 |
-10 |
4-5 |
150 |
5 |
При снятии напряжения с электродов |
||||||||||||||
40 |
17 |
24 |
27 |
8 |
- |
31 |
33 |
10 |
20 |
- 1 |
- 10 |
0-1 |
- |
- |
Напряжение 110 В на электроды подавалось сразу же после окончания укладки бетонной смеси в опалубку.
Рост температуры в зоне электрода опережает ее по отношению к другим зонам (табл. 60, термопары 1-3).
Выводы по скорости остывания различных зон фундамента в этом случае являются аналогичными тем, которые проводились по данным табл. 60. Отличие вывода заключается только в абсолютной разнице температур в одних и тех же зонах бетона.
При сравнении данных табл. 59 и 60 видно, что при более высокой начальной температуре бетонной смеси выше не только равномерность прогрева, по и температурный уровень бетона.
Для обеспечения нормального твердения бетона до приобретения им не менее 50-70% проектной прочности при выдерживании конструкции то методу термоса конструкция должна иметь опалубку с коэффициентам теплопередачи не выше 1,4-1,6 и модулем поверхности не более 5. При этом температура бетонной смеси к моменту начала остывания должна быть не ниже 55-60°С.
При обеспечении такого типа опалубки и такой начальной температуры бетон в процессе выдерживания конструкции должен проходить дополнительную тепловую обработку, например, при помощи периферийного электропрогрева, который должен продолжаться не более 1,5 и не менее 1 сут. При этом удельный расход электроэнергии на 1 м3 бетона составит 110 кВт×ч, из которых 80 кВт×ч затрачиваются на предварительный разогрев смеси до температуры 55-60°С и 25-30 кВт×ч на дополнительный электропрогрев.
Температурный перепад и градиент в конструкции, забетонированной разогретой смесью, ниже, чем если бы она была забетонирована обычной смесью с последующим электропрогревом бетона.
Качество бетона после комбинированного выдерживания его в течение 4-6 сут достаточно хорошее, и прочность его, как правило, равна проектной.
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
ПРИМЕРЫ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОСТЫВАНИЯ БЕТОНА В
БУРОНАБИВНЫХ СВАЯХ
Исследование процесса теплофизического взаимодействия бетона с окружающей мерзлой средой проводилось на образцах-моделях буронабивных свай в подземной мерзлотной лаборатории, находящейся на расстоянии 7 м от уровня горизонта.
Для определения времени остывания бетона в вечномерзлом грунте в зависимости от массивности конструкции были изготовлены сваи-модели диаметром 800, 650 и 500 мм без электропрогрева с химическими добавками, а также модели свай диаметром 500 и 550 мм с электропрогревом оголовка.
Приготовление бетона велось в верхнем помещении лаборатории при температуре 13-15°С. После укладки и уплотнения бетона сваю укрывали теплоизоляционным материалам (минеральной ватой) слоем 100-150 мм. Во время бетонирования в сваи и окружающий грунт, а также на контакте свая-грунт закладывали хромель-копелевые термопары. Первые сутки остывания показания потенциометра снимали каждый час, следующие сутки - через 2 ч и в дальнейшем - через 4 и 8 ч. Кроме того, для контроля в центре свай замеряли температуру обычным термометром. Температура окружающего вечномерзлого грунта в период исследования процесса остывания составляла -2,4°С. Начальная температура уложенного бетона 13°С. При бетонировании отбирали контрольные образцы размером 10´10´10 см, которые хранили в условиях твердения бетона в сваях, а также в нормальных условиях в течение 28 сут.
Пример 1. При изготовлении свай-моделей диаметром 500 мм применяли бетон марки М 300 с комплексной добавкой ХК+НН+ССБ.
Состав бетона на 1 м3:
цемент марки М 300 Норильского завода .....700 кг
песок Мкр = 0,6 (хвостоотвалы) ..................... 250 »
щебень фракции 5-30 мм .............................. 1330 »
вода................................................................. 220 л
хлористый кальций, % массы цемента ......... 0,5
нитрит натрия, % » » .......... 2
ССБ, % » » .......... 0,2
Схема расположения термопар и температурный режим остывания бетона сваи-модели диаметром 500 мм показаны на рис. 50, из которого видно, что в центре сваи бетон до 0°С остывал 7 сут, бетон боковой поверхности на контакте бетон-грунт - 6 сут, а бетон в углах сваи - 2 сут и 18 ч. Зона остывания грунта составила 11 см, а время смерзания оттаивающего грунта - около 1,5 сут. Таким образам, при укладке бетона в контакте с вечномерзлым грунтам с температурой -2,4°С положительная температура в бетоне в наиболее быстрозамерзающей точке (угол сваи) удерживается в течение почти 3 сут. Остывание бетона в других точках идет медленнее. В центре сваи в течение первых суток за счет экзотермии цемента сохранялась положительная температура, близкая к температуре нормального хранения.
Рис. 50. Схема расположения термопар и
температурный режим бетона в свае-модели диаметром 500 мм и прилегающего
вечномерзлого грунта
а - в центре и углах бетона (номера
термопар и кривых 1, 5, 11, 12); б - в бетоне и прилегающем грунте
(соответственно номера термопар и кривых 2-4 и 6-10)
Изменение температуры вечномерзлого грунта в прилегающих к бетону слоях показано на рис. 50,б. На расстоянии 5 см от бетона температура грунта через 3 ч составила -2,2°С, через 4 ч - 1,6°С, через 16 ч - 0°С, а через 24 ч повысилась до своего максимального значения - 0,9°С. В дальнейшем она медленно понижалась и на пятые сутки после бетонирования перешла через нулевую отметку.
Пример 2. Бетонирование сваи-модели диаметром 800 мм. Температура вечномерзлого глинистого грунта составляла -3°С. Состав бетона и количество добавок те же, что и в примере 1.
Как видно из графика рис. 51, температура уложенного бетона в центре сваи диаметром 800 мм за счет экзотермии цемента повышается в течение первых суток в два раза (от 16 до 32°С). Даже в точках, расположенных на контакте бетон-грунт, происходит заметное повышение температуры по сравнению с первоначальной (рис. 51, точка 5). Бетон в данной свае остывал значительно медленнее, чем в свае диаметром 500 мм. Так, в центральной части температура бетона достигала 0°С через 12 сут, на боковой поверхности - через 10 сут, а в угловой точке конструкции - через 7,5 сут. Как видно из табл. 61, бетон за время остывания до 0°С набирает 33-58% марочной прочности.
Рис. 51. Схема расположения термопар и температурный режим остывания бетона в свае-модели диаметром 800 мм (точки и кривые 5-9) и прилегающего вечномерзлого грунта (точки и кривые 1-4)
Таблица 61
Прочность бетона к моменту замерзания
№ точки (термопар, рис. 51) |
Длительность остывания (оттаивания) до 0°С, ч |
Средняя температура при остывании (оттаивании), °С |
Прочность бетона к моменту замерзания, % R28 |
8 |
179 |
1,9 |
33 |
9 |
200 |
4,35 |
40 |
5 |
234 |
5,5 |
48 |
6 |
243 |
8,2 |
54 |
7 |
272 |
8,75 |
58 |
4 |
35 |
1 |
- |
Грунт, расположенный на расстоянии 140 мм, резко повышает свою температуру и уже через 35 ч имеет 0°С, а через 4,5 сут - 1,5°С. На расстоянии 360 мм температура грунта повышается, но остается отрицательной.
Время смерзания грунта составило 163 ч, в то время как у сваи диаметром 500 мм оно было всего 36 ч.
Пример 3. Бетонирование сваи-модели диаметром 650 мм с применением комплексной добавки ННХК+СПД+СДБ.
Рис. 52. Схема расположения термопар и температурный режим остывания бетона в свае-модели диаметром 650 мм (точки и кривые 1-5)
Состав бетона на 1 м3:
цемент марки М500 Норильского завода ... 435 кг
песок Мкр = 1,3 (хвостоотвалы+высевки) ... 545 »
щебень фракции 5-40 мм ............................. 1315 »
вода ............................................................... 230 л
ННХК, % массы цемента.............................. 3
СПД, % » » .............................. 0,02
СДБ, % » » ............................... 0,2
В/Ц= 0,52; ОК = 10-12 см.
Начальная температура бетона после укладки составила 13°С. Как видно из рис. 50, 52, характер и продолжительность остывания бетона в сваях диаметрам 500 и 650 мм одинаковы.
Таким образом, температурный режим остывания в сваях главным образом зависит от диаметра сваи или модуля поверхности конструкции и в меньшей степени от вида применяемых добавок и марки цемента.
Температура бетона в свае диаметрам 650 мм достигла 0°С в центре сваи через 224 ч, на боковой поверхности - через 200 и в угловой точке - через 144 ч. Нарушение мерзлотного режима грунта было незначительно. Максимальная зона оттаивания составила 10-15 см.
Пример 4. Наблюдения за изменением температуры, во времени у поверхности железобетонной сваи в натурных условиях проводились в Якутске.
На рис. 53 показан (режим остывания бетона в свае-модели на глубине 2; 4; 6,5 и 7,8 м от поверхности грунта. Следовательно, остывание бетона свай в натурных условиях Якутска до 0°С также происходит в течение 2-4 сут, а затем в течение 1-4 сут температура бетона сохраняется близкой к 0°С.
Рис. 53. Изменение температур во времени у поверхности
железобетонной сваи
1 - на глубине 2 м; 2 - то же, 4 м; 3 - то же, 6,5 м; 4 - то же, 7,8 м; 5 -
начальное распределение температур в грунте на глубине 4 м; 6 - естественное
распределение температур в грунте на глубине 4 м в октябре (максимальные
температуры); 7 - начальное распределение температур в грунте на глубине 6,5 м;
8 - естественное распределение температур в грунте на глубине 6,5 м в октябре
(максимальные температуры); 9 -
начальное распределение температур в грунте на глубине 7,8 м; 10 - естественное
распределение температур в грунте на глубине 7,8 м в октябре (максимальные
температуры)
Пример 5. Температурный режим бетона марки М 200 буронабивной сваи-модели диаметром 550 мм с электропрогревом приведен на рис. 54. Бетон приготовлялся без химических добавок, электропрогрев начинается сразу после укладки бетона в верхнюю, часть сваи. Электропрогрев длился 7 сут, а затем было термосное выдерживание сваи, укрытой теплоизоляционным материалом. На рис. 55 показан температурный режим остывания бетона, выдерживаемого комбинированным способам, для осуществления которого бетон с противоморозными добавками (ХК+НН+СДБ) был подвергнут кратковременному электропрогреву с последующим термосным выдерживанием.
Рис. 54. Температурный режим остывания бетона в свае-модели
диаметром 550 мм с электропрогревом
1 - утеплитель; 2 - температурная трубка; 3 - электроды; 4 - верхняя граница
вечномерзлого грунта; 5, 6 - электропрогрев в течение 7 сут; 7, 8, 9 -
термосное выдерживание
Рис. 55. Температурный режим остывания бетона, выдерживаемого
комбинированным способом
1, 2 и 3 - номера термопар и кривых
Таблица 62
Прочность бетона в зависимости от длительности остывания и средней температуры бетона
№ точки (термопары, рис. 55) |
Длительность остывания (оттаивания) до ±0°С, ч |
Средняя температура при остывании (оттаивании), °С |
Прочность бетона к моменту замерзания, % R28 |
1 2 3 |
137 135 133 |
5 3,6 1,8 |
30 27 25 |
Как видно из табл. 62, средняя температура бетона в период остывания до 0°С составляет от 1,8 до 5°С, а прочность 25-30% R28.
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Наименование строительной организации________________________
Объект__________________________
ЖУРНАЛ
ЗАМЕРА ТЕМПЕРАТУР ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
ВУРОНАБИВНЫХ СВАИ
Начало______________ ___________________Окончание
Дата |
Время, ч |
Температура, °С |
|||||||||||||||
бетонной смеси при бетонировании |
воздуха |
бетона головы сваи |
в свае на глубине, м |
Примечание |
|||||||||||||
0 |
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Руководство расположен в сборниках: |
Нравится
Твитнуть |