В статье представлен новый способ контроля температуры монолитного бетона в перекрытии при его выдерживании и устройство для его осуществления.
Ключевые слова: контроль температуры, выдерживание бетона, перекрытие.
Состояние бетона монолитных конструкций при выдерживании обычно определяют двум параметрам, подлежащим контролю и регистрации: температуре и прочности.
Температура является косвенным показателем качества бетона, который подлежит обязательному контролю при электропрогреве в зимних условиях. Выделяют два основных способа измерения температуры в процессе ее контроля при выдерживании монолитного бетона:
1) прямые (температуру измеряют термометром, который погружается в скважину, расположенную в теле конструкции);
2) косвенные (температуру измеряют инфракрасным термометром — пирометром, измеряется температура поверхности опалубки, после чего расчетом определяется температуру поверхности бетона, контактируемой с опалубкой).
Прямые измерения для оценки температуры бетона в перекрытии отличаются низкой технологичностью: для возможности проведения замеров необходимо предусматривать регулярные скважины в теле конструкции, рабочие настилы для перемещения по твердеющему перекрытию и т. д. Поэтому данные способ измерения температуры нельзя рекомендовать для массового использования при контроле процесса твердения бетона в перекрытиях зданий.
В настоящее время широкое распространение получил способ контроля температуры бетона, описанный в ряде технологических рекомендаций по зимнему бетонированию, например [1], а также в диссертационном исследовании [2]. Указанный способ реализуется следующим образом. На месте планируемых измерений температуры бетона определяют температуру воздуха. Далее при помощи пирометра определяют температуру наружной поверхности инвентарной или несъемной опалубки перекрытия. Затем по известным расчетным зависимостям [3, 4] вычисляют температуру выдерживаемого монолитного бетона по поверхности его контакта с опалубкой.
Результаты практического применения данного способа показали, что он не обеспечивает высокую точность измерений температуры опалубки и, как следствие, температуры бетона, по следующим причинам:
– отсутствуют мероприятия по подготовке поверхности опалубки к измерению температуры ее поверхности инфракрасным термометром;
– отсутствуют мероприятия по учету скорости и направления ветра, обдувающего опалубку при измерении температуры ее поверхности;
Для устранения указанных недостатков нами был разработан новый способ контроля температуры монолитного бетона в перекрытии, а также устройство для его реализации, которые обеспечивают высокую точность измерения температуры опалубки.
Разработанное устройство, предназначенное для устранения влияния ветра при измерении температуры, представляет собой полый усеченный конус, например из жести, с ручкой-держателем (рисунок). Вдоль большего основания конуса выполнены опорные выступы. Высота усеченного конуса составляет не менее 50 см., а высота опорных выступов не превышает 1 см.; внутренний диаметр большего основания усеченного конуса составляет не менее 60 см., а внутренний диаметр его меньшего основания составляет не менее 50 см.
Рис. 1. Устройство для реализации способа контроля температуры бетона: 1 — полый усеченный конус; 2 — опорные выступы; 3 — ручка-держатель
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На месте контроля температуры бетона перекрытия с определенной периодичностью, установленной технологическими регламентами или проектом, измеряют температуру воздуха, например, электронным термометром. Далее участок наружной поверхности опалубки перекрытия (инвентарной или несъемной), выбранный для определения температуры монолитного бетона по поверхности его контакта с палубой, очищают от наслоений грязи, налипшего бетона или цементного молока. Затем к очищенной поверхности опорными выступами прижимают разработанное устройство, так, чтобы геометрические центры очищенной поверхности опалубки и большего основания устройства совпали друг с другом. Устройство удерживают в таком положении при помощи ручки-держателя не менее одной минуты, при этом при помощи инфракрасного термометра определяют температуру поверхности опалубки, не менее двух раз подряд. Площадь поверхности, для которой определяется температура, при этом должна быть ограничена площадью большего основания устройства. Полученные результаты измерений сопоставляют для оценки их достоверности, при необходимости находят среднее арифметическое результатов. Вычисляют температуру выдерживаемого монолитного бетона по поверхности его контакта с палубой по известным расчетным зависимостям между температурой наружной поверхности опалубки и температурой бетона по поверхности его контакта с палубой, при этом скорость ветра, которую рекомендовано учитывать в расчетных зависимостях, принимают нулевой.
Высокая точность измерений температуры поверхности опалубки, согласно способу, достигается следующим.
1.Устранением измерительных погрешностей, возникающих при обдувании поверхности опалубки ветром или, напротив, возникновения застоя воздушных масс. При использовании разработанного устройства, поверхность опалубки, на которой измеряется температура, защищена от ветра, но при этом исключается вероятность возникновения аэростаза (застоя воздуха), окружающего данную поверхность опалубки из-за наличия щелей между опорными выступами;
2.Обеспечением возможности проверки достоверности полученных дублированных измерений. В способе предусмотрено сопоставление полученных данных и, при необходимости, вычисление их среднего арифметического.
3.Обеспечением согласованности оптического разрешения пирометра и внутренних диаметров оснований устройства. Размеры устройства определены таким образом, чтобы при измерении температуры поверхности опалубки пирометром, пятно измеряемой поверхности находилось внутри окружности, образованной основанием устройства.
Как было отмечено выше, для вычисления температуры выдерживаемого монолитного бетона по поверхности его контакта с опалубкой необходимо определить следующие параметры:
– температуру поверхности опалубки — tп, ºС;
– температуру наружного воздуха — tн.в., ºС.
Кроме этих величин, которые меняются в процессе контроля температуры бетона, также необходимо определить термическое сопротивление конструкции опалубки R, м2·ºС/Вт. Для фанерной опалубки толщиной 21 мм, термическое сопротивление R = 0,017 м2·ºС/Вт.
Полная формула для определения температуры бетона, составленная на основе стационарного уравнения Фурье теплопроводности первого рода, выглядит следующим образом:
,(1)
где σ = 5,67 10–8 Втм-2К-4 — постоянная Стефана-Больцмана;
ε — степень черноты полного нормального излучения материала ограждения (опалубки), для деревянной опалубки ε = 0,85;
к — конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи воздуха, зависящая от скорости ветра, в случае использования предлагаемого способа и устройства скорость ветра следует считать нулевой, поэтому к = 3,77 Вт/м2°С.
Применив данные, представленные в [1 и 4], формулу (1) можно упростить до следующего вида:
.(2)
Таким образом, при использовании предлагаемого способа, температуру бетона с высокой точностью можно определять по формуле (2), адаптированной для расчетов на строительной площадке.
Предлагаемый способ контроля температуры монолитного бетона в перекрытии позволит с высокой точностью проводить измерения температуры и, как следствие, повысить качество процесса контроля набора прочности бетона несущих конструкций.
На представленный в статье способ и устройство для его осуществления оформлена заявка на патент РФ на изобретение, проходящая в настоящий момент экспертизу в ФИПС.
Литература:
1. Р-НП СРО ССК-02–2015 Рекомендации по производству бетонных работ в зимний период. НП СРО «Союз строительных компаний Урала и Сибири». Челябинск, 2015. — 84 с.
2. Зиневич, Л. В. Разработка технологии оперативного температурно-прочностного контроля бетона при выдерживании монолитных конструкций в условиях современного скоростного строительства: дис … к-та техн. наук: 05.23.08 / Зиневич Людмила Владимировна — Москва, 2009. — 200 с.
3. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях / под ред. Б. А. Крылова и др. М.: НИИЖБ, 2005. — 275 с.
4. Головнев, С. Г. Оптимизация методов зимнего бетонирования / С. Г. Головнев. Л.: Стройиздат, 1983. — 235 с.
