Модуль поверхні бетону: визначення, приклади розрахунку.

Що це за параметр - модуль поверхні? Нам належить познайомитися з новим для себе поняттям і вивчити способи розрахунку його значень для реальних конструкцій. Крім того, ми торкнемося основи зимового бетонування і вплив модуля поверхні на застосовувані при цьому методи проведення робіт.

Що це таке

визначення

Ідеальний час для бетонних робіт на відкритому повітрі - теплий сезон. На жаль, не завжди є можливість дочекатися весни: в ряді випадків монолітне будівництво здійснюється і при негативних температурах.

Крім того: в ряді регіонів країни теплий сезон просто-напросто занадто короткий. У Якутську, наприклад, середньомісячна температура вище нуля лише п'ять місяців на рік.

При бетонуванні в мороз основна проблема - дати бетону набрати міцність до початку кристалізації води в ньому. Основні методи її вирішення зводяться до теплоізоляції опалубки або підігріву покладеної суміші. При цьому вибір конкретного рішення визначається перш за все тим, наскільки швидко форма з бетоном буде остигати.

Швидкість же, з якою певна конструкція буде втрачати тепло, визначається відношенням площі її охолоджувальної поверхні до об'єму.

Модуль поверхні бетонної конструкції - це, власне, і є ставлення її охолоджувальної площі до внутрішнього об'єму. Формула модуля поверхні бетону гранично проста: Мп = S / V, де Мп - модуль поверхні; S - площа поверхні конструкції, що контактує з холодним повітрям, грунтом або охолодженими нижче нуля іншими елементами конструкції; V - повний об'єм моноліту.

Оскільки в чисельнику формули значення вказується в квадратних метрах (м2), а в знаменнику - в кубічних (м3), шуканий параметр буде вимірюватися в дивних одиницях, описуваних як 1 / м, або м ^ -1.

Важливий момент: оскільки процес набору бетоном міцності практично припиняється при охолодженні до 0 градусів (температури кристалізації води), охолоджуваними вважаються лише ті частини поверхні моноліту, які контактують з більш холодним повітрям, підставою або конструктивними елементами.

приклади розрахунку

Давайте розрахуємо цікавий для нас параметр для плитного фундаменту розміром 6х10 м і товщиною 0,25 м, що укладається при мінусовій температурі навколишнього середовища на талий грунт.

1. Очевидно, що охолоджуватися будуть всі поверхні плити, крім нижньої: Вона адже контактує з грунтом, що має температуру вище нуля. Складаємо їх площі: (6 х 0,25) х 2 + (10 х 0,25) х 2 + 6 х 10 = 3 + 5 + 60 = 68 м2.
2. Розраховуємо обсяг плити. Він дорівнює, як ми пам'ятаємо зі шкільного курсу геометрії, твору сторін прямокутного паралелепіпеда: 10 х 6 х 0,25 = 15 м3.
3. Обчислюємо модуль поверхні: 68 м2 / 15 м3 = 4,5(3) 1/м.

На практиці розрахунки балок, циліндрів з переходами діаметрів та інших конструкцій можуть бути досить складні і займати значний час. Як і всі люди, будівельники схильні по можливості спрощувати собі життя; для цієї мети існує кілька спрощених формул розрахунків для основних конструктивних елементів.

Що з цим робити

Отже, ми навчилися обчислювати якийсь параметр, який впливає на швидкість охолодження масиву на холоді. І як застосувати його в реальному будівництві?

Швидкість нагріву і охолодження

Оскільки забезпечити одночасний нагрів або охолодження бетону по всьому об'єму масиву неможливо, будь-яка зміна умов волею-неволею призведе до появи дельти температур між ядром і поверхнею.

Увага: ця дельта буде тим більше, чим більш масивна конструкція. Тобто, простіше кажучи, чим менше відношення її площі до обсягу.

Збільшення перепаду температур між ядром і поверхнею неминуче призведе до зростання внутрішніх напружень в матеріалі; оскільки мова йде про бетоні, що не набрало міцність, тріщини не просто можливі - гарантовані.

Вихід? Він зводиться до того, щоб максимально уповільнити зміна температури поверхні масиву.

Стабільність температур при охолодженні забезпечується, як правило, теплоізоляцією бетонного моноліту; при нагріванні - регулюванням потужності кабелю для бетону або теплової гармати.

Вибір способу підтримки температури

Це використання отриманого значення модуля поверхні має пряме відношення до розрахунку швидкості нагріву / охолодження: на основі виконаного розрахунку вибирається спосіб стабілізації температури до набору бетоном міцності.

Для модуля поверхні не вище 6 досить так званого способу термоса. Форма просто-напросто якісно теплоізолюється, що істотно зменшує тепловіддачу.

Крім того: в процесі гідратації (хімічних реакцій портландцементу з водою) виділяється досить значна кількість тепла, яке сприяє саморазогрева суміші.

Для Мп в діапазоні 6 - 10 1 / м можливо кілька рішень:

• Суміш розігрівається перед укладанням в форму. В цьому випадку при належній теплоізоляції збільшується період її охолодження до критичної температури (0 градусів); мало того - гарячий бетон схоплюється і набирає міцність набагато швидше.

• У суміш вводяться добавки, що прискорюють її затвердіння. Як варіант - застосовуються швидкотверднучі портландцемент високих марок, які, крім прискореного набору міцності, корисні тим, що в процесі гідратації виділяють більше тепла.
• Альтернативний підхід зводиться до зниження температури кристалізації води в застигаючої бетонної суміші. Завдяки відповідним добавкам набір міцності триває при негативних температурах.

Корисно: варто застерегти від використання для цієї мети сольових розчинів. Їх ціна дійсно нижче спеціалізованих синтетичних добавок; проте вона нівелюється високим (від 5%) вмістом солі у воді для замішування. При цьому високий вміст солей знижує підсумкову міцність бетону і сприяє прискореної корозії арматури.

Нарешті, для модуля поверхні понад 10 єдине здорове рішення - підігрів бетону гріє кабелем або тепловими гарматами до набору певного відсотка проектної міцності. Значення мінімальної міцності до заморозки залежить від класу бетону і області експлуатації моноліту; повна інструкція по підбору значень міститься в СНиП 3.03.01-87.

розпалублення

Після набору мінімально необхідної міцності і стабілізації температури моноліту знімається опалубка і забирається теплоізоляція. Оскільки це відбувається при негативних температурах, дельта між поверхнею бетону і навколишнім повітрям теж важлива і теж прив'язана до модуля поверхні.

• При Мп, що лежить в діапазоні 2-5, і коефіцієнті армування (щодо загального перерізу арматури до перетину моноліту) до 1% максимально допустима дельта температур становить 20 С.
• При коефіцієнті армування від 1 до 3 відсотків максимальна дельта температур - 30 градусів.
• При коефіцієнті армування понад 3% повітря може бути на 40 градусів холодніше бетону.
• При модулі поверхні понад 5 1 / м максимально допустимі перепади температур для різних коефіцієнтів армування приймають значення 30, 40 і 50 градусів відповідно.

Обробка зимового бетону

Якщо після набору повної міцності зимовий бетон і моноліти з непідготовленого бетону нормальної вологості обробляються цілком традиційно, то перфорація і пристрій прорізів в моноліті до набрання ним міцності має свою специфіку.

Простіше кажучи, не набрав марочну міцність і замерзлий бетон не варто дробити відбійним молотком і перфоратором. В цьому випадку можлива поява тріщин.

Оптимальний спосіб улаштування прорізів - формування опалубки для них ще на стадії заливки моноліту. Серед іншого, в цьому випадку можлива повноцінна анкеровка країв арматури по краях отвору. Там, де це неможливо і отвір доведеться вирізати за місцем, застосовується рифлена арматура: рифлення на її поверхні саме по собі служить анкером для прутка.

Корисно: для пристрою отвору (наприклад, продуху або введення комунікацій в стрічковому фундаменті) при його заливанні своїми руками досить закласти в опалубку асбестоцементную або пластикову трубу відповідного діаметру.

Для власне обробки там, де без неї не обійтися, кращий алмазний інструмент. Алмазне буріння отворів в бетоні не вимагає використання ударного режиму; як наслідок - менша ймовірність тріщин і відколів. Різка залізобетону алмазними колами залишає краю різу ідеально рівними і, що дуже зручно, не вимагає зміни ріжучого круга при різанні армування.

суміжне поняття

Нескладна асоціативна ланцюжок змусить нас торкнутися ще одне поняття, що відноситься до бетонних конструкцій. Це так званий модуль Юнга для бетону (він же - модуль пружності або модуль деформації).

Значення модуля визначається експериментально, за результатами випробування зразка, вимірюється в паскалях (частіше, з урахуванням високих значень, в мегапаскалях) і позначається символом Е. Чесно кажучи, цей параметр цікавий лише фахівцям і при малоповерховому будівництві не враховується.

Спрощено кажучи, цей параметр описує здатність матеріалу короткочасно деформуватися при значних навантаженнях без незворотних порушень внутрішньої структури. Ще простіше? Будь ласка: чим вище модуль пружності, тим менше ймовірність, що при ударі кувалдою від фундаменту відпаде шматок бетону.

Після такого визначення логічно припустити, що модуль пружності (або деформації) пов'язаний з міцністю на стиск і, відповідно, маркою (класом) матеріалу.

Дійсно, залежно практично лінійна.

• Для важкого бетону природного твердіння класу В10 модуль деформації дорівнює 18 МПа.
• Класу В15 відповідає значення в 23 МПа.
• В20 - 27 МПа.
• Модуль деформації бетону В25 дорівнює 30 МПа.
• Класс В40 - 36 МПа.

висновок

Сподіваємося, що ні втомили читача великою кількістю нудних визначень і сухих цифр. Як завжди, додаткову тематичну інформацію можна знайти в доданому відео в цій статті. Успіхів!