Метод термоса заключается в том, что бетонную смесь, имеющую положительную температуру ( обычно 15…30° С) укладывают в утепленную опалубку.
Содержание статьи:
◊ Прогрев бетона в зимнее время
◊ Бетонирование в зимних условиях
В результате этого бетон конструкции набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и экзотермического тепловыделения цемента за время остывания до 0°С. Начальное теплосодержание 1 м³ нагретой на 1° С бетонной смеси Qб составляет:Qб =Сб =1,05· 2400 1 =2520 кДж/(м³ °С), где Сб-удельная теплоемкость бетона, кДж/кг °С; б-плотность бетона, кг/м³.
Это же количество тепла необходимо внести в 1 м³ бетона для нагрева на 1° ( градус) независимо от вида и метода передачи ему энергии. В процессе твердения бетона выделяется экзотермическое тепло, количество которого зависит от вида применяемого цемента и температуры выдерживания. Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы.
Так, при применении бетона на портландцементе 500 ( при расходе цемента 300 кг) и твердении при 40°С, 1 м³ получают следующее количество тепла : через 12 часов -167 · 300 =50100 кДж, через 1 сут-209 · 300 = 62700 кДж, через 2 сут-272 ·300=81600 кДж и так далее. Это количество тепла обеспечит экзотермический разогрев 1 м³ бетона; через 12 ч-на 20°С, через 1 сут -на 25° С, через 2 сут-на 32 °С.
Таким образом, экзотермия цемента в значительной степени обеспечивает теплосодержание бетона конструкции выдерживаемого методом термоса. Поэтому при применении метода термоса рекомендуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермических портландских и быстротвердеющих цементах , укладывать с повышенной начальной температурой и тщательно утеплять конструкцию.
Таблица-1. Тепловыделение цементов различных видов и марок в зависимости от температуры и времени твердения
Метод тем эффективнее , чем массивнее бетонируемая конструкция.Степень массивности конструкций характеризуется модулем ее поверхности Мп-отношением площади охлаждаемых поверхностей конструкции F к ее объему V:Mп=F/V. Для колонн, балок и других линейных конструкций Мп определяется отношением периметра к площади поперечного сечения. При применении метода термоса невозможно активно регулировать процесс остывания выдерживаемой конструкции.
Таблица-2. Коэффициенты теплопередачи опалубок и укрытий неопалубленной поверхности бетона различной конструкции
Поэтому расчетом следует определять продолжительность этого остывания и строго соблюдать предусмотренные расчетом условия. Расчет должен показать, что выдерживаемая конструкция при принятых условиях ( при данном виде , марке и расходе цемента, утеплении опалубки и открытых поверхностей, начальной температуре бетона и температуре наружного воздуха ) будет остывать до 0 °С в течение времени , необходимого для приобретения им заданной прочности. С достаточной для практики точностью продолжительность остывания бетона ,- τ, ч можно определить по формуле Б.Г. Скрамтаева
τ=[Сбγб(tб.н-(tб.к)+ЦЭ]/3,6КМп((tб.ср-tн.в);
где γб-плотность бетона , кгс/м³; tб.н-начальная температура бетона после укладки, °С; tб.к-температура бетона к концу остывания ,°С; в запас прочности для бетонов без противоморозных добавок рекомендуется принимать 5 °С; Ц-расход цемента, кг/м³; Э-тепловыделение цемента , кДЖ/кг, за время твердения бетона принимается по таблице-1; К-коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, Вт/м²·°С; , определяют по таблице -2 или специальным расчетом ( приводится в соответствующих справочниках); Мп-модуль поверхности, м−¹;tб.ср-средняя температура за время остывания бетона,°С; определяется эмпирической зависимостью :tб.ср=tб.н/(1,03+0,181 Мп+ 0,006tб.н); tн.в-температура наружного воздуха, °С;
Рисунок-1. Графики нарастания прочности бетона
а-при температуре до 50°С бетона на портландцементах марки 4–…500; б-при температуре до 50°С на шлакопортландцементах марок 300…400; в-при прогреве бетона на портландцементах марок 400…500; г-при прогреве бетона на шлакопортландцементах марок 300…400
Определив таким образом продолжительность остывания , по графикам набора прочности ( см. рис-1) в зависимости от средней температуры твердения устанавливают прочность, полученную бетоном. Если эта прочность соответствует требуемой прочности к моменту остывания, то заложенные в расчет параметры выдерживания принимают для производства работ.
Рассмотренный метод термоса ( в практике строительства его называют обычным или классическим применяют при бетонировании массивных конструкций с Мп≤6 при укладке смесей на портландцементе и с Мп<10 на быстротвердеющем портландцементе. Модификация метода термоса ( термос с добавками -ускорителями и горячий термос позволяют расширить область его применения на конструкции с большим Мп