- Монолитное
строительство в экстремальных условиях
Возрастающие объемы монолитного строительства
диктуют необходимость перехода на надежные
скоростные технологии с обеспечением
качества выполняемых конструкций зданий
и сооружений.
«Программа
развития строительного комплекса Российской
Федерации на 1997-2000 годы и концепция на
период до 2005 года» предусматривают ускоренное
создание и освоение техники нового поколения,
высокоэффективных и интенсивных технологий
и их научного обеспечения, повышающих
эффективность и надежность строительства.
Большое внимание уделяется совершенствованию
технологии зимнего бетонирования и производству
работ в экстремальных условиях и критических
ситуациях, учитывая, что тенденция к дальнейшему
расширению области применения монолитного
бетона и железобетона становится все
более приоритетной. В этой связи проведен
комплекс аналитических и экспериментально-производственных
исследований на основе системного подхода,
концепции интенсификации технологических
процессов и целевой комплексной программы.
Особое место занимают новые технологии,
обеспечивающие управление режимами тепловлажностной
обработки бетона, включая процессы остывания
конструкций.
Разработаны
новые опалубочные системы «ТОНУС-Комби
М», основанные на принципе плоских нагревателей.
Они прошли производственную апробацию
и успешно применяются в строительных
организациях России. Конструктивно-технологические
решения опалубочных систем - термоактивная
блок-форма (1049642), щитовая опалубка перекрытий
(2138606), термоактивный низковольтный опалубочный,
щит (2125635) - защищены патентами Российской
Федерации. Аналитические и экспериментально-производственные
исследования теплофизических основ и
технологических особенностей кондуктивного
воздействия на бетон новых опалубочных
систем «ТОНУС-Комби М» и структурно-физических
превращений в бетоне на стадиях трех
фаз (массопереноса, структу-рообразования
и напряженно-деформированного состояния)
и анализ полученных результатов позволили
установить зависимость физических процессов
в период разогрева и подъема температуры,
динамики набора прочности бетоном от
скорости подъема температуры, а также
оценить зависимость влияния тепло- и
массопереноса как следствия температурных
градиентов на структурные изменения
в бетоне и вытекающие из них изменения
физико-механических характеристик бетона
монолитных конструкций.
Наиболее
ответственными и сложными в исполнении
являются конструкции межэтажных перекрытий,
требующие значительных затрат времени
и расхода материально-энергетических
ресурсов.
С целью интенсификации технологических
процессов выполнения монолитных перекрытий
успешно применяется новая щитовая опалубка
перекрытий, отличающаяся от известных
опалубок возможностью эффективного управления
процессами твердения и остывания бетона
с обеспечением условий формирования
однородных тепловых полей и получения
конструкций высокого качества. Конструктивно-технологическое
решение новой опалубочной системы обеспечивает
возможность вертикального опускания
термоактивных теплоизолиро-ванных щитов
за счет изменяющейся ригельной системы,
что позволяет управлять процессами остывания
бетона перекрытий.
Интенсивные
способы и методы разработаны и защищены
патентами Российской Федерации.
Первый
из них - способ возведения монолитных
бетонных и железобетонных конструкций
(№ 2119025) - отличается от уже известных
возможностью интенсификации процессов
твердения бетона и остывания конструкций
за счет управления этими процессами на
основе применения новой термоактивной
низковольтной опалубочной системы. Ее
конструктивно-технологические решения
включают стойки, ригели, фанерную палубу
и размещенные на ее поверхности термоизолированные
пазогребневые греющие панели из высокопрочного
пенополистирола, оборудованные плоскими
нагревателями, составляющими термоактивные
покрытия этих панелей.
Другой, электроимпульсный способ распалубки
бетонных и железобетонных конструкций
(1766674) отличается от применяемых традиционно
механических способов тем, что стальная
палуба опалубочной системы, выполняющая
функцию нагревателя за счет непосредственного
включения ее в электрическую цепь низкого
напряжения, после окончания процесса
термообработки бетона вновь включается
в электрическую цепь на 10-15 мин и нагревается
до температуры +50...+150°С. Подача такого
кратковременного электрического импульса
приводит к тепловому расширению металла
элементов опалубочной системы по всей
контактирующей поверхности, значительно
опережающему объемное расширение бетона.
В результате снижается сцепление бетона
с палубой и образуется технологический
зазор, способствующий свободному отрыву
палубы от бетона, что обеспечивает механизированное
разопалубливание конструкций без применения
дополнительных приспособлений.
Электроимпульсный способ распалубки
конструкций первоначально был предложен
для объемной блочной опалубки в виде
блок-форм с греющей металлической палубой
и успешно реализован в производственных
условиях, а затем применен при разопалубливании
различных конструкций (колонн, ленточных
фундаментов, наружных и внутренних стен,
межэтажных перекрытий), выполняемых с
применением комбинированных термоактивных
опалубочных систем с графито- и металлопластиковыми
нагревателями, в том числе переоборудованных
с применением этих плоских нагревателей
опалубок и опалубочных систем в термоактивные.
Такой способ исключает деформирование
узлов и контактов элементов термоактивных
опалубочных систем, имеющее место при
использовании традиционных методов разопалубливания
конструкций с механическим воздействием
на опалубки.
Разработаны
критические технологии скоростного монолитного
строительства и изготовления доборных
элементов, нашедшие применение при всесезонном
производстве работ в экстремальных условиях.
Принятые модели теплового воздействия
на бетон основаны на принципе «закрытой
поверхности», исключающем наличие открытых
бетонных поверхностей выполняемых конструкций.
Исследованиями
установлено значительное повышение технологического
эффекта при двусторонней теплоизоляции:
сокращение времени разогрева бетона
и повышение КПД термоактивных низковольтных
систем, снижение температурных градиентов,
повышение однородности тепловых полей
при разогреве и остывании бетона, что
в конечном итоге приводит к повышению
физико-механических характеристик и
улучшает структуру бетона.
На основе
производственного опыта и системного
анализа разработана классификация критических
и экстремальных ситуаций, возникающих
в реальных условиях строительства. При
этом учитывалось, что одним из главных
негативно влияющих на бетон изменяющихся
внешних факторов является аварийное
отключение систем энергообеспечения
и термообработки бетона в ранние сроки
его твердения (до достижения критической
прочности), а также в период бетонирования,
особенно при низких отрицательных температурах
и значительном ветровом воздействии.
В результате
объемных экспериментально-производственных
исследований разработана комплексная
система обеспечения надежности монолитного
строительства в экстремальных условиях,
основанная на принципе дублирующих систем,
классифицированных по двум классам.
Надежность
интенсивных критических технологий монолитного
строительства и изготовления доборных
элементов является результирующей трех
составляющих:
- опалубочных систем и нагревательных элементов;
- ускоренных способов и методов;
- дублирующих систем энергообеспечения
и термообработки бетона.
Новые
типы нагревателей (графитопластиковые,
металлопластиковые и греющая металлическая
палуба) обладают высокой надежностью
и значительным (до 50 000 ч) ресурсом безотказной
работы.
Использование
в экстремальных условиях монолитного
строительства принципа дублирующих систем
(энергообеспечения и термообработки
бетона) значительно повышает надежность
технологии, исключает возможность проявления
деструктивных процессов. Исследованы
различные ситуации возможного аварийного
отключения основных систем энергообеспечения
и термообработки бетона и перехода на
дублирующие системы. Анализ и оценка
расчетных и экспериментальных данных
свидетельствуют о создании наиболее
негативных условий формирования тепловых
полей и твердения бетона при раннем (1-2
ч) аварийном отключении основной системы
энергообеспечения.
Оперативный
переход на применение дублирующих систем
во всех экспериментах и при производственном
внедрении обеспечивал исключение негативных
процессов в структурообразовании бетона.
Производственное освоение новых технологий
монолитного строительства выявило их
высокую надежность, сокращение времени
изготовления конструкций, снижение трудовых
и материально-энергетических затрат,
высокий технический и технологический
уровень монолитного строительства, качество
конструкций, отвечающее требованиям
СНиП. Новые технологии монолитного строительства
в экстремальных условиях рекомендованы
к широкому применению во всех регионах
Российской Федерации, особенно в условиях
Дальнего Востока и Крайнего Севера.
Выводы:
1. Разработаны и защищены
пятью патентами Российской Федерации
новые интенсивные критические
технологии монолитного строительства
в экстремальных условиях, основанные
на развитии кондуктивного метода
термообработки бетона с применением
термоактивных низковольтных опалубочных
систем нового поколения «ТОНУС-Комби
М».
Опалубочные системы на основе плоских
нагревателей массой до 15 кг/м2 с циклом
оборачиваемости до 100 оборотов, комбинированные
опалубочные системы с греющей металлической
палубой с пластиковым покрытием, отечественные
и зарубежные опалубки, переоборудованные
в термоактивные, обеспечивают эффективное
управление процессами тепло-влажностной
обработки бетона, включая процессы остывания
конструкций. Управляемые режимы тепловлажностной
обработки бетона при удельной мощности
опалубочных систем в широком диапазоне
100-1000 Вт/м2 обеспечивают в экстремальных
условиях однородные тепловые поля в теле
бетона монолитных конструкций различной
массивности и достижение бетоном до 70%
проектной прочности в течение 1-1,5 суток.
2. Разработана комплексная
система обеспечения технологической
надежности монолитного строительства
в экстремальных условиях, основанная
на применении дублирующих систем.
Ее реализация исключает негативное
воздействие на твердеющий бетон
случайных факторов окружающей
среды при производстве работ
в экстремальных условиях, чем
обеспечивается однородная структура
бетона и высокое качество конструкций.
Повышению надежности технологии способствует
смещение процесса твердения бетона в
ночные энергозоны минимального энергетического
потребления, обеспечивающее также и снижение
стоимости работ.
3. Экономический эффект
применения новых интенсивных
критических технологий монолитного
строительств в экстремальных
условиях составляет 626,7 тыс. руб. на
одну секцию 10-этажного жилого дома.
На 1 м3 бетона экономится 50 кВт • ч электроэнергии
и 1,2 чел.-ч трудозатрат. Цикл твердения
бетона сокращается в 3-5 раз.
- Возведение железобетонных монолитных зданий
В современном
строительстве возведение зданий и сооружений
из монолитных железобетонных конструкций
составляет более 60% по объёму. Из монолитного
бетона возводят большинство зданий, подземные
сооружения, опоры мостов, гидротехнические
сооружения, резервуары, трубы, подпорные
стенки и многое другое.
Здания из монолитного
железобетона разделяются на монолитные
и сборно-монолитные и выполняются по
следующим конструктивным схемам:
- монолитные несущие и ограждающие конструкции;
- монолитный каркас (колонны и перекрытия),
наружные и внутренние стены сборные или
каменных материалов;
- монолитные наружные и внутренние стены,
перекрытия и пер-городки сборные;
- отдельные части зданий из монолитного
железобетона (ядра жёсткости, сплошные
плиты перекрытий).
Здания из монолитного железобетона имеет
ряд достоинств по отношению к зданиям
других конструкций:
- высокая архитектурная выразительность
фасадов зданий за счёт свободных (от размерных
модулей) объёмно-планировочных решений,
возможность строительства зданий сложной
конфигурации в плане;
- исключаются многочисленные стыки сборных
элементов (или снижается их количество),
что ведёт к уменьшению номенклатуры видов
СМР, снижению трудоёмкости, повышению
качества строительства;
- экономятся основные строительные материалы
(металл-арматура, цемент, кирпич, лесоматериалы)
за счёт рациональных конструктивных
решений;
- экономический эффект снижения суммарной
трудоёмкости и приведённых трудозатрат
(снижение затрат на создание и эксплуатацию
производенной базы, экономия материалов,
уменьшение энергозатрат).
Вместе с тем монолитное домостроение
имеет особенности, сдерживающее его более
широкое применение:
- увеличенная трудоёмкость некоторых
процессов ( опалубочные, арматурные работы,
уплотнение бетонной смеси и др.);
- необходимость тщательного выполнения
технологических регламентов производства
работ и контроля их качества;
- относительно сложные технологические
процессы, что диктует повышенную требовательность
к квалификации работников.
Дальнейшее развитие монолитного строительства
базируется на совершенствовании технологий
опалубочных, арматурных и бетонных работ:
- использование инвентарной, быстроразъёмной
опалубки модульных опалубочных систем;
полимерных, антиадгезионных покрытий,
снижающих затраты труда по очистке и
смазке щитов опалубки;
- более широкое применение эффективных
несъёмных опалубок, применение самоподъёмных
опалубок;
- использование армокаркасов полной готовности,
переход от сварных соединений к механическим
стыкам;
- совершенствование бетоноукладочных
комплексов (транспортирование и укладка
бетонных смесей) за счёт применения высокопроизводительной
механизации;
- переход на высокоподвижные и литые смеси,
исключающие (или снижающие объём) работы
по их уплотнению, совершенствование средств
укладки и уплотнения бетонных смесей.
Комплексный процесс возведения зданий
из монолитного железобетона состоит
из заготовительных и построечных работ.
Заготовительные
работы включают: изготовление опалубки,
артурных изделий, армоопалубочных блоков,
приготовление бетонной смеси. Эти процессы
выполняются вне строительной площадки
(или за пределами зоны работ), как правило
в заводских условиях.
Построечные процессы
выполняются непосредственно на строительной
площадке. К ним относятся: установка опалубки
и арматуры; транспортирование, распределение
и укладка бетонной смеси; выдерживание
и уход за бетоном; демонтаж опалубки.
Организация работ
должна предусматривать максимальную
совместимость работ по времени и поточность
на базе комплексной механизации всех
работ. Ведущий процесс в монолитном домостроении
– укладка и уход за бетоном, поэтому в
основе комплексной механизации лежит
применение того или иного бетоноукладочного
комплекса.
Бетоноукладочный комплекс – устанавливаемая
в строительной технологической документации
цепочка машин и механизмов по которой
перемещается бетонная смесь от места
изготовления до места укладки в конструкцию.