МИНТРАНССТРОЙ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ТЕХНИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЗАЩИТЕ
БЕТОННЫХ МОСТОВЫХ ОПОР ОТ ОБРАЗОВАНИЯ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ ТРЕЩИН

Москва 1958

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

В больших и средних мостах, в том числе в районах с суровым климатом в настоящее время преобладают монолитные бетонные конструкции опор. Недостатком большинства таких опор является наличие температурных трещин в поверхностных слоях. Эти трещины ухудшают состояние бетонных опор, снижают их долговечность и являются началом разрушения бетонной кладки.

Настоящие Технические указания составлены на основании теоретических и экспериментальных исследований влияния колебаний температуры наружного воздуха на прочность бетонных опор. Теоретические исследования проводились методом гидравлических аналогий проф. В.С. Лукьянова.

В указаниях дан метод расчета промежуточных бетонных опор мостов на температурные воздействия и указаны способы борьбы с образованием температурных трещин.

Указания разработаны в Лаборатории гидравлических и электрических аналогий ЦНИИС Минтрансстроя проф. В.С. Лукьяновым и канд. техн. наук. И.И. Денисовым. При их разработке учтены предложения и замечания, полученные от управлений, проектных и строительных организаций Министерства транспортного строительства и Министерства путей сообщения.

Технические указания рассмотрены и утверждены Техническим управлением Министерства транспортного строительства и согласованы с отделом искусственных сооружений Главного управления пути и сооружений Министерства путей сообщения.

Замечания и запросы по данным Техническим указаниям просьба направлять по адресу: ст. Лосиноостровская Северной ж. д., Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства. Информационно-издательский отдел.

Директор института
Член-корреспондент
Академии строительства и архитектуры СССР                     С. БРЫКИН

ВВЕДЕНИЕ

Бетонные опоры мостов большей частью применяются при пересечениях дорогами водоемов. Условия работы опоры неодинаковы по всей ее высоте. Существуют 3 зоны: нижняя часть опоры работает в водной среде, верхняя - в воздушной и промежуточная - работает попеременно, то в воздушной, то в водной среде.

Наиболее угрожаемой с точки зрения разрушения бетона является переменно смачиваемая зона опоры, в которой поверхностные слои подвергаются: многократному замораживанию и оттаиванию; увлажнению и высыханию; воздействию химически агрессивных вод; истирающему действию льда, гравия и песка; ударам волн, судов, льдин и других плывущих в воде предметов. К бетону в этой зоне должны предъявляться повышенные требования. В переменно смачиваемой и несмачиваемой зонах бетонных опор часто наблюдаются трещины, возникающие вследствие колебаний температуры воздуха в период эксплуатации опор.

Для оценки опасности появления температурных трещин и обоснованного назначения необходимых мероприятий по их предупреждению в Технических указаниях дается способ расчета максимальных термоупругих деформаций в бетонных опорах. При этом, под термином термоупругие деформации понимается та часть температурных деформаций, которая вызывает напряжения в бетоне. Вычисление термоупругих деформаций методами теории упругости встречает большие математические трудности. Поэтому, в указаниях принят способ расчета максимальных термоупругих деформаций, основанный на гипотезе плоских сечений, как более простой доступный и достаточно точный для практики. Вначале после бетонирования в опоре нет никаких напряжений от неравномерного распределения температур по сечению потому, что бетон находится в пластичном состоянии. Постепенно бетон твердеет и приобретает свойства твердого тела в котором дальнейшее неравномерное изменение температуры массива вызывает появление термоупругих деформаций и напряжений.

Если изобразить графически распределение температур по сечению бетонной опоры в тот момент, когда в опоре еще не возникает температурных напряжений, то мы получим температурную кривую нулевых напряжений. В указаниях за расчетную кривую нулевых напряжений принимается кривая распределения температуры в бетоне через пять суток после бетонирования. Температурная кривая пулевых напряжений для бетонной опоры может быть легко построена при помощи специальных графиков (приложение III).

В то же время для опоры существует какое-то наиболее невыгодное распределение температур, которое вызывает наибольшие растягивающие термоупругие деформации. Понятно, что наиболее невыгодным распределением температур будет такое, при котором температура поверхности бетона понизилась в наибольшей степени по сравнению с температурой бетона внутри опоры. Кривая невыгоднейшего распределения температур для бетонной опоры также просто строится с помощью карт и графиков (приложение II), в зависимости от толщины опоры и от климатических условий.

Для подсчета максимальных растягивающих термоупругих деформаций нужно кривую невыгоднейшего распределения температур наложить на температурную кривую нулевых напряжений так, чтобы положительная (внизу) и отрицательная (наверху) площади эпюр, ограниченных этими кривыми, были равны между собой. Это следует из того, что сумма всех внутренних сил в сечении опоры должна быть равна нулю, а кроме того, сама опора и распределение в ней температур принимаются симметричными. (При определении термоупругих деформаций опора рассматривается как плита неограниченного протяжения). Методика определения максимальных растягивающих деформаций в бетонной опоре дана в приложении 1. Растягивающие термоупругие деформации в бетонных опорах подобны растягивающим деформациям в бетоне при изгибе. Предельная относительная растяжимость бетона при изгибе равна 0,15 мм/м. Вследствие неучета усадки бетона допустимая величина растягивающих термоупругих деформаций принимается в 1,5 раза меньшей, т.е. 0,1 мм/м. В том случае, если величина максимальных растягивающих термоупругих деформаций меньше 0,1 мм/м, то опора гарантирована от появления температурных трещин; если же она превышает 0,1 мм/м, то нужно принимать меры, предусмотренные во II разделе настоящих Технических указаний.

В качестве нового эффективного мероприятия по борьбе с температурными трещинами в бетонных опорах, рекомендуется создавать выгодное предварительно напряженное состояние бетонной кладки опор при помощи регулирования температурного режима бетонного массива в период постройки. Регулирование осуществляется посредством укладки в ядро опоры бетона с более высокой температурой, чем на периферии. Эффективность этого способа была проверена на одном из крупных мостов.

При производстве бетонных работ в холодное время года возможна опасность появления температурных трещин в процессе постройки. Во избежание ее необходимо принимать меры, предусмотренные в III разделе настоящих Технических указаний.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

§ 1. Настоящие указания содержат требования, дополняющие действующие технические нормативы на проектирование и постройку массивных промежуточных бетонных мостовых опор (ТУПМ-56, § 131-6 и Технические требования к производству работ по постройке и восстановлению мостов и труб).

§ 2. Проектирование и постройку опор мостов необходимо вести с учетом особенностей работы их зон: постоянно смачиваемой, переменно смачиваемой и несмачиваемой. Постоянно смачиваемая зона снизу ограничивается основанием опоры, а сверху отметкой, расположенной на 0,5 м ниже горизонта наиболее низких вод. Несмачиваемая - снизу ограничивается линией, проходящей выше на 1 м наиболее высокого горизонта воды, а сверху - подферменной плитой. Переменно смачиваемая - расположена между перечисленными двумя зонами и является наиболее угрожаемой.

Бетон по морозостойкости и водонепроницаемости для различных зон опор назначается в соответствии с ГОСТ 4795-53.

§ 3. В переменно смачиваемой зоне бетонных опор в суровых климатических условиях (ТУПМ-56, § 408) следует устраивать облицовку из механически прочных морозостойких и водонепроницаемых плит. Особенно важно защитить облицовкой поверхность бетонных опор на реках с регулируемым стоком (имеющих плотины ГЭС) в области колебания горизонта воды в зимнее время.

II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННЫХ ОПОР

§ 4. В целях борьбы с появлением температурных трещин, опоры мостов толщиной более 4 м должны рассчитываться на термоупругие деформации, возникающие под влиянием неравномерного распределения температуры в массивах.

§ 5. Максимальные термоупругие деформации в бетонной кладке опоры определяются положением кривой невыгоднейшего распределения температур относительно температурной кривой нулевых напряжений по способу, изложенному в приложении I.

§ 6. Невыгоднейшее распределение температур по толщине опоры рассчитывается с учетом размеров опоры, теплопроводности бетона и климатических условий района строительства в каждом конкретном случае. Для расчетов следует пользоваться графиками (приложение II).

§ 7. За температурную кривую нулевых напряжений условно принимается кривая распределения температур в поперечном сечении опоры (с учетом экзотермии цемента) через пять суток после бетонирования. Для определения температурной кривой нулевых напряжении следует пользоваться графиками (приложение III).

§ 8. Теплофизические характеристики бетона, необходимые для расчетов термоупругих деформаций, следует принимать: коэффициент теплопроводности в соответствии с данными лабораторных исследований, а при отсутствии таких данных равным 1,1 ккал/м град. час; коэффициент температурного линейного расширения α_δ = 10. 10^-6. Допускаемая величина термоупругих деформаций растяжения принимается 0,10 мм/м, что соответствует ординатам температурных эпюр 10° С (при коэффициенте температурного линейного расширения α_δ =10.10^-6). Величины больше 0,1 мм/м допускается принимать после лабораторных исследований применяемого на строительстве бетона.

§ 9. В тех случаях, когда рассчитанные термоупругие деформации растяжения превышают допускаемые, для их снижения необходимо применять одно из следующих мероприятий: вместо деревянной опалубки применять подвижную (скользящую) или металлическую (§ 10); осуществлять регулирование температурного режима бетонных опор в процессе производства работ (§§ 11 и 12) для создания выгодного предварительно напряженного состояния бетонной кладки за счет улучшения температурной кривой нулевых напряжений или уменьшать; массивность опор.

§ 10. Применение металлической опалубки улучшает температурную кривую нулевых напряжений (приложение III). Также улучшает температурную кривую нулевых напряжений применение подвижной опалубки при бетонировании опор. При этом наиболее выгодна максимально возможная скорость подъема форм.

§ 11. Регулирование температурного режима бетонных опор производится при помощи укладки в ядро опоры бетона с более высокой температурой (наружная граница ядра находится от поверхности опоры на расстоянии равном ¹/₄ толщины опоры).

§ 12. Температура подогрева бетона, идущего в ядро опоры, определяется в соответствии с потребным снижением термоупругих деформаций растяжения (приложение V).

III. СТРОИТЕЛЬСТВО БЕТОННЫХ ОПОР

§ 13. При применении метода регулирования температурного режима бетонных опор повышение температуры бетона, укладываемого в ядро, достигается подогревом воды, идущей на затворение бетона (§ 11). Методические указания по бетонированию опор с регулированием температурного режима бетона приводятся в приложении IV

 условии «термоса» недостаточно для твердения бетона, следует переходить к искусственному прогреву бетона (тепляки, паровой и электрический прогрев). При этом необходимо так регулировать температурный режим в бетонных опорах, чтобы в них образовалась наиболее благоприятная температурная кривая нулевых напряжений.

§ 15. Не следует допускать резкого охлаждения опор вследствие внезапного прекращения отопления тепляка или прекращения паропрогрева и периферийного электропрогрева. Особенно опасно внезапное прекращение обогрева в случае, если разность температур бетона в центре опоры и окружающего воздуха выше 20°.

§ 16. Необходимо при возведении опор обеспечить непрерывность процесса укладки бетона. В противном случае, в местах соприкасания слоев бетона различного возраста и различных температур, могут образоваться трещины.

§ 17. Сроки распалубки бетонных опор, имеющих стационарную деревянную опалубку, должны назначаться с соблюдением следующих требований:

1) удаление опалубки допускается после достижения бетоном прочности, обеспечивающей сохранность поверхности и кромок углов при снятии опалубки (Технические условия па производство и приемку строительных и монтажных работ. Бетонные и железобетонные работы - ТУ-117-55);

2) в момент удаления опалубки разность температур бетона в центре опоры и наружного воздуха не должна превышать допускаемой величины определенной по способу, указанному в приложении VI, в зависимости от толщины опоры. Температура бетона в центре опоры определяется посредством натурных замеров перед началом распалубки. Методика измерения температур в бетонных опорах приводится в приложении VII.

§ 18. Влияние различных положительных температур на процесс твердения бетонов на портландцементах следует учитывать приведением времени твердения при фактических температурах к времени твердения при температуре, принятой за нормальную (+15ºС) при помощи коэффициента а (приложение VIII).

§ 19. Во время бетонирования и после его окончания должны вестись систематические наблюдения за температурой бетона в опорах (приложение VII) и за температурой наружного воздуха с соответствующими записями.

Приложение I

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ТЕРМОУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ В БЕТОННЫХ ОПОРАХ

Расчет термоупругих деформаций в бетонных опорах производится на основе гипотезы плоских сечений для свободно стоящей стены. В соответствии с этим эпюра распределения термоупругих деформаций определяется из условия равенства сжимающих и растягивающих усилий в вертикальном сечении опоры вдоль оси моста. Это значит что построение эпюры термоупругих деформаций сводится к такому взаимному расположению температурной кривой нулевых напряжений (приложение III) и кривой невыгоднейшего распределения температур (приложение II), чтобы положительная (внизу) и отрицательная (наверху) площади эпюр, ограниченных этими кривыми, были равны между собой, как это показано на рис. 1. Для получения эпюры термоупругих деформаций в мм/м достаточно ординаты эпюры, выраженные в °С, умножить на коэффициент температурного линейного расширения, принимаемый обычно для бетона равным 10·10^-6 и на переходный размерный множитель равный 1 000 мм/м, т.е. на 0,01 мм/м град.

Рис. 1

Технически эпюру термоупругих деформаций, в полном соответствии с изложенными выше положениями, удобнее всего рассчитывать следующим образом.

1. Вычислить в градусах Цельсия: а) ординаты кривой невыгоднейшего распределения температур по толщине опоры способом, указанным в приложении II; б) ординаты температурной кривой нулевых напряжений по способу, указанному в приложении III.

3. Определить температурные деформации в мм/м путем умножения ранее полученных разностей ординат на 0,01 мм/м град. По вычисленным ординатам температурных деформаций в мм/м построить кривую.

4. Построенную кривую температурных деформаций пересечь горизонтальной прямой так, чтобы ограниченные ею и этой секущей прямой, площади были равны между собой. По ординатам полученной эпюры можно судить о величинах в мм/м растягивающих и сжимающих термоупругих деформаций в кладке бетонной опоры, в том числе и о величине максимальных растягивающих термоупругих деформаций в поверхностном слое бетонных опор.

Для суждения о вероятности появления температурных трещин в бетонных опорах необходимо сравнить рассчитанную величину максимальных растягивающих термоупругих деформаций в поверхностном слое опор с допускаемой для данного бетона. По тому, превышают или нет максимальные растягивающие термоупругие деформации допускаемую величину растягивающих деформаций бетона, принимаемую равной 0,1 мм/м, можно судить имеется ли опасность появления трещин в бетонных опорах или ее нет.

Пример. Построить эпюру термоупругих деформаций и определить максимальные растягивающие термоупругие деформации для бетонной опоры толщиной 5,7 м.

Пусть кривая невыгоднейшего распределения температур известна (приложение II) и ее ординаты представлены в строке 1 табл. 1.

Таблица 1

Примечание. Плюс относится к зоне растяжения, минус - к зоне сжатия.

Пусть также известна температурная кривая нулевых напряжений (приложение III) и ее ординаты представлены в строке 2 табл. 1. Разности ординат кривой невыгоднейшего распределения температуры и ординат температурной кривой нулевых напряжений приведены в строке 3 табл. 1. Эти разности необходимо умножить на 0,01 мм/м град. Результаты умножения записаны в строке 4 табл. 1. По приведенным в этой строке ординатам температурных свободных деформаций строим кривую и пересекаем ее горизонтальной прямой, так, чтобы площади выше и ниже секущей прямой были равны между собой. Полученная таким образом эпюра и является эпюрой термоупругих деформаций, ординаты которой в мм/м выражают растягивающие и сжимающие деформации в соответствующих точках сечения опоры. Величины полученных ординат растягивающих и сжимающих термоупругих деформаций в кладке бетонной опоры представлены в строке 5 табл. 1 и на рис. 2.

Ординаты выражают деформации в мм/м

Рис. 2

Из табл. 1 и рис. 2 видно, что величина максимальных растягивающих термоупругих деформаций в поверхностном слое бетонных опор равна 0,096 мм/м, т. е. оказалась меньше допускаемой величины равной 0,1 мм/м, следовательно, в опоре отсутствует опасность появления трещин.

Приложение II

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИВОЙ НЕВЫГОДНЕЙШЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ПО ТОЛЩИНЕ БЕТОННЫХ ОПОР

Для расчета максимальных термоупругих деформаций растяжения в бетонной кладке (приложение I) необходимо знать невыгоднейшее распределение температуры в теле опоры, возможное при климатических условиях, имеющих место в районе расположения рассматриваемого моста. Климатические условия характеризуются (рис. 3) двумя величинами: максимальной амплитудой годового хода среднемесячных температур (А_г) и максимальной ординатой, возможного декадного отклонения от годового хода среднесуточных температур (А_д). При этом положение декадного отклонения принято совпадающим по времени с наиболее неравномерным распределением температур в массиве от изменения среднемесячных температур воздуха. Для определения величин А_г и А_д составлены карты территории СССР с изолиниями (рис. 4 и 5).

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Расчет температурных изменений в бетонных опорах, происходящих под влиянием изменений температуры воздуха по схеме (см. рис. 3), производился методом гидравлических аналогий на гидроинтеграторе В.С. Лукьянова. При расчете на гидроинтеграторе опора рассматривалась как стена, имеющая неограниченно большую длину и высоту, т.е. тепловой процесс в опоре принимался одномерным, зависящим только от одной координаты. Температурное поле в опоре принималось симметричным. Удельная теплоемкость бетона принята равной 0,21 ккал/кг.град. час, теплопроводность бетона - 1,1 ккал/м град час, теплоотдача с поверхности - 10 ккал/м² град, час, и объемный вес бетона - 2200 кг/м³. Посредством расчетов на гидроинтеграторе были найдены невыгоднейшие распределения температур в бетонных опорах различной толщины при годовом изменении температур воздуха по закону синусоиды с амплитудой равной единице (рис. 6). Подобным же образом найдены невыгоднейшие распределения температур в опорах от декадного трапецеидального отклонения температур при максимальной ординате трапеции также равной единице (рис. 7).

Рис. 6

Рис. 7

Текст не разборчивый.

ределяется понижение температуры бетона у поверхности, а также на глубине ¹/₁₆, ¹/₈, ¹/₄ и ³/₈ толщины бетонной опоры, по сравнению с температурой по оси опоры. Полученные на этих графиках величины ординат необходимо умножить на соответствующие им значения А_г и А_д (см. рис. 3) и затем сложить полученные произведения.

Определение ординат искомой кривой невыгоднейшего распределения температур по толщине бетонных опор должно производиться в следующей последовательности.

1. Для района, в котором должны находиться рассчитываемые бетонные опоры моста, по карте изолиний (см. рис. 4) определяется наибольшая амплитуда годового хода температуры воздуха по среднемесячным данным, а подругой карте изолиний (см. рис. 5) - наибольшее отклонение (в сторону понижения) среднесуточной температуры от линии годового хода среднемесячной температуры.

2. По графику (см. рис. 6) для опоры данной толщины определяются ординаты кривой распределения температуры в шести точках: для поверхности, ¹/₁₆, ¹/₈, ¹/₄ и ¹/₂ толщины (при амплитуде годового хода температуры воздуха А_г = 1). Ординаты отсчитываются вниз от горизонтальной линии, проведенной через точку пересечения кривой с осевой плоскостью опоры, принимаемой за ось абсцисс и выражаются в долях амплитуды годового хода температуры наружного воздуха. Умножением этих ординат на значение годовой амплитуды колебаний температуры воздуха для района расположения моста, определяются величины ординат (в градусах) наиболее опасной кривой распределения температур под влиянияем годового хода среднемесячной температуры воздуха.

3. Тем же приемом получаются ординаты кривой распределения температуры в бетонной опоре под влиянием отклонений среднесуточной температуры воздуха от линии годового хода среднемесячной температуры воздуха. Для этого по графику (см. рис. 7) отыскиваются ординаты кривой для величины отклонений А_д = 1. Ординаты кривых распределения в этом случае, также как в пункте 2, отсчитываются вниз от горизонтальной линии, проведенной через точку пересечения кривой с осевой плоскостью опоры и принимаемой за ось абсцисс. Умножением этих ординат на расчетную величину декадных отклонений определяются требуемые значения ординат (в градусах) кривой распределения температур под влиянием декадных отклонений температуры воздуха.

4. Сложением, полученных согласно пунктам 2 и 3, ординат находим ординаты кривой невыгоднейшего распределения температур в бетонной опоре, вызванные изменением температуры воздуха. Вычерченная по этим ординатам кривая и будет искомой кривой невыгоднейшего распределения температур в бетонной опоре.

Примечание. В графиках (см. рис. 6 и 7) теплопроводность бетона была принята равной 11 ккал/м град. час. При других значениях коэффициента теплопроводности бетона величины ординат кривых следует отыс?????- Текст не разборчивый.

где λ_д - значение коэффициента теплопроводности для данного бетона.

Пример. Построить невыгоднейшую кривую распределения температур в кладке бетонной опоры толщиной 5,7 м.

По карте изолиний (см. рис. 4 и 5) в районе, в котором построена опора, амплитуда годового хода температуры воздуха А_г равна 38,1º; наибольшие за декаду отклонения среднесуточной температуры воздуха от линии годового хода А_д = 20,5°. Теплопроводность бетона равна 1,7 ккал/м град. час.

Рис. 8

Из графиков (см. рис. 6 и 7) находим ординаты кривых распределения температуры под влиянием годового хода и декадных отклонений температуры воздуха. Поскольку графики для определения ординат невыгоднейшего распределения температуры были составлены при коэффициенте теплопроводности бетона 1,1 ккал/м град, час, то расчетная толщина в_ф опоры при пользовании графиками определяется по формуле

Результаты определения кривой приведены в графе 5 табл. 2 и на графике (рис. 8).

Таблица 2

Приложение III

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КРИВОЙ НУЛЕВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В БЕТОННЫХ ОПОРАХ

При расчете максимальных термоупругих деформаций растяжения в бетонной кладке (приложение I) необходимо знать температурную кривую нулевых напряжений. Ординаты температурной кривой нулевых напряжений для опор, сооружаемых в деревянной опалубке, должны определяться по графику (рис. 9) и для опор, сооружаемых в металлической опалубке, по графику (рис. 10).

Рис. 9

Ординаты на этих графиках откладываются вниз от горизонтальной линии, проведенной через точку пересечения кривой с осевой плоскостью опоры и принимаемой за ось абсцисс. Величины ординат температурной кривой нулевых напряжений, принимаемой симметричной, приводятся на рис. 9 и 10 для 6 точек поперечного сечения опор. Ординаты температурной кривой нулевых напряжений определялись методом гидравлических аналогий на гидроинтеграторе. При расчетах на гидроинтеграторе среднесуточная температура воздуха и температура укладываемого бетона принимались равными. Тепловыделение, т.е. количество тепла (ккал), выделяемого 1 кг цемента, принималось равным: в течение первых суток - 0,415 ккал/кг час; вторых - 0,475 ккал/кг час третьих - 0,33 ккал/кг час четвертых-0,28 ккал/кг час и пятых суток - 0,22 ккал/кг час.

Рис. 10

Рис. 11

Расход цемента на 1 м² бетона принимался равным 260 кг/м³. Толщина деревянной опалубки была принята равной 4 см. Коэффициент теплопроводности бетона принимался равным 1,1 ккал/м град. час. Удельная (Текст не разборчивый)ный вес бетона – 2200 кг/м³.

При значениях коэффициента теплопроводности бетона, отличающихся от величины 1,1 ккал/м град, час, ординаты температурной кривой нулевых напряжений следует находить на графиках (см. рис. 9 и 10) не для действительной толщины опоры в_д, а для некоторой вспомогательной «фиктивной» в_ф, определяемой из равенства

Пример. Построить температурную кривую нулевых напряжений для бетонной опоры толщиной 5,7 м, сооружаемой в деревянной опалубке. Коэффициент теплопроводности бетона равен 1,70 ккал/м град. час.

Поскольку график (см. рис. 9) составлен для коэффициента теплопроводности бетона 1,1 ккал/м град, час, то расчетная толщина опоры при пользовании графиками должна определяться по формуле

Ординаты температурной кривой нулевых напряжений приведены на рис. 11.

Приложение IV

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО БЕТОНИРОВАНИЮ ОПОР С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА УКЛАДЫВАЕМОГО БЕТОНА

1. Подогретый бетон следует укладывать в ядро опоры, удаленное от наружных граней на расстояние, равное 1/4 толщины опоры (рис. 12).

2. Подогрев бетона, укладываемого в ядро опоры, до требуемой температуры следует производить за счет подогрева воды.

Рис. 12

3. Подогрев воды лучше всего производить острым паром в специальном баке. Емкость бака должна обеспечивать количество горячей воды, необходимое для подогрева бетона, укладываемого в ядро опоры за один слой плюс 30% запас на непредвиденный случай.

4. Бак рекомендуется устанавливать наверху бетонного завода с тем, чтобы вода из него могла самотеком поступать в бетономешалку.

5. Для уменьшения охлаждения воды бак и труба, подводящая горячую воду к бетономешалке, должны быть хорошо теплоизолированы, несмотря даже на наличие теплой погоды.

6. Бетономешалка должна быть хорошо защищена от ветра и поверхность ее должна быть по возможности в сухом состоянии, а в холодное время года должна находиться в теплом помещении.

7. Для уменьшения охлаждения подогретого бетона за время транспортировки от бетонного завода до места укладки необходимо стремиться к минимальному числу перегрузок бетона. Величина

8. Первые два замеса бетона на горячей воде, как недостигающие заданной температуры, должны идти в зону с обычным неподогретым бетоном.

9. Определение температуры, до которой необходимо подогреть воду, производится ориентировочно, из расчета: подогрев воды на 10°, дает повышение температуры бетона на 2,5°. В процессе приготовления бетона эти предварительные данные должны уточняться.

10. При нагреве воды свыше 70° следует вначале засыпать в бетономешалку инертные, затем заливать воду и только посте этого засыпать цемент. При нагреве воды до 70° соблюдения этого условия не требуется.

11. В связи с тем, что температура бетона, укладываемого в наружный слой меняется, необходимо соответственно изменять и температуру подогретого бетона с тем, чтобы разница температур бетона, идущего в ядро и наружный слой, оставалась неизменной.

12. Бетонирование опор должно быть непрерывным и осуществляться в возможно короткий срок.

13. Граница между ядром и наружным слоем осуществляется естественным откосом, укладываемых слоев бетона. Для этого толщина слоев бетона должна быть не более 30-40 см.

14. Граница между кольцом из обычного бетона и ядром из подогретого бетона должна отмечаться полосками белой масляной краски, наносимыми на всех установленных внутри опалубки горизонтальных металлических тяжах и деревянных распорках, раскрепляющих опалубку по всей ее высоте.

15. В процессе бетонирования каждого слоя необходимо укладывать вначале кольцо из обычного бетона и затем в середину образовавшегося кольца укладывать ядро из подогретого бетона.

16. При определении необходимого количества замесов подогретого бетона для одного слоя необходимо руководствоваться следующим расчетом. Количество замесов с подогретым бетоном n выразится

где S_г - площадь поперечного сечения ядра в м², в которое укладывается подогретый бетон;

h - высота слоя бетонирования в м;

V_б - объем одного замеса в м³;

2 - количество первых замесов, укладываемых в наружный слой, согласно п. 8.

17. Необходимо установить телефонную связь бетонного завода непосредственно с местом производства работ, для чего на верху бетонируемой опоры должен быть установлен телефон.

18. При устройстве опалубки должно быть сделано достаточное количество рештаков для раздельной укладки бетона в ядро и в наружный слой. Для укладки подогретого бетона в ядро должно быть сделано не менее 2-х специальных рештаков. Количество рештаков для наружного слоя устраивается в зависимости от удобства переброски и разравнивания бетона. В качестве примерной предлагается схема расположения рештаков, показанная на рис. 13 для опоры толщиной 5,2 м и длиной 14,3 м.

Примечание Цифрами 1-е указаны номера деревянных рештаков для укладки бетона

Рис. 13

19. В процессе бетонирования должна измеряться температура подогретого и неподогретого бетона на выходе из бетономешалки и при укладке в тело опор.

20. Перед началом работ рабочие, бригадиры и сменные мастера должны быть тщательно проинструктированы об особенностях производства работ по укладке подогретого бетона в ядро опоры.

21. Перед началом бетонирования должна быть проверена исправность котла и паропроводной сети от него.

Приложение V

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДОГРЕВА БЕТОНА ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОПОР

В случае применения метода регулирования температурного режима бетонных опор температура подогрева бетона, идущего в ядро опор, определяется из расчета, что 1º дополнительного подогрева бетона в ядре снижает растягивающие термоупругие деформации в поверхностном слое опор на 0,007 мм/м. Таким образом, чтобы определить величину подогрева бетона в ядре надо знать насколько полученные расчетом максимальные растягивающие термоупругие деформации превышают предельную величину, равную 0,1 мм/м и затем вычисленную разницу разделить на значение, равное 0, 007 мм/м. Частное от деления этих двух значений и будет искомой величиной нагрева бетона в ядре. Намечаемая температура подогрева бетона в ядре не должна превышать следующих температур: 45° - при портландцементе марки 200-300; 40° - при портландцементе марки 400 и 35° - при портландцементе марки 500 (ТУ-117-55).

Методика определения температуры подогрева бетона, идущего в ядро опор, показана в следующих примерах.

Пример 1. Максимальные растягивающие термоупругие деформации в бетонной опоре равны 0,09 мм/м, т.е. < 0,1 мм/м. Следовательно, в данном случае нет надобности применять метод регулирования температурного режима бетонных опор.

Пример 2. Максимальные растягивающие термоупругие деформации в бетонной опоре равны 0,212 мм/м, т.е. оказались больше предельных на 0,112 мм/м. Для снижения растягивающих деформаций до предельной величины необходимо нагреть бетон, идущий в ядро опоры, на 0,112:0,007·1 = 16° по сравнению с температурой бетона, укладываемого в наружную зону опоры. Бетон приготовляется на портландцементе марки 400. Температура обычного неподогретого бетона равна 14°. Температура воды равна 12°. Тогда бетон, предназначенный на укладку в ядро опоры, должен иметь температуру 14°+16°=30°, что меньше допустимой температуры нагрева бетона, равной 40° (ТУ-117-55). Воду для подогрева бетона до 37° необходимо нагреть согласно п. 9 приложения IV до температуры  Ввиду того, что температура воды выше 70°, необходимо при приготовлении бетона вначале бетономешалку засыпать заполнителем, залить воду и только после этого засыпать немент (см. п. 10 приложения IV).

Пример 3. Максимальные растягивающие термоупругие деформации в бетонной опоре равны 0,48 мм/м, т.е. оказались больше предельных на 0,38 мм/м. В случае снижения растягивающих деформаций за счет регулирования температурного режима бетон, идущий в ядро опоры, необходимо нагреть на 0,38:0,007 1=54°. Пусть бетон и вода имеют те же характеристики, что и в примере 2, тогда бетон в ядре должен иметь температуру 14°+54°=68°, что больше допустимой величины нагрева бетона, равной 40°; такой нагрев бетона не может быть разрешен. Вследствие этого, для предупреждения образования температурных трещин необходимо применить другие, из рекомендуемых в настоящих Технических указаниях, мероприятия.

Приложение VI

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР БЕТОНА В ЦЕНТРЕ ОПОРЫ И НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ПРИ РАСПАЛУБКЕ

Допустимая при распалубке разность температур бетона в центре опоры и наружного воздуха t_дoп определяется по графику (рис. 14) в зависимости от толщины опоры. При составлении графика распределение температур в поперечном сечении опор принималось параболическим.

Рис. 14

Для опор, бетонируемых с регулированием температурного режима (приложение IV), значение t_дoп дополнительно увеличивается на ²/₃ величины подогрева бетона в ядре.

Пример. Опора толщиной 6,0 м возводилась с регулированием температурного режима бетона с разностью температур бетона в ядре и на периферии равной 15°.

Для опоры толщиной 6,0 м (без учета подогрева бетона в ядре) по графику (см. рис. 14) допустимая при распалубке разность температур между центром опоры и наружным воздухом t_дoп равна 31,3°. Вследствие того, что опора возводилась с регулированием температурного режима бетона в процессе его укладки, t_дoп должно быть увеличено на ²/₃ 15=10°. Ввиду этого окончательно t_дoп =31,3+10=41,3°.

Таким образом опору можно распалубливать, не опасаясь появления в ней температурных трещин, если разность температур в центре опоры и наружного воздуха будет меньше или равна 41,3°.

Приложение VII

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В БЕТОННЫХ ОПОРАХ МОСТОВ ПРИ ПОМОЩИ РТУТНЫХ ТЕРМОМЕТРОВ

1. Для измерения температур в бетонных опорах мостов ртутными термометрами должны устраиваться скважины диаметром 4 см. Во избежание скапливания воды, скважины должны иметь уклон к наружной поверхности не менее 0,01. Скважины должны располагаться в середине опоры, ниже верха опоры и выше обреза фундамента не менее чем на 2 м.

2. Скважины для измерения температур необходимо устраивать при бетонировании опор. С этой целью следует заранее заготовить металлические трубы диаметром 1,5 дюйма с поперечными рукоятями длиной 40 см. Длина каждой трубы должна быть равна глубине скважины плюс запас 25 см на удобное проворачивание трубы. Полый конец труб должен быть заделан цементным раствором вровень с краями трубы. Во избежание схватывания с бетоном, трубы должны систематически проворачиваться через каждые 20-25 минут (начиная с момента забетонирования труб) в продолжении одних суток, после чего трубы могут быть удалены. При этом проворачивание труб должно быть обязательно круговым и, кроме того, дополнительно трубы должны систематически выдвигаться на 30 - 40 см, а затем вновь задвигаться в скважину. Сразу же после удаления труб скважины должны быть закрыты деревянной пробкой.

3. Проходка скважин в готовом бетоне должна осуществляться без подлива воды или промывки скважины водой, а измерение температур в скважинах должно производиться не ранее, чем через сутки после их пробуривания.

4. Не следует в скважинах оставлять металлические трубы, так как они внесут грубые искажения в измерение температур в бетонной кладке.

5. Для того, чтобы термометры не изменяли своих показаний, за время извлечения их из скважины, они должны быть заинерчены.

6. Заинерчивание производится по схеме, изображенной на рис. 15 путем заключения термометра в медную, алюминиевую или жестяную оправу с диаметром равным 25 мм. Оправа должна иметь вырез для шкалы. Чтобы термометр плотно входил в оправу и не соприкасался с ней, на тело термометра накладываются два кольца а и б (см. рис. 15) из электроизоляционной ленты. Пространство между телом термометра и оправой нужно заполнить ватой. Для устройства оправы можно воспользоваться картонным футляром, в котором термометры выпускаются заводом. Для большей жесткости и водоустойчивости стенки картонного футляра многократно пропитывают бакелитовым или карболитовым лаком. После того как термометр будет вставлен в оправу, пространство вокруг шарика термометра (см. рис. 15 - обозначено крестиками) заполняют сухой лиственной или сосновой корой, измельченной на обычной терке, в виде мелких опилок. По мере заполнения, измельченную кору тщательно уплотняют и закрывают картонным кружком. Сверху картонного кружка накладывают медный или жестяной кружок (в зависимости от рода металлической оправы), который тщательно пропаивают по краям. При картонной оправе в дно футляра вставляется только картонный кружок, который сверху заливается толстой пленкой бакелитового лака или менделеевской замазкой. Для того, чтобы влага не могла проникнуть в измельченную кору через вырез для шкалы, зазор между телом оправы и самим термометром плотно заполняют железным суриком или менделеевской замазкой. Пространство между телом термометра и оправой в (см. рис. 15) также заполняется железным суриком. Для вытаскивания оправы с термометром из скважины к верхнему концу оправы прикрепляют скобу г.

Размеры в см

Рис. 15

7. После заинерчивания термометра его следует проверить на инертность. Для этого заинерченный термометр в течение 1 часа выдерживается при одной и той же температуре, после чего его помещают в среду с другой температурой и одновременно пускают секундомер. Наблюдая за столбиком ртути, определяют число секунд, по истечении которых замечается изменение в положении ртути. Эти наблюдения следует провести при разности температур не менее 10°. Результаты наблюдений вносят в паспорт термометра, как характеристику его инертности.

8. Скважины во время измерения температур должны закрываться концами или паклей, а в период, когда этих измерений не делается, деревянной пробкой.

9. Для того, чтобы заинерченный термометр принял температуру окружающего бетона следует его выдерживать в скважине не менее 1 часа.

Приложение VIII

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ПРОЦЕСС ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА

Температура бетона в процессе твердения изменяется во времени. В зависимости от изменения температуры бетона изменяется и скорость нарастания его прочности. Нормальной температурой твердения бетона, при определении сроков выдерживания, считается + 15°С.

Учет влияния действительной температуры бетона на процесс твердения производится по методу В.С. Лукьянова приведением времени твердения бетона при различных температурах к эквивалентному времени твердения при температуре 15°С *.

__________________

* В.С. Лукьянов. «Новый метод учета влияния различных положительных температур на твердение бетонов и растворов», журнал «Строительная промышленность», № 15, 1936.

Если бетон твердел в течение времени Z₁, при средней температуре t₁, затем в течение времени Z₂ при средней температуре t₂ и т.д., то за эквивалентное время твердения при температуре +15°С принимается время Z_экв, подсчитываемое по формуле

Z_экв = α₁Z₁+α₂Z₂+…

Коэффициент α берется для бетона на портландцементе по табл. 3.

Таблица 3

Пример. Бетон на портландцементе твердел в течение Z₁ = l суткам при средней температуре t₁ =20°C, в течение Z₂ = 1,5 суток при t₂ = 15°C и в течение Z₃ = 2 суткам при t₃ = 35°C. Следует определить эквивалентное время твердения при температуре +15°С. Согласно данным табл. 3

при t = + 20°C                                                                           α = 1,250

« t = +15ºС                                                                                 α = 1,000

« t = +35ºС                                                                                 α = 2,145 (по интерполяции)

Приведенное к t = 15° С эквивалентное время твердения бетона будет равно: Z_экв = 1×1,25+1,5×1,000+2×2,145=6,92 суток ≈ 7 суток, т.е. 4,5 суток твердения бетона при указанном температурном режиме оказались эквивалентными 7 суткам твердения бетона при нормальной температуре 15°С.