Проектный и научно-исследовательский институт "Красноярский промстройниипроект"

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОВЫШЕННОЙ МОРОЗОСТОЙКОСТИ (ПАНЕЛЕЙ БЕЗРУЛОННОЙ КРОВЛИ И БЛОКОВ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЯ)

Красноярск 1974

Содержание

Настоящие Рекомендации содержат основные положения по изготовлению сборных бетонных и железобетонных конструкций, работающих в суровых климатических условиях, к бетону которых предъявляются повышенные требования по морозостойкости.

Дополнительно к действующим нормативным документам, приведены требования к материалам для приготовления бетона, составу бетона, назначению режима тепловой обработки, формованию, гидроизоляции и контролю качества бетона. Изложены также некоторые требования по проектированию кровли из сборных железобетонных панелей, которые важны для обеспечения долговечности панелей.

Рекомендации разработаны в лаборатории бетона и железобетона института "Красноярский промстройниипроект" кандидатами технических наук А.И. Замощиком, А.Д. Лазаревым и инженером Н.Н. Ковальской.

При разработке рекомендаций учтены исследования, проведенные совместно с НИИЖБ, производственный опыт Красноярского домостроительного комбината, опубликованные по данному вопросу материалы СибЗНИИЭП, ЦНИИЭПжилища, МИСИ им. В.В. Куйбышева, ВНИИГ им. Б.Б. Веденеева и других организаций.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников заводов железобетонных изделий и строительных организаций, занятых изготовлением сборного железобетона повышенной морозостойкости.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на изготовление сборных бетонных и железобетонных конструкций, работающих в суровых климатических условиях, к бетону которых предъявляются повышенные требования по морозостойкости (панели, лотки безрулонной кровли для домов серии 111-97 и блоки берегоукрепления).

1.2. При изготовлении изделий следует руководствоваться положениями действующих нормативных документов; СНиП II-8.1-72 "Бетонные и железобетонные конструкций. Норма проектирования"; СНиП I-8.5-69 "Железобетонные изделия. Общие требования"; Указаниями по обеспечению долговечности железобетонных вентиляторных градирен при проектировании и строительстве (СН-254-63); ГОСТ 13015-67 "Изделия железобетонные и бетонные. Общие требования".

2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ БЕТОНА

2.1. Материалы, используемые для получения бетона марки 200 и выше по морозостойкости, должны отвечать требованиям ГОСТ 4797-69 "Бетон гидротехнический. Технические требования к материалам для его приготовления", ГОСТ 8424-72 "Бетон дорожный", а также дополнительным требованиям, приведенным в настоящих Рекомендациях.

2.2. Портландцемент должны соответствовать требованиям ГОСТ 10173-62 "Портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и их разновидности", иметь марку 400 и выше, нормальную густоту цементного теста не выше 26 проц., содержать до 8 проц., трехкальциевого алюмината и до 0,6 проц. щелочей.

2.3. Мелкий заполнитель (песок кварцевый) должен иметь модуль крупности не ниже 2,2, а содержание в нем пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, допускается не более 1,0 проц.

2.4. Природные гравийно-песчаные смеси к применению не допускаются.

2.5. Зерновой состав смеси крупного заполнителя должен подбираться экспериментально по наибольшей плотности и объемной массе. При наибольшей крупности заполнителя (щебня) 20 мм рекомендуется применение двух фракций; 5-10 мм и 10-20 мм в соотношении 30-40; 70-60 проц.

2.6. Для увеличения морозостойкости бетона следует применять

а) пластифицирующие добавки - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), сульфитно-спиртовую барду (ССБ), водорастворимый полимер (ВРП-1);

б) пластифицирующе-воздухововлекающие добавки - мылонафт, омыленную растворимую смолу (ВЛХК-1); этилсиликонат натрия (ГКЖ-10), метилсиликонат натрия (ГКЖ-11);

в) воздухововлекающие добавки - смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), синтетическую пластифицирующую добавку (СПД), омыленный древесный пек (ЦНИИПС-1);

г) микрогазообразующую добавку - полигидросилоксан (ГКЖ-94);

д) комплексные добавки, состоящие из воздухововлекающих и пластифицирующих добавок.

Рекомендуемые добавки должны удовлетворять требованиям действующих ГОСТ и ТУ. Характеристики добавок, а также основные показатели их водных растворов, приведены в приложении 1 настоящих Рекомендаций.

3. ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА

3.1. Бетонная смесь должна отвечать требованиям ГОСТ 4795-68 "Бетон гидротехнический. Технические требования".

3.2. Водоцементное отношение назначается в зависимости от требуемой марки по морозостойкости.

При требуемой морозостойкости 300 циклов и выше водоцементное отношение принимается не более 0,4.

3.3. Расход цемента в бетонной смеси не должен превышать 450 кг/м³.

3.4. Ориентировочное количество добавок, вводимых в бетонную смесь, назначается по табл. 1.

Таблица 1

3.5. Количество добавок по табл. 1 уточняется экспериментально так, чтобы содержание воздуха в бетонной смеси после ее уплотнения составляло 3-5 проц.

3.6. Оптимальное время перемешивания и вибрирования следует определять с учетом сохранения в бетонной смеси необходимого количества вовлеченного воздуха.

4. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

4.1. Для обеспечения высокой плотности бетона железобетонные изделия необходимо формовать на виброплощадках. Амплитуда колебаний должна составлять 0,25-0,5 мм. Бетонную смесь при этом рекомендуется уплотнять равномерно по всей площади изделия.

4.2. Степень уплотнения бетонной смеси рекомендуется определять по коэффициенту ее уплотнения и объему вовлеченного в бетонную смесь воздуха - ГОСТ 4799-69 "Бетон гидротехнический. Методы испытания бетонной смеси".

4.3. Формы для изготовления железобетонных изделий должны отвечать требованиям ГОСТ 18886-73 "Формы стальные для изготовления железобетонных и бетонных изделий. Общие технические требования".

4.4. При виброуплотнении бетонной смеси необходимо предусматривать крепление форм к виброплощадке.

5. ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА БЕТОНА

5.1. Тепловую обработку бетона рекомендуется проводить в камерах пропаривания или в термоформах.

5.2. Пропаривание изделий производится по следующему режиму;

а) предварительная выдержка до пропаривания - в пределах 4-5 часов при температуре не выше 30 °С, когда бетон готовится без добавок, и 5,5-7 часов при введении в бетонную смесь пластифицирующих, газообразующих, воздухововлекающих или комплексных добавок;

б) температура в камерах или термоформах должна подниматься равномерно, со скоростью не более 20 °С в час;

в) изотермическое выдерживание изделий проводится при температуре 70-80 °С до приобретения бетоном прочности не менее 70 проц.;

г) время остывания железобетонных изделий назначается в зависимости от их толщины по табл. 2.

Таблица 2

5.3. Тепловую обработку изделий с модулем открытой поверхности 6,0 и выше рекомендуется проводить по комбинированному режиму (сухой прогрев и паровой) при относительной влажности среды в период подъема температуры 30-40, а в период изотермического выдерживания - 80-100 проц.

5.4. В зимнее время изделия после распалубки необходимо выдерживать не менее 3 суток в помещении при температуре воздуха не ниже 10 °С.

5.5. В летнее время отпускная прочность бетона должна составлять не менее 70, а в зимнее - не менее 100 проц. проектной марки по прочности на сжатие.

6. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ

6.1. Гидроизоляционные покрытия рекомендуется наносить на лицевую поверхность железобетонных изделий на заводе-изготовителе согласно требованиям главы СНиП III-3.13-62 "Отделочные покрытия строительных конструкций. Правила производства и приемки работ" и СНиП III-3.12-69 "Кровля, гидроизоляция и пароизоляция. Правила производства и приемки работ".

6.2. Гидроизоляционный состав рекомендуется наносить на лицевую поверхность не ранее чем через сутки после окончания тепловой обработки.

6.3. В качестве гидроизоляционных покрытий рекомендуется применять составы, приведенные в "Рекомендациях по проектированию и устройству сборных железобетонных и армоцементных крыш безрулонного кровельного ковра для жилых и общественных зданий" (Новосибирск, 1972, изд. СибЗНИИЭП).

7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОНА

7.1. Контроль качества изготовления изделий следует производить в соответствии с ГОСТ 13015-67 "Изделия железобетонные и бетонные. Общие технические требования".

7.2. Качество исходных материалов должно соответствовать требованиям раздела 2 настоящих Рекомендаций. По истечении гарантийного срока хранения добавок необходимо проверять их соответствие всем показателям действующих ГОСТ и ТУ.

7.3. Особенности контроля за приготовлением бетонной смеси и изготовлением изделий из нее заключаются в систематической проверке:

а) плотности раствора добавок рабочей концентрации после приготовления новой порции раствора в каждой емкости;

б) точности дозирования материалов и добавок;

в) соответствия подвижности (жесткости) и объемной массы смеси с пластифицирующе-воздухововлекающими добавками заданным (не реже двух раз в смену);

г) соответствия времени перемешивания бетонной смеси, особенно с пластифицирующе-воздухововлекающими добавками, заданному;

д) содержания воздуха в бетонной смеси;

е) режима уплотнения и твердения бетона.

7.4. Составы бетона следует заблаговременно проверить на прочность, водонепроницаемость и морозостойкость.

Контроль прочности бетона необходимо осуществлять по ГОСТ 18105-72 "Бетоны. Контроль и оценка однородности и прочности".

Морозостойкость контролируется путем проверки соответствия материалов, состава бетона, содержания воздуха и технологии, принятым при подборе состава бетона, а также испытывается на специально изготовленных контрольных образцах в соответствии с ГОСТ 10060-62 "Бетон тяжелый. Метод определения морозостойкости".

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона определяются периодически, не реже одного раза в 6 месяцев.

Приложение 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОБАВОК И ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Сульфитно-дрожжевая бражка - продукт переработки сульфитно-спиртовой барды. Изготовляется в вице жидких (КДЖ) и твердых (КТД) концентратов бражки с содержанием сухих веществ не менее 50 и 76 проц. соответственно, которые должны отвечать требованиям МРТУ 13-04-66 Министерства целлюлозно-бумажной промышленности СССР "Концентраты сульфитно-дрожжевой бражки". КДЖ поставляется в железнодорожных цистернах и хранится в условиях, исключающих его увлажнение, КТД поставляется в бумажных мешках, которые следует хранить в закрытых проветриваемых помещениях, располагая мешки в один ряд по вертикали, завязкой вверх. Стоимость 1 т сухого вещества 15-45 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 3.

Таблица 3

Мылонафт - натриевые соли нерастворимых в воде органических кислот. Должен соответствовать требованиям ГОСТ 13202-67 "Кислоты нефтяные", Поставляется нефтеперерабатывающими комбинатами в виде пастообразного продукта в металлических или деревянных бочках. Хранится в закрытых складских помещениях. Стоимость 1 т 60 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 4.

Таблица 4

Пластификатор ВЛХК-1 - продукт омыления щелочью растворимой смолы. Должен соответствовать требованиям ТУ Министерства целлюлозно-бумажной промышленности СССР "Пластификатор ВЛХК-1". Изготовляется Ветлужским лесохимическим комбинатом в виде пастообразного продукта и поставляется в металлических бочках. Хранится в закрытой таре в складском помещении, Стоимость 1 т сухого вещества 60-70 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 5.

Кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11 - водоспиртовые растворы этил- (ГКЖ-10) или метилсиликоната натрия (ГКЖ-11) с содержанием основного вещества 30±5 проц. Должны соответствовать требованию МРТУ 6-02-271-63 Министерства химической промышленности СССР "Технические условия на жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11". Поставляются в металлической таре, хранятся при температурах от 0 до 30 °С. Гарантийный срок хранения 6 месяцев. 1 т жидкостей стоит 633-700 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 6.

Таблица 5

Таблица 6

Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 - полимер этилгидросилоксана, образующийся при гидролизе этилдихлорсилана. Должна соответствовать требованиям ГОСТ 10834-64 "Жидкость гидрофобизирующая ГКЖ-94". Изготовляется предприятиями химической промышленности. Поставляется в герметизированной таре емкостью 5-20 л. Хранится при температуре от 0 до 20 °С. Гарантийный срок хранения 1 год. ГКЖ-94, поставляемую в виде водной эмульсии 50-процентной концентрации, допускается хранить в течение 2 месяцев при температуре не выше 20 °С. Стоимость 1 т добавки 4800 руб.

Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ) - абиетиновая смола, омыленная каустической содой. Должна соответствовать требованиям ТУ 81-05-75-69 Министерства целлюлозно-бумажной промышленности СССР "Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ)". Изготовляется Тихвинским лесохимическим и Волгоградским канифольным заводами в виде твердого продукта. Поставляется в деревянных бочках. Хранится в закрытых помещениях, исключающих увлажнение продукта. Стоимость 1 т добавки 1600 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 7.

Таблица 7

Синтетическая пластифицирующая добавка (СПД) - водный раствор смеси натриевых солей высших жирных и алкилнафтеновых кислот, водорастворимых кислот и неомыляемых веществ с содержанием сухих веществ не менее 40 проц. Должна соответствовать требованиям ТУ 38 101253-73 Министерства нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР "Синтетическая поверхностно-активная добавка "СПД" к бетонам и строительным растворам". Доставляется в железнодорожных цистернах и хранится в емкостях, защищенных от попадания осадков, при температуре не ниже точки замерзания продукта. Гарантийный срок хранения 2 года. Стоимость 1 т сухого вещества 220 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 8.

Таблица 8

Омыленный древесный пек (ЦНИИПС-1) - нейтрализованные едким натрием жирные кислоты древесного пека. Должен соответствовать требованиям ТУ 81-05-16-71 Министерства целлюлозно-бумажной промышленности СССР "Пластификатор древесно-пековый строительный ЦНИИПС-1". Изготовляется Ветлужским и Сявским лесохимическими комбинатами в виде пастообразного продукта. Поставляется в бумажных пакетах или мешках. Хранится в крытом помещении. Гарантийный срок хранения 4 месяца. Стоимость 1 т 55 руб. Основные показатели раствора приведены в табл. 9.

Таблица 9

Водорастворимый полимер ВРП-1 - натриевая соль сополимера салициловой кислоты с формальдегидом. Должен соответствовать требованиям ВСН-66 Министерства строительства Узбекской ССР. Изготавливается Ферганским заводом фурановых соединений. Твердый продукт упаковывается в пятислойные бумажные мешки с полиэтиленовой прослойкой, концентрированный раствор поставляется в металлических бочках. Хранится в крытых складских помещениях, защищенных от попадания в него влаги, Срок хранения не ограничен. Основные показатели раствора приведены в табл. 10.

Таблица 10

Приложение 2

МЕТОДИКА ПРИГОТОВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДНОЙ ЭМУЛЬСИИ ГКЖ-94

Водная 10-процентная эмульсия нерастворимой в воде кремнийорганической жидкости ГКЖ-94 готовится следующим образом.

К отмеренному объему холодной воды добавляется желатин из расчета получения 1-процентного раствора. Раствор подогревается до температуры 60-70 °С, которая поддерживается пока желатин не растворится полностью, а затем охлаждается по комнатной температуры.

Охлажденный раствор желатина помешается в быстроходный смеситель (желательно с числом оборотов в минуту 8000-10000), смеситель включается и в него вливается жидкость ГКЖ-94 100-процентной концентрации. Соотношение жидкости к раствору желатина принимается 1:9.

Для получения стабильной однородной эмульсии рекомендуется пропускать продукт через эмульгатор не менее 5 раз.

Однородность эмульсии и отсутствие в ней механических примесей определяется при помощи фильтрования под вакуумом через матерчатый фильтр воронки Бюхнера. После фильтрования на фильтре не должно оставаться посторонних включений.

Для определения стабильности эмульсии в мерный цилиндр наливается 10 см³ эмульсии и 100 см³ воды. Содержимое цилиндра тщательно перемешивается в течение 1 минуты и оставляется в покое на 2 часа. Эмульсия считается стабильной, если за это время в ней не наблюдается расслаивания.

Приготовленная эмульсия может хранится при температуре не выше 20 °С в течение 2 месяцев.

Приложение 3

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДОБАВОК

1. Для правильного дозирования и равномерного распределения пластифицирующие и воздухововлекающие добавки следует вводить в состав бетонной смеси в виде водного раствора рабочей концентрации. Рабочий раствор приготовляется смешиванием концентрированных растворов добавок с водой до введения в бетономешалку. Соотношение между растворами и водой устанавливается при подборе состава бетона.

2. Растворы добавок рабочей и повышенной концентрации готовятся в емкостях путем растворения и последующего разбавления твердых, пастообразных и жидких продуктов. Для повышения скорости растворения рекомендуется подогревать воду до температуры 40-70 °С и перемешивать растворы сжатым воздухом или острым паром. Твердые продукты при необходимости следует предварительно дробить.

3. После полного растворения продукта плотность полученного раствора проверяется ареометром и доводится до заданной добавлением продукта или воды.

Количество продукта, необходимое для получения раствора добавки рабочей или повышенной концентрации, устанавливается по табл. 11 настоящего приложения, а их плотность - по табл. 3-10 приложения 1.

Таблица 11

4. Концентрированные растворы перед приготовлением рабочего раствора, а последний перед подачей в бетоносмеситель, необходимо тщательно перемешать - использование раствора, имеющего осадок нерастворившихся компонентов не допускается.

Так как после продолжительного хранения возможно испарение воды из раствора, его плотность следует контролировать повторно.

Приложение 4

ПРИМЕРЫ КОРРЕКТИРОВКИ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКАМИ, ПОВЫШАЮЩИМИ ЕГО МОРОЗОСТОЙКОСТЬ

1. Требуется подобрать состав бетона марки 300 на портландцементе. Осадка конуса 2-2,5 см, требуемая марка по морозостойкости 300. В качестве добавки, повышающей морозостойкость бетона, выбрана воздухововлекающая добавка СПД. На 1 м³ бетона без добавки расходуется:

портландцемента марки 400, кг                                    - 450

песка, кг                                                                           - 560

щебня, кг                                                                          - 1220

воды, л                                                                             - 180

В соответствии с указаниями п. 3.4. Рекомендаций берем 0,02 проц. (от массы цемента) СПД. Плотность раствора 5-процентной концентрации равна 1,009 (табл. 8 приложения 1). Тогда в расчете на сухое вещество количество добавки составит (в кг)

Необходимое количество концентрированного раствора составит (в л):

Таким образом, для приготовления 1 м³ бетона необходимо 1,76 л; воздухововлекающей добавки СПД и.178,2 л воды (180-1,76).

2. Требуется подобрать состав бетона марки 200. Осадка конуса 2,5 см, требуемая марка по морозостойкости 150. В качестве добавки, повышающей морозостойкость бетона, выбрана пластифицирующая добавка СДБ.

На 1 м³ бетона марки 200 без добавки расходуется;

портландцемента марки 400, кг                                                - 340

песка, кг                                                                                       - 610

щебня, кг                                                                                     - 1315

воды, л                                                                                        - 170

В соответствии с указаниями п. 3.4. Рекомендаций при введении добавки СДБ расход цемента можно уменьшить на 6-8 проц. При этом количество добавки должно находиться в пределах 0,1-0,2 проц., (табл. 1); выбираем количество добавки СДБ, равное 0,2 проц. от массы цемента, Корректировка состава бетона с пластифицирующей добавкой должна производиться при неизменных водоцементном отношении (170:340 = 0,5) и доле песка в смеси заполнителей (610:1316 = 0,46).

Тогда расход материалов составит:

цемента, кг                       340 - 340·0,08 = 312,8;

воды, л                              312,8·0,5 = 156,4;

песка, кг                            610 + (27,2 + 13,6)·0,46 = 629;

щебня, кг                           1315 + (27,2 + 13,6)·0,54 = 1337;

СДБ (сухого), кг               312,8·0,002 = 0,63.

В 1 л 12-процентного раствора СДБ с плотностью 1,053 содержится 0,126 кг сухого вещества (табл. 3 приложения 1). Следовательно, для введения в бетон найденного количества сухого СДБ потребуется 5 л (0,63:0,126) 12-процентного раствора этой добавки,

С учетом объема воды, содержащейся в 12-процентном растворе СДБ, для затворения бетонной смеси воды требуется (в л)

156,4 - (5·1,053 - 0,63) = 151,9.

3. Требуется подобрать состав бетона марки 300. Осадка конуса 8 см, требуемая марка по морозостойкости 300. В качестве добавки, повышающей морозостойкость бетона, выбрана комплексная добавка СДБ + ГКЖ-94.

На 1 м³ бетона без добавки расходуется;

портландцемента марки 400, кг                                                - 420

песка, кг                                                                                       - 575

щебня, кг                                                                                     - 1400

воды, л                                                                                        - 175

В соответствии с указаниями п. 3.4. Рекомендаций выбираем количество добавки СДБ, равное 0,2 проц., и ГКЖ-94, равное 0,05 проц. от массы цемента. Плотность раствора СДБ 1,053; в 1 л содержится 0,126 кг сухого СДБ (табл. 3 приложения 1).

В расчете на сухое вещество потребуется (в кг)

Необходимое количество раствора СДБ составит (в л)

Раствор ГКЖ-94 готовится в виде 50-процентной эмульсии, поэтому на 1 м³ бетона его потребуется 0,420 л.

Таким образом, для приготовления 1 м³ бетона следует взять (в л);

раствора комплексной добавки                                    (6,67 + 0,420) = 7,09,

воды                                                                                 (175 - 7,09) = 167,9

Приложение 5

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ КРОВЛИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

1. Опыт экспериментального применения сборных безрулонных крыш для жилых зданий показывает, что во время эксплуатации в некоторых панелях появляются трещины. Они, способствуя проникновению влаги в бетон, вызывают дальнейшее развитие процесса трещинообразования, особенно в суровых климатических условиях. Основные причины появления трещин - непрерывные температурные деформации элементов панелей и увлажнение бетона в процессе эксплуатации. В ранее изданных рекомендациях по проектированию панелей не предусмотрен их расчет на колебания температуры наружного воздуха. Максимальные амплитуды суточных колебаний температуры воздуха в Красноярске составляют: в январе - 26,5, феврале - 27,8, марте - 25,4, ноябре - 24,4 и декабре - 25,5 °С (СНиП II-А.6-72. "Строительная климатология и геофизика"). Колебание температуры панелей кровли достигает еще больших величин в связи с влиянием на них солнечной радиации.

2. При снижении температуры наружного воздуха элементы панели кровли остывают неравномерно по толщине и с разной скоростью; температура плит уменьшается быстрее, чем температура более массивных ребер. Это вызывает растягивающие напряжения в плитах и сжимающие в ребрах. При повышении температуры наружного воздуха напряжения в элементах панели меняются на обратные. Как видно, температурные воздействия являются основными в процессе эксплуатации кровли, поэтому железобетонные панели должны рассчитываться на прочность, жесткость и трещиностойкость под действием постоянных и временных нагрузок и переменной температуры.

Методика приближенного расчета температур в кровельной панели приведена в приложении 6, а определение деформаций бетона при колебаниях наружной температуры в приложении 7.

3. Температурные деформации бетона зависят от его влажности. Замораживание бетона в водонасыщенном состоянии уменьшает его долговечность. Поэтому должны приниматься меры, предотвращающие увлажнение сборных конструкций. С этой целью при проектировании безрулонных крыш необходимо предусматривать;

а) стяжку по слою насыпного утеплителя, уменьшающую образование конденсата и инея на панелях безрулонной кровли, а также теплопотери здания, особенно при вентилируемом чердачном пространстве. Стяжка должна устраиваться в жилых зданиях по СН-51-64 "Указания по проектированию бесчердачных крыш жилых и общественных зданий";

б) вентиляцию чердачного пространства для уменьшения влажности воздуха и разницы с температурой наружного воздуха,

4. Ребра панели крыши, выступающие в наружную сторону, для уменьшения деформаций растяжения бетона, должны иметь такие размеры, чтобы скорости охлаждения ребер и плиты были одинаковые. Это условие приближенно выполняется при ширине ребер, составляющей 1,8-2,2 толщины плиты.

5. Для уменьшения растяжения плит количество ребер у кровельной панели, выступающих в сторону чердака, должно быть минимальным. Ребра должны иметь, возможно, меньшие высоту и площадь поперечного сечения.

6. При расчете прочности и трещиностойкости плит должны учитываться нагрузки и температурные воздействия (общие деформации растяжения в плите при изменении температуры среды не должны превышать предельной растяжимости бетона). Кроме того, напряжения в бетоне от растянутой арматуры по условиям морозостойкости не должны превышать 0,3 прочности бетона к моменту передачи на него напряжений.

Приложение 6

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР КОНСТРУКЦИЙ БЕЗРУЛОННОЙ КРОВЛИ

1. Температура в элементах панели определяется по приближенным формулам, полученным из известных решений при дополнительных упрощающих предпосылках:

- между плитой и окружающим воздухом происходит конвективный теплообмен с постоянным коэффициентом, равным 20 ккал/м²·ч·град.;

- смена максимальных температур на минимальные происходит в течение 12 часов, при этом температура изменяется равномерно, со скоростью Δt/12 град/ч., где Δt - максимальная суточная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, определяемая по СНиП II-А.6-72;

- теплотехнические характеристики бетона постоянны: коэффициент теплопроводности 1,7 ккал/м·ч·град. и коэффициент температуропроводности 3·10^-3, м²/ч.;

- температура воздуха чердачного пространства определяется экспериментально и принимается постоянной в течение 12 часов, когда происходит изменение наружной температуры.

2. Для расчета выделяются два характерных элемента панели: плита, расположенная над чердачным перекрытием, и ребра, выступающие в наружную или во внутреннюю сторону от плиты.

8. Температура поверхности плиты через 12 часов изменения температуры наружного воздуха со стороны чердака

                                                     (1)

с наружной стороны

                           (2)

Средняя температура по высоте плиты

                                                                                        (3)

В приведенных выражениях

В_i = 11,75h - критерий Еио;

 - критерий Фурье;

h - толщина плиты, м;

Δt - максимальная суточная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха;

t₀ = 0,5(t_в + t_н) - начальная температура плиты;

t_в, t_н -  внутренняя и наружная температуры воздуха.

Изменение средней температуры плиты за 12 часов

.                                                                                               (4)

4. Температура поверхности ребра, боковые стороны которого расположены в среде с одинаковой температурой

                                                                              (5)

Средняя температура по сечению ребра

                                                                (6)

Изменение средней температуры ребра определяется так же, как и плиты по формуле (4).

5. Более точно температуры в плите можно определить теплотехническим расчетом,

6. Для примера рассчитаны температуры основной кровельной панели КПГ-30-1. для безрулонной крыши домов серии 111-97 в Красноярске.

Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха (Δt) в феврале по СНиП II-A.6-72, табл. 2 равна 27,8 °С. Температура наружного воздуха (t_н) принята равной среднемесячной минус 14,7 °С (СНиП II-А.6-72, Табл. l), а температура чердачного пространства (t_в) минус 10 °С. Схема панели приведена на рис. 1.

Температура в элементах панели толщиной 40 мм определяется для двух характерных участков - над чердачным перекрытием и на консольном участке (консоль при опирании плиты на водосточный лоток).

Рис. 1. Кровельная панель КПГ-30-1 серии 111-97

Для первого участка; температура внутренней поверхности плиты со стороны чердака (t_n1) определяется по формуле (1), а с наружной стороны (t_n2) - по формуле (2); средняя температура плиты  определяется по формуле (3), а ее снижение (Δt_n) - по формуле (4).

Для второго участка; температура поверхности плиты (t_n) определяется по формуле (5), средняя температура по сечению плиты  - по формуле (6), ее изменение (Δt_n) - по формуле (4).

Аналогично по формулам (5, 6 и 4) определяются температуры крайнего и среднего ребер, выступающих в наружную сторону, и ребра со стороны чердака. Результаты расчетов приведены в табл. 12.

Таблица 12

Приложение 7

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОНСТРУКЦИЙ БЕЗРУЛОННОЙ КРОВЛИ

1. Общие деформации растяжения бетона вызываются неравномерным распределением температуры по отдельным элементам конструкции (плите, ребрам) и по сечению самого элемента. Максимальное растяжение бетона должно быть меньше предельной растяжимости с учетом предварительного сжатия напряженной арматурой

ε_к = ε_т ≤ ε_пр + ε_н,                                                                                        (7)

где ε_к - относительные температурные деформации бетона, вызванные неравномерным распределением температуры в отдельных частях конструкции (разницей между изменением средних температур плиты и ребра);

ε_т - относительные температурные деформации бетона, вызванные неравномерным распределением температуры по сечению рассматриваемого элемента;

ε_н - относительные деформации сжатия бетона от действия преднапряженной арматуры;

ε_пр = 15·10^-5 - предельная растяжимость бетона.

2. Деформации от неравномерной температуры в отдельных частях конструкции

в плите

                                                                                  (8)

в ребре

                                                                              (9)

где α = 1·10^-5 1/град - коэффициент температурного расширения бетона;

Δt_n, Δt_р - изменения средней температуры по сечению плиты и ребра соответственно, определяемые теплотехнический расчетом или (приближенно) по табл. 12 приложения 6.

F_n ≈ в_пh_n(1 + nμ_n) - приведенная площадь поперечного сечения части плиты, примыкающей к ребру, длиной 5 толщин плиты;

F_p = в_ph_p(1 + nμ_p) - приведенная площадь поперечного сечения ребра;

e - расстояние между линиями центров тяжести плиты и ребра (рис. 2);

у - расстояние от линии центра тяжести ребра до рассматриваемой точки;

r - радиус инерции сечения ребра;

μ - коэффициент армирования;

п - отношение модулей упругости стали и бетона.

Рис. 2. Схема сечения тонкостенного сборного элемента безрулонной кровли

3. Деформации бетона от неравномерной температуры по высоте сечения элемента

ε_т = α·(t - ),                                                                                            (10)

где t,  - температуры бетона в рассматриваемой точке и средняя по сечению, определяемые теплотехнический расчетом или (приближенно) по табл. 12 приложения 6.

4. Если общие деформации бетона больше допускаемых, необходимо при проектировании предусмотреть такие меры по увеличению долговечности крыши, чтобы выполнялось условие (7). Ими могут быть:

а) изменение размеров элементов сборной панели;

б) изменение температуры чердачного пространства за счет вентиляции, стяжки по слою насыпного утеплителя на чердачном перекрытии, увеличения теплоизоляции и т.д.

5. Для примера подсчитаны температурные деформации кровельной панели КПГ-30-1 для безрулонной крыши домов серии 111-97. Расчет температур для этой панели приведен в приложении 6.

Для расчета температурных деформаций выделяются два характерных участка панели (см. приложение 6).

На каждом участке определяются максимальные растягивающие деформации в продольном и поперечной направлениях в плите и в ребрах.

Определение поперечных деформаций плиты на первом участке

а) От неравномерного остывания плита и ребра, выступающего в сторону чердачного перекрытия:

уменьшение средней температуры плиты Δt_n = - 12,85 °С, ребра Δt_р = 0 (см. приложение 6);

приведенная площадь поперечного сечения ребра размером 10×20 см и коэффициентом армирования 0,02

F_p = 20·10(1 + 7·0,02) = 228 см²;

приведенная площадь поперечного сечения плиты с коэффициентом армирования 0,01

F_n = 4·[4·(5 + 5) + 12] (1 + 7·0,01) = 222 см²;

относительные деформации растяжения плиты по формуле (8)

б) От неравномерной температуры по высоте плиты по формуле (10)

ε_т = 1·10^-5[-27,45 - (-25,2)] = -2,25·10^-5.

В этой формуле температура наружной поверхности t = -27,45 °С и средняя температура плиты  = -25,2°С приняты по приложению 6.

Таким образом, общие максимальные деформации плиты на первом участке в поперечном направлении равны (6,5 + 2,25)·10^-5 < 15·10^-5, т.е. они меньше предельных допускаемых.

Аналогично определяются деформации растяжения для других случаев. Результаты расчета приведены на рис. 3. Как видно, трещины во время эксплуатации кровли в первую очередь могут образоваться в плите в зоне консольного участка в продольном направлении и в ребрах, выступающих в сторону чердака. Для уменьшения вероятности появления трещин необходимо предусмотреть в проекте стяжку по слою насыпного утеплителя, чтобы температура чердачного пространства меньше отставала от изменения температуры наружного воздуха. В предельном случае, когда температуры чердачного пространства и наружного воздуха равны, максимальные деформации плиты резко уменьшают. Например, на первом участке в поперечном направлении вместо (6,5+2,25)·10^-5 получим (0,5+0,2)·10^-5.

Рис .3. Растяжение бетона в панели безрулонной кровли при снижении температуры наружного воздуха. Деформации увеличены в 10⁵ раз.