Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Шифрин Семен Аронович

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКТИВНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ИЗ МОНОЛИТНОГО И СБОРНО-МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1. Специальность 05.23.05 Ц
2. Строительные материалы и изделия

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

1. диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

 

Москва 2007 г.

3. Работа выполнена в Открытом акционерном обществе Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС)
5. Научный консультант: Ц  Заслуженный деятель науки и техники РФ,
6.   доктор технических наук, профессор
7.   Соловьянчик Александр Романович
1. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

  Рояк Генрих Соломонович

  доктор технических наук, профессор

10.   Красновский Борис Михайлович

  доктор технических наук

  Панченко Александр Иванович

11. Ведущая организация:  Филиал ФГУП НИ - Строительство - НИИЖБ

Защита состоится_______________2007 г. в______ч. на заседании диссертационного совета ДМ 303.018.01 при Научно-исследовательском институте транспортного строительства по адресу: 129329, Москва, ул. Кольская д. 1, ОАО ЦНИИС.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО ЦНИИС.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах с подписью, заверенной  печатью, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан_________________2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Петрова Ж.А.

17. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. После 1995 г.  в сфере строительства транспортных коммуникаций в стране произошел переход на  массовое использование монолитного железобетона, когда требуемые объемы транспортного строительства стали приоритетными в программах возрождения отечественной экономики и потребовали разработки новых технических решений.

Первоначальный опыт реконструкции МКАД, где широко стал использоваться монолитный бетон, показал, что при насыщенности рынка разнообразными модификаторами бетона и современной высокопроизводительной техникой по приготовлению и транспортировке бетонных смесей в процессе возведения  конструкций в них возникали различные дефекты и трещины, и происходило интенсивное разрушение элементов сооружений уже в первые годы их эксплуатации.

Комплексный анализ ситуации показал, что особенности железобетонных транспортных сооружений, характеризуемые сегодня сочетанием  значительно возросших статических и динамических нагрузок от транспортных средств и высокими требованиями  к долговечности и надежности мостовых, эстакадных и тоннельных переходов в условиях контакта бетона в холодный период с химическими противооблединительными реагентами, приводят к необходимости создания специальной научно-методической, нормативно-технической и нормативно-правовой базы принятия решений при проектировании и строительстве транспортных сооружений. При этом для обеспечения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости железобетонных конструкций транспортного назначения требуется качественно новый комплексный подход к учету целой гаммы термодинамических и теплофизических процессов, сопровождающих твердение бетона и влияющих на формирование отмеченных функциональных потребительских свойств.

Всесторонний учет теплофизических процессов потребовал одновременно с определением их влияния на формирование функциональных потребительских свойств железобетонного сооружения выделить новое направление потребительских свойств - технологических, также зависящих от теплофизических процессов и призванных обеспечить  технологичность и экономичность строительного производства.

Необходимость существенного расширения круга учитываемых потребительских свойств возводимых конструкций транспортных сооружений, на формирование которых оказывают влияние теплофизические процессы, предопределила актуальность темы диссертационной работы и обозначила ее важной технической и хозяйственной проблемой, решение которой позволило существенно повысить надежность и долговечность сооружений, а также технологичность их строительства с обеспечением эффективности функционирования подрядных организаций и их конкурентной устойчивости.

Рабочая гипотеза. Основываясь на достижениях фундаментальных наук в технологии бетона, современных представлениях о процессах гидратации цемента и формировании свойств цементного камня с учетом развития температурных напряжений в процессе возведения монолитных и сборно-монолитных сооружений, разработав структурно-иерархическую термодинамическую систему строительства железобетонных транспортных сооружений и на основе методологии системного подхода установив закономерности термодинамических и теплофизических процессов на всех стадиях жизненного цикла создания сооружения от проектирования до эксплуатации, возможна разработка системы формирования потребительских свойств сооружения, гарантирующей его долговечность  и технологичность возведения.

Цель работы - разработка научно-обоснованных комплексных технических решений, включающих элементы теории и практические приемы реализации, обеспечивающие стабильную, долговечную работу транспортных объектов из монолитного и сборно-монолитного железобетона на основе системного подхода к учету процессов внутреннего и внешнего тепломассообмена в твердеющем бетоне при формировании потребительских свойств сооружений в период их проектирования, строительства и эксплуатации.

Предмет защиты - установленные закономерности влияния теплофизических процессов на формирование потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона и методы их учета при строительстве, включающие:

Х структурно-иерархическую схему термодинамической системы возводимого транспортного сооружения, учитывающую этапы проектирования, разработки проекта производства работ и возведения конструкций с установленными закономерностями взаимосвязи сопровождающих эти этапы технологических, физико-механических, термодинамических и тепломассообменных процессов, и многоуровневую систему формирования потребительских свойств сооружения, гарантирующую его долговечность и рациональность возведения;

Х методологическое обеспечение и приборное оборудование, гарантирующие надежность и достоверность результатов проводимых исследований при изучении параметров твердеющего бетона в условиях нестационарности тепломассообменных процессов  и неритмичности технологического процесса;

Х методологию системного подхода в изучении влияния реальных теплофизических процессов на качество возводимых сооружений, основанную на поэтапном определении условий взаимодействия активных составляющих бетонной смеси, условий формирования структуры цементного камня, условий формирования свойств бетона в конструктивном элементе или узле конструкции и  условий формирования потребительских свойств конструкции в целом;

Х принципы управления формированием функциональных потребительских свойств бетона как материала и возводимых элементов конструкции, зависящих от  воздействия температурного и влажностного факторов при различных способах укладки бетонной смеси, включая вынужденные перерывы в бетонировании и пути снижения максимального уровня разогрева бетона, в том числе на основании установленных кинетических и количественных закономерностей проявления теплоты гидратации цемента при модификации бетонных смесей различными комплексами;

Х установленные условия формирования собственного термонапряженного состояния бетона и особенности его влияния на трещиностойкость конструкций транспортных сооружений в период их возведения при использовании бетонов с высоким классом по прочности и при наличии разномассивных элементов, бетонируемых за один прием;

Х установленные пространственно-временные соотношения и зависимости температурных перепадов в конструкции от начальных температурных условий при поэтапном возведении сооружений с защемлением бетонируемых блоков и созданные на их основе теплотехнические и термодинамические способы перераспределения внутренних тепловых потоков, обеспечивающие однородность температурных и физико-механических характеристик бетона по объему конструкции и бездефектное бетонирование крупноразмерными захватками;

Х принципы многоуровневой системы формирования потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона, способы ее реализации и систему мониторинга обеспечения потребительских свойств.

Научная новизна работы состоит в установлении закономерностей влияния термодинамических и теплофизических процессов на формирование функциональных и технологических потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона и методов их учета на иерархически взаимосвязанных стадиях создания транспортного объекта, позволивших разработать новые технологические приемы, исключающие нарушение сплошности и обеспечивающие трещиностойкость и долговечность материала, конструктивных элементов и узлов конструкции, а также сооружения в целом.

Новыми научными результатами являются:

- разработанная структурно-иерархическая схема термодинамической системы

строительства транспортных сооружений, отражающая во времени формирование потребительских свойств конструкций на стадии их проектирования, возведения и эксплуатации с учетом взаимосвязи технологических этапов, тепломассообменных процессов в твердеющем бетоне и теплового взаимодействия поэтапно бетонируемых конструктивных элементов, и созданная многоуровневая система формирования потребительских свойств сооружения, гарантирующая его долговечность и рациональность возведения;

- научно обоснованные требования к установкам для экспериментального изучения теплофизических и термодинамических характеристик твердеющего бетона, разработанная на основе этих требований автоматизированная калориметрическая установка и установленные на ней новые кинетические закономерности тепловыделения цемента в бетонах, модифицированных органоминеральными комплексами типа МБ и ЭМБЭЛИТ, в бетонах с пластификатором ЛСТ, с суперпластификатором С-3 и с гиперпластификатором торговой марки Глениум, обеспечившие достоверность информационных параметров при реализации имитационных математических моделей по расчету температур и прочности твердеющего бетона возведимых транспортных сооружений и надежность разработанных теплофизических сценариев формирования их требуемых потребительских свойств;

- обоснованная теоретически и экспериментально подтвержденная научная гипотеза о качественном восполнении влагопотерь с открытой поверхности уложенной бетонной смеси за счет влагопереноса из последующего укладываемого слоя  и их совместном виброуплотнении и определение допустимых границ  вынужденных перерывов в производстве бетонных работ в зависимости от степени их завершения;

- методы предупреждения трещинообразования в поэтапно возводимых конструкциях с защемлением бетонируемых элементов за счет  перераспределения внутренних тепловых потоков и управления кинетикой проявления теплоты гидратации цемента и разработанный с использованием имитационных математических моделей способ бездефектного бетонирования крупноразмерными захватками, включающий послойную укладку бетонных смесей с различным начальным энергетическим потенциалом (патенты № 2208093 и № 2246588);

- разработанный на основе математического моделирования развития тепловых процессов в твердеющем бетоне конструкций с разномассивными, одновременно бетонируемыми элементами способ выравнивания температур, обеспечивающий снижение риска образования неблагоприятных температурных напряжений путем применения опалубок и тепло- влагозащитных покрытий с переменным термическим сопротивлением (патент № 2143047); 

- установленные условия использования солнечной энергии для снижения неравномерности температур твердеющего бетона в конструкциях с разномассивными элементами и обоснованные условия изготовления сборного железобетона на приобъектных полигонах на территории Российской Федерации с использованием солнечной энергии для ускорения твердения бетона;

- разработаные теплофизические основы многоуровневой системы формирования потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона и принципы ее реализации, исключающие риск развития неблагоприятных температурных напряжений и обеспечивающие рациональное ускоренное взведение конструктивных крупноразмерных элементов транспортных сооружений из монолитного бетона.

Практическая значимость:

- определены границы рациональных теплотехнических приемов, обеспечивающих бездефектное твердение бетона в холодный период года без подвода внешнего источника энергии;

- на основании экспериментального определения параметров тепломассообменных процессов и роста прочности бетона установлены границы допускаемых перерывов в бетонировании при послойной укладке бетонной смеси, учитывающие неритмичность в поставках бетона и дальность перевозок и обеспечивающие назначение рационального количества автобетоносмесителей при разработке проекта производства работ;

- разработан комплекс теплотехнических способов, обеспечивающих бетонирование конструктивных элементов тоннелей крупноразмерными блоками, повышающих в 1,5Е2,0 раза темп строительства сооружения при сведении к минимуму вероятности образования трещин;

- изучен механизм и разработаны способы устройства монолитных протяженных немассивных конструкций с послойной укладкой сухих и затворенных бетонных смесей, позволяющие сократить энергозатраты на отогрев основания в холодный период года и снизить расход цемента при приготовлении бетонной смеси;

- впервые определены границы рационального производства сборного железобетона на приобъектных полигонах на территории Российской Федерации при замещении традиционного пропаривания использованием солнечной энергии для ускорения твердения бетона;

- разработана классификация строительных дефектов в период возведения железобетонных сооружений с выделением причин их случайного и вероятностного образования и установлены способы производства ремонтных работ и герметизации трещин с учетом совместимости материалов;

- отработана система составления Технологических регламентов, а также принципы научно-технического сопровождения строительства транспортных сооружений, обеспечивающие качество возведения конструкций и оперативную обратную связь для корректировки принятых решений.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы включены в состав технологических регламентов на производство подготовительных, опалубочных и бетонных работ, которые реализованы при сооружении мостовых переходов через реку Оку в Нижнем Новгороде и на обходе г. Мурома (вантовый мост), метромоста в Лужниках, опор вантового моста и эстакад через реку Москву в Серебряном Бору, опор железнодорожного моста через реку Москву на линии Москва-Курск, опор и эстакад вантового моста через реку Неву в системе КАД вокруг г. Санкт-Петербург, мостов через реку Волга в г. Ярославле, через реки Вятка, Клязьма, Серая, Незнайка, Утка и Суда, при реконструкции Б. Краснохолмского моста через реку Москву и Северянинского путепровода, при строительстве автодорожного тоннеля под каналом им. Москвы на пересечении Волоколамского шоссе с ул. Свободы, тоннелей, сооружаемых открытым способом работ в системе 3-го транспортного кольца г. Москвы на участках от ул. Вавилова до Андреевской набережной, в Лефортово, на пересечении ул. Сущевский Вал с Шереметьевской улицей и под Нижегородской улицей, автодорожных тоннелей и тоннелей метро, сооружаемых открытым способом работ на участке Краснопресненского проспекта от МКАД до проспекта Маршала Жукова, тоннелей и путепроводов при реконструкции Киевского и Боровского шоссе, тоннеля при реконструкции Ленинградского проспекта от станции метро Динамо до станции метро Сокол, при сооружении эстакад в системе 3-го транспортного кольца г. Москвы на участках от Волгоградского проспекта до Нижегородской улицы и от Звенигородского шоссе до Беговой улицы, эстакад при реконструкции подъездных путей к аэропорту Внуково-1, эстакад и путепроводов  в системе КАД вокруг г. Санкт-Петербург, при строительстве станционных комплексов Московской монорельсовой транспортной системы и аэровокзального комплекса Внуково-1 и зданий рамно-безригельной конструкции.

Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 11 всероссийских и международных конференциях, в том числе на 6-ой Международной конференции по науке и технологии (ноябрь, 2000 г., Москва), на Международной конференции Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии (октябрь, 2002 г., Волгоград), на конференции Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей (октябрь, 2004 г., Москва), на 1-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону Бетон на рубеже 3-го тысячелетия (сентябрь, 2001 г., Москва), на 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону Бетон и железобетон - пути развития (сентябрь, 2005 г., Москва).

Публикации. Всего опубликовано 147 научных работ, в том числе по теме  диссертации - 41.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав и общих выводов, содержит 297 страниц машинописного текста, 102 таблицы, 187 рисунков, список использованной литературы из 185 наименований и 3 листа приложений.

ичный вклад автора в решении проблемы заключается в проведении при непосредственном участии автора обследований монолитных железобетонных конструкций транспортных сооружений и обобщении их результатов с выявлением роли теплофизических факторов, определяющих формирование их потребительских свойств, и классификацией причин образования дефектов, в разработке иерархической структуры термодинамической системы строительства сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона и на основе методологии системного подхода в проведении исследований по изучению внутренних и внешних тепломассообменных процессов в твердеющем бетоне, позволившие обоснованно разработать теплофизические основы формирования потребительских свойств конструкций транспортного назначения и методы их практической реализации, в разработке конструкции дифференциальной калориметрической установки на современной элементной базе и установлении особенностей тепловыделения бетонов в составе с современными модификаторами, в установлении закономерностей влагопотерь при послойном бетонировании длинномерных конструкций с развитой неопалубленной поверхностью и определении на их основе допустимых перерывов в подаче бетонной смеси, в установлении закономерностей теплового взаимодействия поэтапно бетонируемых элементов конструкций, особенностей учета формирования собственного термонапряженного состояния бетона и закономерностей взаимодействия собственного термонапряженного состояния в конструкциях различного назначения, обеспечивших разработку теплотехнических приемов, снижающих вероятность образования температурных трещин, и во внедрении разработанных условий формирования потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного железобетона. В соавторстве научно обоснованы, разработаны, защищены патентами и реализованы на практике возможности бездефектного возведения пролетных строений мостов длиной до 180 м и условия увеличения блоков бетонирования конструктивных элементов тоннелей с 15 до 40 м.

Все научные положения сформулированы и разработаны автором лично. Под научным руководством автора в лаборатории термодинамики технологических процессов выполнены исследования по отдельным направлениям данной проблемы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В нашей стране опыт широкого использования монолитного бетона в промышленном и гражданском строительстве берет начало с 30-х годов прошлого столетия, когда принятые темпы индустриализации потребовали ликвидации сезонности в ведении бетонных работ. Решение проблемы по обеспечению круглогодичного бетонирования благодаря работам И.А. Кириенко, В.С. Лукьянова, С.А. Миронова, Б.Г. Скрамтаева показало, что без знания роли температурного фактора в твердении бетона и без прогнозирования последствий его действия на конечные физико-механические характеристики материала невозможно гарантировать качество возводимых конструкций.

Принципиально важными для развития методов бездефектного возведения конструкций из монолитного бетона в сфере транспортной отрасли явились теоретические и экспериментальные исследования  В.С. Лукьянова, который обосновал наличие собственного термонапряженного состояния бетона, установил степень его влияния  на качество бетона и показал, что его величина определяется характером температурной кривой нулевых напряжений, имеющих место на начальной стадии твердения бетона. Предложенный и развитый В.С. Лукьяновым метод гидравлических аналогий и способ учета влияния температуры на рост прочности бетона дал возможность не только решать задачи, связанные с термонапряженным состоянием бетона, но и послужил мощной исходной базой для перехода на прогнозирование температурных режимов с помощью стремительно развивающейся вычислительной техники и стал основой для составления Величко В.П., Зориной В.А., Пасеком В.В. и Соловьянчиком А.Р. целого пакета расчетных прикладных программ, как на ЭВМ, так и в последующем на ПЭВМ, для определения температурных полей в условиях возведения конструкций из монолитного бетона и при изготовлении сборного железобетона.

Изучению роли температурного фактора в технологии бетона были посвящены фундаментальные работы отечественных ученых Абрамова В.С., Айрапетова Г.А., Амбарцумяна С.А., Ахвердова И.И., Баженова Ю.М., Березовского Б.И., Бессера Я.Р., Вегенера Р.В., Волосяна Л.Я., Ганина В.П., Гендина В.Я., Генералова Б.В., Гныри А.И., Головнева С.Г., Грозав В.И., Данилова Н.Н., Запорожца И.Д., Заседателева И.Б., Зубкова В.И., Комохова П.Г., Крылова Б.А., Красновского Б.А., Лагойды А.В, Ли А.И., Лукьянова В.С., Лысова В.П., Малининой Л.А., Малинского Е.Н., Миронова С.А., Мчедлова-Петросяна О.П., Окорокова С.Д., Панченко А.И., Парийского А.А., Сизова В.Н., Скрамтаева Б.Г., Солдаткина М.Т., Соловьянчика А.Р., Топчия В.Д., Ушерова-Маршака А.В., Шестоперова С.В. и других исследователей, на основании которых были определены являющиеся и сегодня основополагающими значения температур твердеющего бетона, при которых наиболее полно проходит процесс гидратации цемента и образуется наиболее качественная структура. 

Об определяющем влиянии теплофизических и тепломассообменных процессов и теплофизических характеристик материалов на формирование температурных напряжений в конструкциях свидетельствует также отечественная и мировая практика гидротехнического строительства, где широко применяется мало использовавшийся в транспортном строительстве метод разрезки массивных конструкций швами, расчетные аппараты которого с учетом защемления бетонируемых блоков предложены Васильевым П.И., Кононовым Ю.И., Трапезниковым Л.П..

Технологическая наука о бетоне на основании исследований Алимова Л.А., Воронина В.В., Гладкова В.С., Горчакова Г.И., Добшица Л.М., Иванова Ф.М., Капкина А.А.Москвина В.М., Подвального А.М., Свиридова В.Н. и других авторов наполнена научно обоснованными, эффективными, проверенными практикой данными по способам проектирования составов бетона и температурным условиям их выдерживания для обеспечения соответствующей морозостойкости и водонепроницаемости материала. В то же время в комплексе с морозостойкостью необходимо рассматривать, как было показано исследованиями Баженова Ю.М., Вахитова М.М., Жукова В.В., Малинского Е.Н., Миронова С.А., Пунагина В.Н., условия по обеспечению термостойкости бетона, которая при ограничении по его допускаемому разогреву может оказаться главенствующей.

Кроме температурного фактора, на свойства бетона оказывают влияние процессы его влагообмена с окружающей средой при производстве бетонных работ.

Вопросам влияния испарения влаги на начальной стадии твердения бетона на его пластическую усадку и конечные физико-механические характеристики посвящены многоплановые исследования Александровского С.В., Айрапетова Г.А., Аруовой Л.Б., Богачева Е.И., Гамаюнова Н.И., Гендина В.И., Дробышевского Б.А., Заседателева И.Б., Копылова В.Д., Крылова Б.А., Куприянова Н.Н., Малининой Л.А., Малинского Е.Н., Миронова С.А., Невакшенова А.Н., Новиковой И.П.,  Орентлихер Л.П., Толкынбаева Т.А., Цимеринова А.И., Шахабова Х.С. , а также зарубежных ученых, изучавших особенности твердения бетона в условиях сухого жаркого климата.

Современные условия применения монолитного железобетона при возведении транспортных сооружений и решение важной технической и хозяйственной проблемы по обеспечению их надежности и долговечности привели к необходимости проведения новых поэтапных комплексных исследований по детальному изучению обширного круга термодинамических и теплофизических процессов, сопровождающих твердение бетона и затрагивающих весь цикл создания транспортного объекта, включая его проектирование, строительство и эксплуатацию.

Такой подход вызывается, во-первых, особенностями железобетонных транспортных сооружений, которые характеризуются сегодня сочетанием  значительно возросших статических и динамических нагрузок от транспортных средств, что вызвало переход на использование бетонов высоких классов (В30ЕВ45 и выше) с высоким расходом цемента, а в некоторых случаях на использование бетонов со специальными модификаторами, без которых невозможно обеспечить требуемый проектный класс бетона, не выходя за рамки нормативных ограничений по расходу цемента.

К особенностям многих конструктивных узлов мостовых, эстакадных и тоннельных переходов следует также отнести высокие требования к марке бетона по морозостойкости, как правило, не ниже F300, из-за необходимости обеспечения  долговечности и надежности сооружения в условиях контакта бетона в холодный период с химическими противообледенительными реагентами.

Во-вторых, произошли качественные изменения в применяемых бетонах вследствие насыщения рынка высокопроизводительной техникой по доставке бетонных смесей к месту укладки, так как широкомасштабное использование бетононасосов потребовало разработки составов с высокой подвижностью.

В-третьих, из-за загруженности автомагистралей на маршрутах транспортировки бетона возникла потребность в составах с длительным сохранением удобоукладываемости.

Отмеченные качественные изменения в используемых материалах отражаются на кинетике процессов гидратации и структурообразования при формировании  цементного камня и приводят к изменениям в динамике разогрева бетона и к более существенному уровню его разогрева в конструкциях

В-четвертых, к необходимости переосмысливания накопленного опыта строительства сооружений из монолитного бетона привели не только качественные изменения в используемых материалах, но и в корне изменившиеся условия строительства объектов. Диктуемые сегодня контрактом сжатые сроки ввода сооружений в эксплуатацию требуют интенсификации всех технологических процессов, приводят к необходимости бетонирования конструкций укрупненными блоками, подчас с объединением разнофункциональных конструктивных элементов различной массивности, тепловое взаимодействие между которыми также переходит на качественно новый уровень.

В-пятых, в силу высокой объемности транспортных сооружений и наличия конструктивно сложных сопряжений различных элементов их возведение ведется поэтапно при неизбежно возникающем при твердении бетона силовом взаимодействии бетонируемых элементов с различным уровнем разогрева.

Кроме того, оказалось, что формирование таких функциональных потребительским свойств бетона, как прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, трещиностойкость к климатическим воздействиям и коррозионная стойкость, потребовало рассматривать проблему совместно с приемами практической реализации проектных решений, также зависящих от тепломассообменных процессов, и привело к необходимости кроме функциональных потребительских свойств формировать технологические потребительские свойства, в круг которых, связанных с тепломассообменными процессами, были включены:

- сохранение технологичности, непрерывности работ при неритмичных поставках бетона и негативном воздействии окружающей среды;

- обеспечение однородности функциональных свойств по объему конструкции;

- снижение вероятности образования температурных трещин на стадии возведения сооружения;

- снижение трудоемкости работ, экономное расходование энергетических ресурсов и автоматизация технологических этапов строительного производства;

- обеспечение ремонтопригодности;

- наличие системы качественной реализации формирования потребительских свойств.

Учитывая различную природу процессов, на которые оказывает влияние окружающая среда и температурный режим твердеющего бетона, решение проблемы по обеспечению требуемого качества конструкций из монолитного железобетона потребовало рассматривать весь цикл создания транспортного сооружения, включая этапы его проектирования, строительства и эксплуатации, как единую взаимодействующую термодинамическую систему.

Необходимость такого подхода применительно к сборному железобетону  впервые была теоретически обоснована А.Р.Соловьянчиком  при создании энергосберегающих основ  технологии заводского изготовления мостовых и других железобетонных конструкций. Кроме того, в соответствии с развернутой интерпретацией системного подхода, предложенной  и развиваемой в ЦНИИС А.А.Цернантом, обеспечение эффективности управления качеством таких систем предусматривает необходимость их рассмотрения с позиций не только структурно-иерархического, но и диалектического (рассмотрение системы на всех стадиях цикла создания сооружения) и кибернетического (в качестве объекта управления с обязательным наличием обратных связей) аспектов.

Исходя из совокупности процессов и условий, влияющих на формирование потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона, в данной работе принципы системного подхода конкретизированы и формализованы в виде структурно-иерархической схемы термодинамической системы (рис.1), отражающей во времени стадии цикла создания транспортного объекта.

В представленной схеме выделяется четыре взаимосвязанных уровня иерархии рассматриваемой системы: нано-, микро-, мезо- и макро-, рассмотрение роли тепломассообменных процессов на каждом из которых и при взаимодействии стадий жизненного цикла создания сооружения между собой позволило сформулировать основные направления исследований в представляемой работе.

  Рис.1 - Структурно-иерархическая схема термодинамической системы

  строительства транспортного объекта

Первая стадия жизненного цикла включает взаимодействие на нано уровне активных составляющих бетонной смеси: цемента, воды, модификаторов. Этому взаимодействию предшествует, во-первых, проектирование состава бетонной смеси в соответствии с требованиями проекта по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости (функциональные потребительские свойства) конкретного рассматриваемого сооружения и в соответствии с требованиями принимаемой технологии ведения бетонных работ по сохранению подвижности в период доставки бетонной смеси на объект, а, во-вторых, приготовление бетонной смеси и ее транспортировка и доставка к месту укладки.

Скорость взаимодействия активных составляющих бетонной смеси при нормируемых показателях по качеству цементов, применяемых в транспортном строительстве, зависит от состояния воды, тонкости помола цемента, вида применяемого модификатора и температуры протекания процесса гидратации цемента, идущего со значительным выделением тепла, которое в последующем вместе с условиями теплообмена определяет развитие температурных полей в конструктивных элементах.

Поэтому для прогнозирования выделения тепла при гидратации цемента и определения, при необходимости, путей снижения уровня разогрева бетона при рассмотрении стадий последующих уровней иерархии системы потребовалась постановка исследований данного процесса на составах бетона с применяемыми сегодня модификаторами различного механизма действия. Учитывая, что кинетика тепловыделения отражает кинетические закономерности процесса  гидратации цемента, получаемый экспериментальный материал дает также основание делать предположения о полноте использования потенциала цемента.

На полноту процесса гидратации  цемента оказывают также влияние массообменные процессы при возведении сооружения, которые действуют в двух временных периодах: в период бетонирования, когда при послойной укладке бетонной смеси возникает технологический перерыв в перекрытии слоев, и по окончании бетонирования конструкции в период производства работ по отделке поверхности забетонированного элемента и в течение срока организации влажностного ухода за бетоном. Учитывать эти процессы необходимо определением допускаемых влагопотерь и отсюда допускаемой продолжительности перерыва до укладки последующего слоя, что ранее не исследовалось применительно к послойному бетонированию конструкций.

Второй уровень иерархии термодинамической системы (микроуровень) отражает на микро уровне ход во времени процессов структурообразования при формировании цементного камня. Качество структуры при этом влияет на обеспечение необходимой морозостойкости материала, а одним из первых условий выполнения проектных требований по этому показателю долговечности является соблюдение регламентированного СНиП максимально допускаемого уровня разогрева бетона в зависимости от суровости климата, на территории, где эксплуатируется сооружение.

Поэтому поиск сценариев управления уровнем разогрева бетона является узлом сопряжения первого и второго уровня иерархии термодинамической системы, а решение проблемы потребовало ее разделения на два направления. Первое направление связано с поиском путей по ограничению уровня саморазогрева бетона в массивных конструкциях, а второе - относится к конструкциям немассивным, когда требуемый температурный режим твердения бетона обеспечивается внешним источником энергии и необходимо исключение внештатных ситуаций по перегреву материала. Второе направление потребовало разработки на базе микропроцессорной техники системы автоматического регулирования процесса нагрева бетона.

При регламентировании допускаемого уровня разогрева бетона необходим также учет возникающих напряжений третьего рода, являющихся следствием различий в коэффициентах температурного расширения различных кристаллов новообразований, входящих в состав цементного камня. Данные напряжения являются вторым фактором, определяющим качество структуры цементного камня.

На третьем уровне иерархии (мезоуровень) находится основной конструктивный материал - твердеющий бетон, при прогнозировании роста прочности которого требуется учет температурного фактора по двум направлениям: и как определяющего темп твердения бетона, и как определяющего уровень температурных напряжений второго рода, вызываемых разностью коэффициентов температурного расширения крупного заполнителя и мелкого заполнителя с цементным камнем, фиксируемых в процессе твердения бетона и влияющих на его термостойкость.

Учет этого показателя требует обеспечения на начальной стадии твердения бетона низких положительных температур и низкой скорости разогрева бетона. А для периода эксплуатации сооружения необходимо наложение уровня разогрева твердеющего бетона на амплитуду колебаний температуры среды для территории, где возведится транспортный объект, что может внести коррективы в допускаемый уровень максимального разогрева бетона и относится к выбору сценариев управления в узле сопряжения стадий твердения бетона со стадиями эксплуатации сооружения, находящихся на макроуровне иерархической структуры.

При обеспечении функциональных свойств бетона неоходимо также, как и при обеспечении полноты протекания процесса гидратации цемента, учитывать влияние потерь влаги в период возведения сооружения на конечную прочность бетона. Помимо этого, для обеспечения качественного совместного виброуплотнения укладываемых слоев бетонной смеси требуется определение допускаемого снижения ее подвижности в ранее уложенном слое и разработки методики прогнозирования возникающей при этом интегральной подвижности провибрированных совместно слоев. Получаемая в таком плане информация дает возможность оценивать неритмичность технологического процесса и диктовать условия по ограничениям в перерывах подачи бетонной смеси на строительный объект.

К четвертому уровню иерархии жизненного цикла создания транспортного объекта относится формирование свойств бетонируемого элемента конструкции.

В бетонируемых конструктивных элементах при их выдерживании в опалубке формируется неоднородное температурное поле,  которое вызывает образование собственных температурных напряжений первого рода (макронапряжения), определяющих трещиностойкость бетона в процессе его твердения.

Для оценки параметров собственного термонапряженного состояния бетона необходимо прогнозировать изменение температур и рост прочности твердеющего в объеме элемента бетона и по разности установленных температурных перепадов по сечению элемента в период формирования кривой нулевых напряжений и в период наиболее неблагоприятного распределения температур находить расчетный перепад.

Достоверность получаемых результатов, а также правомерность выбираемых сценариев управления термонапряженным состоянием бетона зависит от надежности исходных данных по изменению тепловыделения гидратирующего цемента при переменных во времени температурах, от достоверности данных по теплофизическим характеристикам твердеющего бетона (теплопроводность и теплоемкость)  и от правильного учета тепломассообменных процессов на границе с окружающей средой, назначаемых при расчетах на имитационных моделях. С учетом изменившегося качества применяемых материалов определение отмеченных показателей также составило предмет специальных исследований, а выбор сценариев управления термонапряженным состоянием бетона, направленных на снижение вероятности образования температурных трещин, оказывается взаимосвязанным с уровнем иерархии, который относится к взаимодействию активных составляющих бетонной смеси.

Неоднородность температур в бетонируемом конструктивном элементе требуется оценивать также с позиции эффективного использования опалубочного оборудования и находить приемы, обеспечивающие сглаживание неравномерного распределения температур для минимизации времени выдерживания бетона в опалубке.

На четвертом уровне иерархии, но на следующей стадии жизненного цикла находится взаимодействие поэтапно бетонируемых конструктивных элементов требующее рассмотрения  температурных напряжений, являющихся следствием защемления вновь бетонируемого элемента ранее забетонированным, когда на границе их сопряжения происходит сдерживание свободного проявления температурных деформаций разогреваемого и в последующем остывающего бетона. В силу конструктивных особенностей или функционального назначения конкретного сооружения задачу оказалось необходимым разделить на два направления: первое относится непосредственно к поэтапному бетонированию, а второе - к одновременному бетонированию разномассивных элементов конструкции, как например, при устройстве плитно-ребристых пролетных строений, когда бетон в ребре из-за его высокой массивности разогревается значительно выше и твердеет интенсивнее, чем бетон в немассивных консолях и плите, и немассивные элементы становятся условно защемленными в ребро.

Поскольку данный вид напряжений ограничивает длину захватки бетонирования, то выбор сценариев управления на данном уровне иерархии термодинамической системы с целью увеличения размеров бетонируемых блоков включает необходимость исследования развития тепловых процессов на границе бетонируемых элементов и одновременно требует их рассмотрения совместно с условиями формирования собственного термонапряженного состояния бетона, рассматриваемого на предыдущей стадии жизненного цикла.

В пятый уровень иерархии рассматриваемой системы попадает также устройство сооружений с применением сборного и монолитного железобетона. В таком сооружении сборный железобетон играет роль ранее забетонированного элемента, а монолитный, с помощью которого сборные элементы объединяют в единое сооружение, выступает в качестве вновь бетонируемого узла.

На макроуровне происходит также стадия взаимодействия возведенного сооружения с окружающей средой, когда необходимо рассматривать взможность возникновения температурных напряжений при снятии опалубки или решать вопросы по выбору способов и материалов для ремонта возникших в ходе строительства дефектов. Решение вопросов последнего направления приводит к необходимости рассматривать проблему с позиции совместимости ремонтных составов с ремонтируемым бетоном, в том числе с учетом прогнозируемых тепломассообменных процессов.

При комплексном решении проблемы обеспечения потребительских свойств транспортного сооружения потребовалось создание системы управления их формированием с включением принципов выбора управляющих воздействий и способов их реализации, системы документов, обеспечивающих порядок реализации разрабатываемых решений, и системы управления качеством объектов транспортного строительства.

При решении вопросов методологического обеспечения достоверности результатов проводимых исследований по изучению параметров твердеющего бетона в условиях нестационарности тепломассообменных процессов  и неритмичности технологических этапов  возведения сооружений была  разработана автоматизированная калориметрическая установка для изучения тепловыделения бетона.

При выборе принципа действия разрабатываемой калориметрической установки применительно к изучению свойств бетонов в условиях возведения монолитных сооружений приоритет был отдан калориметру, работающему по дифференциальной схеме с имитацией тепловыделения бетона путем электропрогрева модельного образца по сигналу следящей системы, фиксирующей изменение мощности тепловыделения во времени. При этом для устранения влияния температуры на кинетику проявления термодинамического потенциала цемента была обоснована возможность проведения исследований на растворной части бетона и определен допускаемый объем исследуемой смеси, при котором исключается высокий уровень саморазогрева исследуемого образца.

Функциональные элементы разработанной дифференциальной автоматизированной  калориметрической установки представлены на рис.2.

 

  Рис.2 - Блок-схема дифференциальной калориметрической установки

В качестве прибора, регистрирующего все параметры тепловых импульсов и преобразующего их в цифровую форму, используется 12-ти разрядный аналого-цифровой преобразователь ЛА-1,5PCI, обеспечивший возможность компьютеризировать вычислительный процесс и повысить точность измерений за счет изменений порядка регистрации параметров теплового импульса с максимальным значением суммы случайной и систематической ошибок не более 5,0 %.

Для условий поставленной задачи с помощью разработанного для этих целей НПП Карат измерителя теплопроводности МИТ-1 зондовым методом было изучено изменение теплопроводности в процессе твердения бетона на составах с  длительными сроками сохранения реологических свойств, которые требуются при современных способах транспортировки и доставки бетона к месту укладки. Исследования показали, что в процессе твердения бетона, модифицированноного супер- и гиперпластификаторами можно выделить две основные стадии в изменении λ: участок со снижением  λ от 2,597Е2,477 до 2,319Е2,316 Вт/(моС) и участок со стабильным значением теплопроводности на достигнутом уровне в период активного твердения бетона, что отличается от результатов ранее определенных закономерностей в изменении теплопроводности, когда высокая подвижность смеси обеспечивалась только за счет соответствующего соотношения цемента и воды.

Для оценки достоверности результатов моделирования тепловых процессов при твердении бетона и корректировки расчетных данных в ходе осуществлявшегося научно-технического сопровождения строительства объектов проводилось измерение температур непосредственно в бетонируемых конструктивных узлах, а по окончании выдерживания бетона определялась его прочность.

В качестве датчиков температуры использовались хромель-копелевые термопары, которые закреплялись на арматурном каркасе перед производством бетонных работ в характерных точках бетонируемого сооружения, а в качестве вторичного прибора, обеспечивавшего измерение и считывание информации по температурам применялся 8-ми канальный терморегистратор Терем-3, первые модификации которого были разработаны НПО Карат при непосредственном участии автора настоящей работы по техническому заданию и при финансировании лабораторией Термодинамики технологических процессов ОАО ЦНИИС.

Изучение взаимодействия активных составляющих бетонной смеси в зависимости от температурного фактора и используемых модификаторов, проведенное на калориметре на бетонах, модифицированных лигносульфонатами, суперпластифыикатором С-3, гиперпластификатором с торговой маркой Глениум и органоминеральными комплексами типа МБ и Эмбэлит, показало, что использованные модификаторы определяют только кинетику тепловыделения при гидратации цемента.

При совпадении значений максимальной скорости процесса менялось только время ее наступления, причем в очень широком диапазоне: от 12,5 ч для состава с Глениумом и 16,0 ч в составе с суперпластификатором С-3 до 48,0 ч в составе бетона, модифицированного органоминеральным комплексом МБ 10-01 (рис. 3), что связано с различиями природы действия каждой из исследованных композиций. Но в возрасте 100 ч количество выделившегося тепла в пересчете на 1 кг цемента составило для всех изученных составов 260 кДж/кг, что дает основание говорить о возможности снижения уровня разогрева бетона при применении отмеченных композиций пропорционально уменьшению расхода цемента. В то же время необходимо обратить внимание на факт быстрого расходования потенциала цемента: уже в возрасте 100 ч при нормальной температуре относительное тепловыделение от возможного максимального составляет 56 %, что говорит о необходимости постановки последующих исследований по изучению долговечности материала.

 

  Рис.3 - Кинетика (1) и интенсивность (2) тепловыделения при температуре

20 оС бетонов с органоминеральными модификаторами МБ 10-01 (а)

и Эмбэлит (б)

 

В ходе изменения скорости процесса отмечены различия на его начальной стадии, характеризуемые более низким значением первого пика тепловыделения для составов с органоминеральным модификатором МБ 10-01, что говорит о поглощении тепла минеральной частью модификатора. В последующем развитии тепловыделения бетонов, модифицированных МБ 10-01, выявлено, что с увеличением количества модификатора в бетонной смеси увеличивается значение максимальной скорости процесса. Такая закономерность связана с ролью минеральной части модификатора, как дополнительного центра кристаллизации, что и увеличивает выход продуктов гидратации.

Изучение проявления термодинамического потенциала цемента при температуре 40 оС показало на индивидуальную роль температурного фактора в каждом исследованном составе. Наиболее качественные изменения были зафиксированы для

состава бетона с суперпластификатором С-3, когда с повышением температуры проявление тепловыделения  в составе с суперпластификатором оказалось практически идентично тепловыделению для бездобавочного бетона, что потребовало для проведения в последующем расчетов развития температурных полей определить для каждого из модификаторов индивидуальные значения переходных коэффициентов, с помощью которых учитывается влияние температурного фактора на скорость тепловыделения и рост прочности бетона.

Установленные существенные различия в проявлении тепловыделения бетонов в зависимости от применяемых модификаторов привели к необходимости разработать новый алгоритм расчета тепловыделения при гидратации цемента при решении основного уравнения теплопроводности:

который заключается в замене аналитических зависимостей по расчету тепловыделения, использовавшихся в программном комплексе ЦНИИС, на вводимые в базу исходных данных результаты экспериментальных определений показателей этого процесса на калориметрических установках в нормальных условиях твердения (при 20 оС), получаемые на  бетонах конкретного запроектированного состава. Количественная оценка влияния температуры на процесс тепловыделения в расчетах учитывалась с помощью так называемой температурной функции ft, показатели которой определялись также по экспериментальным данным калориметрических измерений при температурах, отличных от 20 оС.

Оценка прогнозируемого разогрева бетона, полученного на имитационных моделях для условий возведении основных элементов транспортных сооружений и зданий вокзальных комплексов с выбором для расчетов конструктивных узлов с различной массивностью показала, что превышение значений максимальной температуры бетона над регламентированным, при котором гарантируется образование качественной структуры материала (не более 80 оС при эксплуатации сооружения в средней полосе и не более 70 оС - при эксплуатации в суровых климатических условиях) при классе бетона В30 имеет место при массивности элементов, характеризуемой модулем поверхности ниже 1,7 м-1, при классе бетона В40 - при модуле поверхности ниже 2,5 м-1, а при классе бетона В45 и традиционном проектировании его состава уровень разогрева бетона всегда превышает допускаемый и в теплый период года может превысить 90 оС.

Задача по снижению разогрева бетона решалась путем определения на имитационных моделях допускаемого расхода цемента и подбора соответствующего состава бетона либо без специальных модификаторов, либо за счет использования модификаторов, обеспечивающих снижение расхода цемента. Об эффекте применения для этих целей модификатора Эмбэлит свидетельствует рис. 4, на котором максимальный разогрев бетона с данным модификатором на 14 оС ниже, чем при использовании обычного бетона даже более низкого класса.

Оценка скорости разогрева бетона по результатам моделирования изменения температур в твердеющем бетоне показала, что она во всех расчетных вариантах составляла не более 1,6 оС/ч, что на порядок ниже ограничения по скорости разогрева бетона при интенсивной тепловой обработке, и поэтому может не вызывать опасений в нарушении структуры материала на стадии подъема температуры.

При решении вопроса по обеспечению однородности свойств бетона по объему конструкции для условий, когда имеющий место разогрев не достигает предельно допускаемого (при модуле конструкций выше 3,0 м-1), было установлено, что за счет снижения тепловых потерь путем доведения термического сопротивления опалубки до значения R = 0,35 м2 оС/Вт возможно сокращение в два раза времени набора требуемой прочности в поверхностных слоях, имеющих более низкую температуру.

 

Рис.4 - Изменение температуры твердеющего бетона при устройстве

фундаментных плит толщиной 1,4 м с применением бетона класса В35,

без специальных модификаторов (а) и толщиной 1,5 м и бетоне класса

В40, с модификатором Эмбэлит 8-100 (б)

Определение колебаний температуры различных слоев конструкции при колебаниях температуры среды, когда может происходить замораживание и оттаивание бетона, позволило установить, что если за 100 % принять количество переходов через 0 оС в наружном слое конструкции, то на расстоянии 200 мм от поверхности число таких переходов не превышает 26 %, а на расстоянии 300 мм от поверхности - 16 %. Установленные закономерности показали на возможность дифференцированного подхода в ограничении максимально допускаемого разогрева бетона.

Проработка вариантов управляющих воздействий, обеспечивающих снижение разогрева бетона,  показала на возможность решения проблемы на стадии проектирования сооружения за счет поиска оптимального соотношения между конфигурацией конструкции и требуемой несущей способностью. На примере плитного пролетного строния толщиной  800 мм,  запроектированного с равномерно расположенными пустотами диаметром  400 мм, было установлено, что при проектном классе бетона В35 разогрев бетона даже при высоких температурах среды и укладываемой бетонной смеси не превышает 73 оС, а зона с такой температурой по площади поперечного сечения не превышает 1,5 %.

Кроме косвенного управления уровнем максимального разогрева бетона в массивных элементах за счет изменения расхода цемента или конфигурации конструкции были проработаны варианты прямого управления параметрами твердеющего бетона маломассивных конструкций, когда температура обеспечивается путем подвода внешнего источника энергии и требуется исключить риск нештатных ситуаций, приводящих к  перегреву бетона.

На основании результатов исследований была разработана система автоматического управления процессом поддержания требуемого температурного режима твердеющего бетона на базе специально созданного микропроцессорного устройства СПК 430*1), которое обеспечивает требуемый ритм технологического потока на основе регулирования температурного режима твердеющего бетона по его изменяющейся температуре и прочности. При программировании работы устройства СПК 430 по вычислению текущей прочности твердеющего бетона и прогнозируемой, которую бетон может набрать за время, оставшееся до конца цикла обогрева, использовали алгоритм, предложенный Абрамовым В.П. и Соловьянчиком А.Р., позволяющий вести расчет прочности с любого момента времени независимо от продолжительности начальной стадии твердения бетона и последующего твердения после выключения системы обогрева:

Система автоматического регулирования процесса нагрева бетона с помощью устройства СПК 430 была применена и обеспечила качество работ с рациональными энергозатратами при омоноличивании стыков и швов на строительстве зданий с безригельным каркасом системы ИМС и на заводе ЖБИ в Михнево, где освоен выпуск сборного железобетона для монтажа зданий отмеченной конструкции,.

Изучение влияния отрицательных температур среды на обеспечение потребительских свойств бетона при управлении тепловыми потерями за счет изменения условий теплообмена на границе бетон-окружающая среда позволило установить, что при термическом сопротивлении опалубки величиной 0,7 м2 оС/Вт и классе бетона В40 возможно  расширение диапазона ведения работ в холодный период года без устройства технологических укрытий до температуры минус 10 оС при модуле поверхности конструкции, равном 5 м-1, а при модуле поверхности, равном 4 м-1- до минус 20 оС. Реализация таких приемов при строительстве аэровокзального комплекса Внуково-1 позволила существенно снизить трудоемкость работ и энергозатраты.

Изучение воздействия влажностного фактора на обеспечение функциональных и технологических потребительских свойств бетона, проведенное для условий послойного бетонирования протяженных в плане конструкций с имитацией температуры среды, ее подвижности и потока солнечной радиации,  подтвердило высказанную гипотезу о возможности восполнения влагопотерь при совместном виброуплотнении укладываемых слоев бетонной смеси за счет перераспределения влаги в бетонируемой конструкции. Из представленных в табл. 1 данных, в которой 1-ый этап соответствует послойному бетонированию, а 2-ой - завершаемому укладываемому слою, прослеживается явная разница в допускаемых влагопотерях.

Таблица 1

1. Влияние испарения влаги на прочность и морозостойкость послойно укладываемого бетона класса В 40

Темпе-ратура бетона, оС	Темпе-ратура среды, оС	Продолжитель-ность воздействия среды, мин		Влагопотери в слое толщиной 10 см, г/%В		Прочность, МПа %R28		Морозостой-кость, число циклов
		1-ый этап	2-ой этап	1-ый этап	2-ой этап	1-ый этап	2-ой этап	1-ый этап	2-ой этап
14	10	150	120	15,0 8,4	12,0 7,0	54,0 100	54,1 100	37	37
14	10	180	120	17,5 9,8	12,2 7,2	52,9 98,0	54,0 100	37	37
22	25	60	40	14,8 8,3	9,5 5,6	53,5 99,0	54,0 100	37	37
21	25	80	40	21,0 11,8	9,5 5,5	53,2 98,5	53,8 99,6	37	37
22	25	90	40	22,5 12,6	9,6 5,8	52,6 97,5	53,6 99,2	>35 <37	37

Обобщение результатов экспериментальных исследований показало, что действие окружающей среды должно быть ограничено периодом, когда влагопотери к моменту перекрытия слоев не превышают 10,5 % от воды затворения для бетона класса В30 и  10,0 % - для бетона класса В40. В то же время для верхнего заключительно укладываемого слоя бетонной смеси допускаемый уровень влагопотерь, при котором не происходит последующий недобор проектной прочности бетона и не снижается его морозостойкость, составляет только 7 % от воды затворения для бетона класса В30 и 6,5 % - для бетона класса В40.

Специально проведенными исследованиями впервые был установлен характер перераспределения бетона по подвижности после совместного виброуплотнения слоев и для оценки результирующей подвижности предложено соотношение:

ОКсовм = 1,46 + 0,234(ОКниз Ц 3) + 0,714ОКверх, (3)

которое вместе с кривой изменения подвижности бетонной смеси во времени позволяет оценивать период снижения подвижности до критического значения и рассчитывать допускаемую продолжительность перерыва в поставках бетонной смеси. Для прогнозирования влагопотерь и определения допускаемого перерыва в бетонировании была разработана номограмма для каждого проектного класса бетона (рис. 5).

 

  Рис.5 - Номограмма для определения влагопотерь и потери подвижности

бетона класса В40 (1 - верхний слой; 2 - послойная укладка;

а) - tб = 20 оС, tв = 25 оС; б) - tб = 15 оС, tб = 10 оС)

Исследование особенностей формирования собственного термонапряженного состояния бетона в конструктивных элементах простой формы показало на низкую вероятность образования температурных трещин при их массивности, соответствующей модулю поверхности не ниже 2,0 м-1. Но при  модуле поверхности, равном Мп = 1,2 м-1 расчетная разность для угловых точек и граней превышает допускаемые 18 оС и может быть снижена за счет сглаживания неравномерности температур путем увеличения термического сопротивления опалубки в проблемных зонах.

Однако, как показали исследования, при габаритах бетонируемого ростверка, когда модуль поверхности равен 0,75 м-1, даже при дополнительном увеличении термического сопротивления опалубки путем закрепления утеплителя по граням ростверка и доведения суммарной мощности тепловой изоляции и опалубки на этих участках  до 0,7 м2 оС/Вт собственное термонапряженное состояние бетона характеризуется высокими значениями расчетных перепадов, доходящими в летних условиях до 27 оС, что помимо управления тепловыми потерями в окружающую среду потребовало для снижения вероятности трещинообразования ввести ограничение по расходу цемента в поставляемой на объект бетонной смеси.

При этом, как было установлено для ростверков с Мп 1,2 м-1, наиболее неблагоприятное распределение температур имеет место в момент максимального разогрева бетона, а для растверков с Мп = 0,75  м-1 наибольшая неравномерность температурного поля формируется в возрасте 240 - 250 ч.

Изучение характеристик собственного термонапряженного состояния бетона при возведении стоек опор и колонн выявило, что при диаметре стоек до 1,3 м расчетные перепады температур по сечению незначительны. Но при диаметре стойки, равном 2,0 м, при сглаживании неравномерности температур по сечению за счет регулирования тепловых потерь с поверхности  выявилось, что при достижении положительного эффекта по допускаемому расчетному перепаду температур возникает  высокая температура бетона на поверхности стойки (62 оС), что потребовало  определенного сокращения расхода цемента в проектируемом составе бетонной смеси.

Определение параметров собственного термонапряженного состояния бетона в стойках опор с модулем поверхности Мп = 0,94 м-1 (русловые опоры моста через реку Оку в Нижнем Новгороде) выявило, что  при расходе цемента в составе бетонной смеси равном 430 кг/м3 при бетонировании в металлической опалубке вероятность образования температурных трещин очень высокая. Увеличение термического сопротивления опалубки дало возможность снизить перепад температур, но при этом температура бетона в поверхностных слоях  достигала высоких значений(табл. 2).

Таблица 2

Условия расчета			Вариант опалубки		Температура на момент макс. разогр., оС		Разность температур, оС			Время остыв. до до- пуск. темпер., сут
расход цемента, кг/м3	tбет, оС	tср, оС	метал.	метал. с теп- овой изол.	пове- рхн.	центр	при проч-ности 0,3R28	на момент макс. разогр.	рас-четная
430	10	5	+	-	30	73	17	43	26	3,0
430	10	5	-	+	65	75,5	2	10,5	8,5	6,5
430	20	20	+	-	28	75	12	47	35	2,0
430	20	20	-	+	62	86	9	24	15	4,5
380	10	5	+	-	25	57	12	32	20	3,0
380	10	5	-	+	40	53	4	13	9	4,5
380	20	20	+	-	35	68	10	33	13	1,7
380	20	20	-	+	50	68	6	17	11	3,5

Управление разогревом твердеющего бетона путем снижения расхода цемента с 430 до 380 кг/м3 дало возможность не только снизить разогрев бетона в поверхностном слое, но и при ведении бетонных работ в теплый период года обеспечить допускаемый температурный перепад без закрепления тепловой изоляции на металлической опалубке.

Более существенная разница в температурах, особенно между центром и гранями, расположенными под острым углом, была зафиксирована при прогнозировании условий бетонирования  нижней части пилона русловых опор вантового моста через реку Оку при обходе г. Мурома. Апробация на имитационной модели различных теплотехнических приемов по снижению неравномерности разогрева бетона выявила, что при снижении степени неоднородности температур по объему опоры за счет дополнительного увеличения термического сопротивления опалубки граней увеличивается превышение расчетной разности температур над допускаемой при низких температурах среды и укладываемой бетонной смеси.

Для таких условий бетонирования была подтверждена возможность достижения необходимого эффекта путем изменения порядка производства подготовительных работ со смещением во времени бетонирования нижней части пилона и работ по закреплению на опалубке дополнительной тепловой изоляции, с переносом этой операции с подготовительного периода на период после набора бетоном прочности в поверхностных слоях величиной 30 % R28. В итоге расчетная разность температур снизилась с 35 до 21 оС.

Обобщение данных исследований показало, что при модуле поверхности колонн или стоек опор более 1,7 м-1, но менее 5,8 м-1, необходимо сглаживать неоднородность температур только для обеспечения равномерного твердения бетона по объему бетонируемой конструкции. При модуле поверхности бетонируемого элемента менее 1,8 м-1 уже требуется снижение неоднородности температур для обеспечения как равномерного твердения бетона, так и требуемой трещиностойкости в процессе его твердения.

По результатам проведенных исследований для ориентировочных расчетов были установлены эмпирические закономерности  степени неравномерности температур (t) и расчетных перепадов температур с учетом формирования кривой нулевых напряжений (tрасч)  в зависимости от расхода цемента (Ц), температуры бетонной смеси (t) и модуля поверхности (Мп) бетонируемых колонн или стоек опор:

t = e3,53 Ц 0,41(Мп Ц 0,95) + 0,5(t Ц 10) + 0,15( - Ц 410),  (4)

tрасч = e3,51 Ц 0,537(Мп Ц 0,5) + 0,6(t Ц 10) + 0,17 ( - Ц 410)  (5)

(для опалубки из металлических щитов),

tрасч = e2,34 Ц 0,53 (Мп Ц 0,5) + 0,1(t Ц 10) + 0,2 ( - Ц 410) (6)

(для опалубки из металлических щитов с закрепленной тепловой изоляцией, или щитов из ламинированной фанеры).

Результаты детальных исследований по изучению характеристик собственного термонапряженного состояния бетона в плитно-ребристых пролетных строениях мостов и эстакад, выполненных по различным проектным решениям, выявили существенные различия в температурах твердеющего бетона, определяемых конфигурацией и габаритами конкретного рассматриваемого варианта (рис.6).

Характер установленных параметров формирующегося термонапряженного состояния бетона при этом показал, что при традиционном способе бетонирования расчетная средневзвешенная разность температур превышает допускаемую, что указало на высокую вероятность образования трещин (табл. 3).

Управление тепловыми потерями со стороны поверхностей маломассивной консоли за счет увеличения термического сопротивления опалубки и тепловлагозащитного покрытия явилось одним из вариантов снижения расчетной разности температур (табл. 3). При этом было установлено, что габариты плитно-ребристого пролетного строения определяют как величину требуемого термического сопротивления, так и зоны пролетного строения, где необходимо дополнительно увеличивать мощность тепловой изоляции.

 

Рис.6 - Температурное поле в момент максимального разогрева в различных

  конструкциях плитно-ребристого пролетного строения (слева - при

  высоте ребра 2,6 м и ширине 0,7 м, справа - при высоте ребра 1,4 м и

  ширине 2,5 м

Таблица 3

Параметры твердения бетона плитно-ребристого пролетного строения

Условия расчета, оС		Разность средне-взвешенных температур ребра и консоли при 0,3 R28	Разность средне-взвешенных температур ребра и консоли на момент максимального разогрева	Расчетная разность средневзвешенных температур
tб.см	tсреды
10	10	12,7/5,4	32,5/17,9	19,8/12,5
15	10	16,0/6,2	35,0/17,5	19,0/11,3
15	15	12,8/4,8	32,1/15,8	19,3/11,0
20	20	9,8/5,3	31,5/15,3	21,7/10,0

Так, при плавном переходе от массивного  ребра к консоли и относительно небольшом ее вылете (эстакада на трассе Краснопресненского проспекта в Серебряном Бору), для снижения температурных напряжений и исключения вероятности образования температурных трещин оказалось достаточным только увеличить до 0,45 м2 оС/Вт мощность тепловой изоляции тепловлагозащитного покрытия, укладываемого сверху консоли (рис. 7).

Изучение возможных сценариев управления термонапряженным состоянием бетона на границе одновременно бетонируемых разномассивных элементов при возведении плитно-ребристых пролетных строений мостов и эстакад, которые устраивались при реконструкции МКАД, метромоста в Лужниках, при строительстве эстакад третьего транспортного кольца и на трассе Краснопресненского проспекта в Москве, подъездных путей к аэропорту Внуково, КАД вокруг Санкт-Петербурга, показало, что проблема сглаживания неравномерности температур по сечению плитно-ребристого пролетного строения может быть также эффективно решена путем перераспределения тепловых потоков между ребром и маломассивными элементами за счет устройства полога или настила снизу бетонируемого пролетного строения между несущими ребрами и краем консолей (патент РФ № 2143047).

Рис.7 - Температурное поле в плитно-ребристом пролетном строении

  в момент максимального разогрева бетона

  а) - при бетонировании по традиционной технологии;

  б) - при увеличении мощности изоляции тепловлагозащитного

покрытия

В качестве варианта повышения однородности температур в поперечном сечении плитно-ребристого пролетного строения была также оценена возможность достижения этой цели путем повышения температуры маломассивных элементов за счет внешнего источника энергии, в качестве которого рассматривалось использование тепла солнечной радиации. В данной работе впервые была показана возможность управления за счет солнечной энергии температурным режимом бетона, твердеющего в условиях, характерных для регионов Российской Федерации, и было установлено, что при возведении пролетных строений данного типа в климатических условиях Волгограда или Саратова и закреплении в зоне консольной части сверху покрытия из двух слоев светопрозрачного материала, разделенных воздушной прослойкой между собой и неопалубленной поверхностью консоли, достигается требуемая равномерность температур в поперечном сечении пролетного строения и отпадает необходимость в дополнительном увеличении термического сопротивления опалубки маломассивной части пролетного строения.

Изучение степени неравномерности температур твердеющего бетона в плитно-ребристом пролетном строении при использовании бетонов с высоким проектным классом (В45...В50), что характерно для условий строительства эстакад и мостовых переходов методом цикличной продольной надвижки (ЦПН), когда на специальном стапеле, размещаемом на строительной площадке, изготавливается блок (секция) пролетного строения длиной около 20,0 м, затем изготовленная секция надвигается на опоры и к ней прибетонируется следующая секция, показали, что допускаемая расчетная разность температур может быть обеспечена  при расходе цемента для данного класса не выше 480 кг/м3 и при доведении термического сопротивления изоляции консоли до значения не менее 0,8 м2 оС/Вт.

Результаты расчетов по определению изменений температур твердеющего бетона плитно-ребристых пролетных строений в различные периоды года их устройства служили основой для нахождения допускаемой ширины и длины бетонирования за один прием такого сооружения. Необходимость в определении протяженности захватки бетонирования вытекала из того, что при существующих нормируемых допусках на устройство опалубки всегда имеют место неровности, которые могут сдерживать свободное проявление температурных продольных деформаций бетона.

На основании проведенных вычислений было установлекно, что длина захватки бетонирования плитно-ребристого пролетного строения с позиции исключения возможного трещинообразования не должна превышать 80,0 м, а ширина - 18,0 м. В том случае, когда требуемая длина захватки бетонирования  неразрезного плитно-ребристого пролетного строения превышала 80,0 м, ЦНИИСом при участии автора совместно с институтом Гипротрансмост и Мостотрестом было предложено для исключения образования трещин проводить неполное (до 30 ... 35% от проектного) обжатие бетона продольной преднапрягаемой арматурой сразу же после максимального разогрева бетона на конечном бетонируемом участке. При таком обжатии пролетное строение отделяется от опалубки и частично приподнимается, что исключает влияние неровностей на сдерживание свободных деформаций остывающего ребра.

Такой прием позволил впервые в практике Мостотреста произвести бетонирование участка плитно-ребристого неразрезного пролетного строения длиной 179 м.

При изучении температурных условий твердения бетона при устройстве сталежелезобетонных пролетных строений было установлено, что при производстве работ в холодный период года для исключения силового взаимодействия между бетоном и балками при температурных деформациях температура металлических балок в верхней зоне должна находиться в пределах 10Е15 оС до момента набора бетоном прочности 30 %R28, а затем может быть понижена до 5 оС. Для реализации данного условия в обязательном порядке требуется устройство технологического укрытия под пролетным строением. Попытки игнорировать это положение даже при прогреве уложенного бетона с помощью нагревательных проводов неизбежно приводили к образованию в плите проезжей части поперечных сквозных трещин.

Второе рассматриваемое направление в учете влияния  температурного фактора связано с процессам структурообразования бетона и определяло возможный порядок бетонирования плиты проезжей части сталежелезобетонного пролетного строения, когда требуется обеспечить на участке от технологического шва до ближайшей зоны с максимальными перемещениями плиты нахождение бетона в пластичном состоянии к моменту окончания его укладки, чтобы возможные вертикальные перемещения плиты прошли без нарушения сплошности материала.

Учет в этом случае по установленным закономерностям потери подвижности для конкретного применяемого состава бетона в зависимости от температуры и обеспечиваемого темпа бетонирования позволил при строительстве мостового перехода через реку Суда на автодороге Вологда-Новая Ладога увеличить захватку бетонирования с 20,0 м (по проекту) до 46,5 м, что сократило срок выполнения бетонных работ, количество рабочих швов и требуемое число бетононасосов.*2)

Отдельное направление по учету особенностей структурообразования в твердеющем бетоне было рассмотрено для условий реконструкции сталежелезобетонных пролетных строений мостов и путепроводов при непрекращающемся движении транспорта.

Для условий реконструкции сталежелезобетонного пролетного строения Северянинского путепровода и проведенных совместно с лабораторией Вибродинамических испытаний ЦНИИС предварительных замеров по имеющим место перемещениям плиты при движении транспорта по путепроводу было показано, что ограничение в интенсивности грузопотока при бетонировании продольного шва, объединяющего участки плиты проезжей части, необходимо делать только на период, когда бетон находится в пластичном состоянии до набора им прочности величиной 30% от R28, так как в последующем бетон включается в работу на объединенных участках плиты. Освидетельствование состояния бетона шва по окончании работ по объединению плиты показало на полное отсутствие трещин, что подтвердило правильность сформулированных ограничений и достоверность оценки периода перехода бетона из пластичного состояния в упругое при прочности 30% от R28.

При рассмотрении вопросов по предупреждению трещинообразования в поэтапно возводимых конструктивных элементах подпорных стен, рамповых участков, стен и перекрытий тоннелей, когда возникает защемление бетонируемых блоков ранее забетонированными, потребовалось, с одной стороны, рассматривать собственное термонапряженное состояние бетона в каждом элементе и формировать условия для сглаживания неравномерности температур по его объему, а с другой стороны - обеспечивать минимальную разность температур между твердеющим бетоном и затвердевшим в зоне защемления, что определяет  допускаемую длину захватки бетонирования и является одним из значимых факторов, определяющим темп строительства тоннельных развязок в условиях крупных городов.

В проектных решениях, как отмечалось, при учете температурных деформаций при проектировании конструкций автодорожных и железнодорожных тоннелей рассматривают только условия эксплуатации сооружения и руководствуются при этом требованиями пункта 5.12 СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные, в соответствии с которым расстояние между антисейсмическими деформационными швами тоннельной обделки следует устанавливать расчетом  и совмещать их с температурно-осадочными деформационными швами, расстояния между которыми в обделках из монолитного бетона и из набрызг бетона должны быть не более  20 м,  а из монолитного железобетона  Ц  40 м.

Специально проведенные расчеты, выполненные для применяемых в настоящее время классов бетона с учетом возможных характеристик его собственного термонапряженного состояния и условий сезонного теплового взаимодействия элементов тоннеля с грунтовой засыпкой, показали, что установленные расстояния между температурно-деформационными швами практически совпадают с требуемыми по СНиП и могут быть равными не более 48,0 м при суглинистых грунтах, и не более 40,0 м - для глин.

Расчеты, проведенные с использовнием методик ВНИИГ им. Веденеева, применяемые при строительстве гидротехнических сооружений, показали, что для условий строительства тоннелей из монолитного железобетона  для предотвращения  появления сквозных трещин разность температур между твердеющим бетоном и основанием в зоне защемления бетонируемых блоков  в момент достижения бетоном прочности, равной 0,3 R28, не должна превышать 20 оС, тогда длина бетонируемого блока должна быть не более 15,0 м, если армирование не учитывается и 17,0 м - при учете действия арматуры.

Вычисленные допускаемые параметры бетонирования защемляемых элементов тоннеля при их поэтапном возведении служили критерием оценки с позиции обеспечения трещиностойкости твердеющего бетона тех температурных режимов, которые возникают в конкретных узлах при их конструктивных размерах, определенных проектом, или служили основанием при поиске вариантов, позволяющих увеличить длину бетонируемого блока.

Моделирование условий теплового взаимодействия твердеющего бетона с затвердевшим при устройстве днища тоннеля толщиной 1,4 м позволило установить, что оптимальными можно считать варианты с температурой затвердевшего бетона не выше 30 оС и температурой бетонной смеси при укладке, равной 15 оС. В этом случае разница температур между твердеющим бетоном и затвердевшим в момент защемления равна 10Е12 оС, что позволяет размер захватки бетонирования увеличить практически до 30,0Е35,0 м, избегая появления трещин, вызываемых односторонним защемлением твердеющего бетона в жесткое основание.

Изучение условий формирования термонапряженного состояния бетона при поэтапном возведении стен тоннеля толщиной 0,9 м показало, что при низких температурах затвердевшего бетона и укладываемой бетонной смеси увеличивается продолжительность периода формирования поля нулевых напряжений в зоне их контакта и бетон в массиве стены за этот период разогревается до высокого уровня, что повышает расчетную разность температур и не позволяет увеличить размер блока бетонирования сверх 15,0 м.

При поиске вариантов бездефектного бетонирования стен укрупненными захватками было предложено бетонирование днища тоннеля производить одновременно с бетонированием выступа стен на высоту 0,5Е0,7 м от верха днища. Такое решение дало возможность относительно легко обеспечить требуемую температуры затвердевшего бетона перед бетонированием стен и выполнить качественно примыкание опалубки стен к основанию.

Исследованиями было установлен, что частичное замещение цемента при использовании современных модификаторов позволяет снизить на 5Е6 оС разницу температур между твердеющим бетоном и зоной рабочего шва в момент образования поля нулевых напряжений по сравнению с использованием традиционных бетонных смесей и увеличить за счет этого длину бетонируемой захватки до 25,0 м.

В качестве варианта управления тепловым режимом бетона и основания была проверена возможность снижения разности температур в массиве твердеющего бетона и в зоне шва за счет перераспределения внутренних тепловых потоков путем укладки на основание первоначально на определенную высоту бетонной смеси с повышенной температурой, а затем дальнейшее возведение конструкции  вести бетонной смесью с пониженной температурой. Результаты расчетов на имитационной моделе подтвердили высокую эффективность предложенного способа и показали на более плавное изменение температур твердеющего бетона (рис. 8). При этом расчетная разность температур снизилась до 5Е7 оС, а в некоторых вариантах приобрела либо нулевое значение, либо отрицательное, что позволило в реальных условиях увеличить длину бетонируемых блоков стен до 30,0 м , а при строительстве тоннеля по Танковому проезду ликвидировать трехмесячное отставание от утвержденного графика производства работ. Полученный материал был взят за основу для составления заявки на изобретение (патент РФ № 2208093).

 

Рис.8 Изменение температуры твердеющего бетона при возведении стен

  а) - при укладке бетонной смеси с разной температурой по высоте;

  б) - при традиционном бетонировании

Установленный характер защемления бетонируемого перекрытия в стены наиболее полно  представляет рассмотрение результатов исследований в условиях сооружения тоннелей так называемым миланским методом, когда, в отличие от традиционного способа строительства тоннелей снизу вверх, первоначально на естественном грунтовом основании устраивают перекрытие тоннеля с опиранием по краям на буросекущие сваи. После этого сверху перекрытия восстанавливают проезжую часть или прокладывают коммуникации, а под перекрытием производят выемку грунта, устройство днища и возведение стен тоннеля уже независимо от движения транспорта по пересекаемой магистрали.

Изучение развития тепловых процессов при таком способе производства работ показало, что для обеспечения бетонирования перекрытия захваткой длиной как минимум 35,0 м (по условиям организации перепуска транспортного потока), необходимо осуществлять обогрев обвязки свай со стороны котлована в течение 30 ч после укладки бетона (рис.9).

Рис.9 - Схема бетонирования перекрытия тоннеля укрупненными блоками при

строительстве миланским методом

1 - буросекущие сваи; 2 - обогрев обвязки свай; 3 - перекрытие тоннеля;

4 - дополнительная изоляция опалубки; 5 - бетонируемый участок стены

Другой найденный вариант управления температурным режимом до момента защемления твердеющего бетона и температурным перепадом по сечению бетонируемых элементов включает (рис.9) увеличение термического сопротивления опалубки нижней зоны участка стены и использование при укладке по толщине перекрытия бетонной смеси с различной температурой:  первые слои с более высокой температурой (t1), чем последующие (t2). Исследованиями на имитационных моделях было установлено, что если разница между температурой бетонной смеси, укладываемой в обвязку и фрагмент стен, и температурой бетонной смеси, укладываемой в перекрытие, составляет 10 оС, а также при термического сопротивления низа опалубки величиной 0,6 м2.оС/Вт, то разность температур в момент защемления составляет 1 ... 8 оС , а расчетная разность перепадов температур по сечению конструкции не превышает 17 оС. Представленные приемы, на которые был получен патент РФ №  2246588 Способ бетонирования укрупненными блоками монолитных конструкций тоннельного типа с поэтапным возведением элементов сверху вниз, обеспечили бетонирование перекрытий тоннеля по Танковому проезду захватками длиной до 39,0 м.

Полученный материал был положен в основу разработанных принципов разбивки конструктивных элементов тоннелей на блоки бетонирования с учетом схем и условий их защемления, которые были использованы при строительстве открытым способом тоннеля под каналом имени Москвы, Гагаринского, Лефортовского и Серебряноборского тоннелей.

Изучение характеристик собственного термонапряженного состояния бетона в проектных решениях со сборно-монолитными узлами проводилось для вариантов, когда с применением сборных мостовых железобетонных балок устраиваются перекрытия тоннелей и пролетные строения мостов либо только с омоноличиванием швов между балками, либо - кроме омоноличивания швов производят устройство плиты омоноличивания.

На основе рассмотрения различных вариантов отогрева сборных балок и режимов прогрева бетона омоноличивания были определены условия формирования температурных полей с помощью многофункционального использования нагревательного провода, когда расчетная разность температур между бетоном сборных балок и между твердеющим бетоном не выходит за рамки допускаемых 10 оС.

Аналогичная задача по объединению сборных элементов монолитным бетоном была решена при разработке технологии строительства каркасных зданий нового типа рамно-безригельной конструкции (серия ИМС) с преднапряжением бетона в построечных условиях. Учитывая незначительные объемы бетона, укладываемого в омоноличиваемые стыки (толщина от 30 до 260 мм), детально были изучены условия отогрева сборных железобетонных плит перед омоноличиванием и определены размеры отогреваемых участков плиты, при которых накопленного сборными элементами тепла оказывается достаточным для обеспечения их температуры на уровне не ниже 5 оС в период укладки бетона омоноличивания, когда по условиям техники безопасности отключаются устройства для отогрева бетона.

При практической отработке способов отогрева элементов тоннеля до нужной температуры в случае последующего бетонирования стен или перекрытий было установлено, что наиболее надежно и экономично обеспечивать температуру бетона в зоне защемления путем его прогрева нагревательными  проводами, которые предварительно перед бетонированием закрепляют на арматурном каркасе. При этом нагревательные провода подключаются к электросети на стадии остывания бетона, когда температура поверхностных слоев достигает 10..15 оС и отключаются от источника электроэнергии в момент набора прочности твердеющим бетоном последующего забетонированного элемента до уровня 25Е30 % R28, что обеспечивает минимальные энергозатраты, так они связаны только с компенсацией тепловых потерь.

Такой способ отогрева затвердевшего бетона массово использовался при строительстве тоннеля под каналом имени Москвы и при строительстве тоннеля на пересечении улицы Сущевский Вал с Шереметьевской улицей, когда обеспечивалось бетонирование стен и перекрытий за один прием захватками длиной 30,0...35,0 м, что позволило практически в два раза сократить сроки сооружения тоннелей.

При разработке системы управления формированием потребительских свойств транспортного сооружения из монолитного и сборно-монолитного железобетона и мониторинга их обеспечения потребовалось включение в систему следующих основных составляющих.

Первая составляющая системы относится к выбору управляющих воздействий и способов их реализации, которые обеспечат формирование потребительских свойств с минимальной трудоемкостью и при экономном расходовании энергетических ресурсов. Основа решения этой части проблемы заключается в рассмотрении взаимосвязи процессов на основных уровнях иерархии термодинамической системы строительства транспортного объекта.

Вторая составляющая системы связана с  юридической стороной практической реализации управляющих воздействий и в соответствии с требованиями Системы качества Корпорации Трансстрой должна базироваться на документах, являющихся составной частью проекта производства работ. Роль таких документов для каждого конкретного объекта должны выполнять специальные технологические регламенты на производство подготовительных, опалубочных и бетонных работ.

Третьей составляющей системы управления формированием потребительских свойств сооружения является система управления качеством объектов транспортного строительства, основная задача которой на стадии строительно-монтажных работ заключается в технологическом обеспечении заданной совокупности потребительских свойств. Кроме того, в условиях совмещения процессов проектирования и строительства сооружения система качества должна иметь эффективную подсистему оперативной коррекции принимаемых управляющих воздействий, роль которой должно играть научно-техническое сопровождение с мониторингом технологических этапов возведения конструкций, обеспечивающим формирование обратной связи между принятыми управляющими воздействиями и реально формирующимися потребительскими свойствами транспортного объекта.

Для выбора управляющих воздействий первоначально формируют базу исходных данных, анализируя проектные решения сооружения,  климатические условия и требования по продолжительности строительства объекта, существующую инфраструктуру и транспортные коммуникации в месте расположения  строительной площадки.

На втором этапе осуществляют комплектование информационного обеспечения для реализации имитационных моделей. С помощью имитационных моделей прогнозируют развитие тепловых процессов при твердении бетона и оценивают достигаемые им температуры и параметры его собственного термонапряженного состояния.

На третьем этапе производят путем пошаговой оценки на имитационных математических моделях влияние управляющих воздействий с определением их параметров, при которых обеспечиваются требуемые функциональные и технологические потребительские свойства сооружения.

Четвертый этап состоит в выборе экономически целесообразных механизмов реализации параметров управляющих воздействий и проверке обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик.

При положительном результате сравнения по ограничительным параметрам и на соответствие потребительским свойствам, а также при экономической целесообразности переходят к составлению технологического регламента с описанием основных положений по реализации управления термодинамической системой проектирования и строительства рассматриваемого объекта.

При несоответствии одному из требуемых ограничительных параметров или одному из потребительских свойств переходят к выбору последующих управляющих воздействий и оценивают их действие либо - индивидуально, либо - совместно с действиями предыдущих управляющих воздействий. Такие шаги повторяют до достижения требуемого результата.

Разработанные технологические регламенты на производство бетонных работ позволили резко снизить количество дефектов и обеспечили ведение работ высокими темпами. Опыт показал, что на тех объектах, где отсутствовали технологические регламенты на производство бетонных работ или регламенты, составленные для одного объекта, механически переносились строительной организацией на последующие аналогичные на первый взгляд объекты, требуемое качество бетонных работ  не обеспечивалось.

Кроме составления технологических регламентов, в систему обеспечения качества строительства сооружений транспортного назначения вошли разработанные в ЦНИИС и НИИЖБ при непосредственном участии автора специальные документы, в которые включался материал по обобщению научных результатов работы и производственного опыта их реализации. К таким документам относятся: Руководство по омоноличиванию стыков каркасных зданий рамно-безригельной конструкции при круглогодичном строительстве (М., 1997 г.), Руководство по бетонированию монолитных предварительно напряженных плитных и плитно-ребристых пролетных строений железобетонных мостов и плит проезжей части сталежелезобетонных мостов (М., 2004 г.), Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях (М., 2005 г.).

В системе управления качеством важным моментом является выявление дефектов в процессе строительства объектов и установление порядка их устранения. В этом направлении большую роль сыграла выполненная в ОАО ЦНИИС в рамках научного сопровождения при непосредственном участии автора работа по освидетельствованию возведенных конструктивных элементов тоннеля на пересечении Волоколамского шоссе с каналом  им. Москвы и ул. Свободы и тоннельной транспортной развязки от улицы Вавилова до Андреевской набережной.

Проводившийся при освидетельствовании анализ причин трещинообразования в элементах отдельных участков Гагаринского и Волоколамского  тоннелей выявил необходимость комплексной оценки как проектных решений, так и организационно-технологических условий производства работ на объектах на основании сбора максимально возможного объема информации по параметрам основных технологических этапов ведения бетонных работ.

Установленные факторы, влияющие на образование дефектов и трещин при строительстве, и их классификация, разработанная Соловьянчиком А.Р.,  Цернантом А.А. совместно с автором, позволили разделить дефекты на группы и связать причины их образования  с проектными решениями, с условиями организации технологических этапов строительства, включая несоблюдение  технологической дисциплины.

Для выработки приемов по качественному устранению дефектов, возникающих в период возведения сооружений, потребовалось по-новому подойти к выбору ремонтных составов и назначению условий производства работ по устранению дефектов бетонирования и герметизации трещин, заключающихся в выдвижении на первый план  требования по обеспечению совместимости затвердевшего бетона конструкции с используемым ремонтным составом.

Сформулированные положения по выбору материалов для качественного выполнения работ по устранению строительных дефектов, характеристики современных ремонтных составов, удовлетворяющих необходимым требованиям, порядок их использования и положения по контролю за качеством ремонтных работ вошли в Руководство по устранению дефектов и лечению трещин при возведении крупноразмерных железобетонных конструктивных элементов транспортных сооружений (М., ЦНИИС, 2001) и в Руководство по ремонту бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом обеспечения совместимости материалов (М., ЦНИИС, 2005), которые разработаны при непосредственном участии автора.

При решении проблемы по обеспечению качества сооружений при учете теплофизических процессов, сопровождающих их возведение из монолитного и сборно-монолитного железобетона, были также отработаны энергосберегающие способы производства работ.

В частности, для изготовления нестандартных железобетонных изделий или для условий ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций была обоснована возможность организации практически в любом регионе Российской Федерации изготовления требуемой номенклатуры сборного железобетона на строительной площадке, располагаемой непосредственно в зоне возводимого или реконструируемого объекта с ускорением твердения бетона с использованием солнечной энергии.

Возможность эффективного использования солнечной радиации для обеспечения ускоренного твердения бетона в условиях полигонного изготовления сборного железобетона  в республиках Средней Азии СССР была показана в 1980 - 1985 г. исследованиями институтов НИИЖБ, ВНИПИТеплопроект (при непосредственном участии автора), ЦНИИС, ЦНИИОМТП и целого ряда других организаций, по разработкам которых были построены технологические линии по выпуску железобетонных изделий для гражданского, промышленного и транспортного строительства  в целом ряде городов Узбекистана, Таджикистана и Киргизии. Сегодня принципы комбинированной гелиотермообработки бетона для условий Республики Казахстан разработаны Л.Б. Аруовой.

Исследованиями, представленными в работе, было показано, что при оснащении форм светопрозрачными покрытиями в период с мая по август на всей территории Российской Федерации бетон через сутки набирает не менее 50 % от R28. В остальное время года прочность бетона через сутки с момента формования ниже 50% R28, и для набора бетоном более высокой прочности уже требуется выдержка изделий в формах в течение 1,5 суток в весенний период и 2 суток - осенью. Для обеспечения суточного оборота форм в эти периоды разработано дополнительное оснащение форм либо индивидуальными парогенераторами, либо инфракрасными струнными нагревателями, которые монтируются внутри светопрозрачных покрытий.

В качестве энергосберегающего был отработан метод послойного бетонирования подготовок  с укладкой на основание первоначально слоя сухой бетонной смеси, а затем бетонной смеси, затворенной водой, при котором, во-первых, за счет оттока влаги из верхнего затворенного слоя бетонной смеси в нижний слой из сухой смеси происходит твердение сухой смеси по мере ее насыщения водой и конструкция становится единой монолитной, во-вторых, при удалении влаги из слоя затворенного бетона понижается истинное водоцементное отношение и, как следствие, происходит упрочнение бетона в этом слое, и, в-третьих, сухая бетонная смесь предотвращает поступление влаги из грунта в свежеуложенную бетонную смесь  при размораживании основания, что является предпосылкой для исключения операции по предварительному отогреву основания, если оно устойчиво, и наледи незначительны по толщине грунта.

Такой способ использования бетонных смесей был предложен в начале 80-х годов в НИИЖБ для бетонирования монолитных конструкций на пучинистых, мерзлых и вечномерзлых грунтах. Однако параметры способа в силу отсутствия конкретного заказа на его использование не были в то время отработаны.

Проведенные исследования, выполненные при непосредственном участии автора совместно с сотрудниками ВНИПИТеплопроект, показали, что способ наиболее целесообразен к применению при проектных классах бетона В7,5 и В15, а установленные параметры тепломассопереноса и проявление тепловыделения цемента в такой системе обеспечили нахождение оптимального соотношения слоя сухой смеси и затворенного бетона, при которых достигается монолитность всей конструкции с требуемыми проектными показателями и исключается необходимость в отогреве основания.

Выполнявшееся научно-техническое сопровождение строительства большинства объектов подтвердило достоверность принятых решений по формированию потребительских свойств бетона, о чем косвенно свидетельствовали высокая степень совпадения расчетных и экспериментально замеренных данных по изменению температур твердеющего бетона и отсутствие дефектов в конструкциях при соблюдении положений настоящей работы. Кроме того, был выявлен ряд неучтенных проявлений температурного фактора, на основании которых в последующем корректировались положения регламентов.

Основные выводы

1. При применении интенсивных строительных технологий решение важной хозяйственной и технической проблемы по обеспечению стабильной, долговечной работы транспортных коммуникаций из монолитного и сборно-монолитного железобетона потребовало качественно нового комплексного подхода к учету целой гаммы теплофизических процессов, сопровождающих твердение бетона и влияющих на формирование как его функциональных потребительских свойств,  так и на приемы практической реализации проектных решений, и привело к необходимости рассмотреть условия создания транспортного сооружения  как термодинамическую систему взаимодействующих компонентов, входящих в цикл его проектирования, возведения и эксплуатации.

2. Разработана структурно-иерархическая схема термодинамической системы строительства транспортного сооружения из монолитного и сборно-монолитного железобетона, отражающая проектирование и этапы возведения конструкций, с установленными закономерностями взаимосвязи сопровождающих эти этапы технологических, физико-механических, термодинамических и тепломассообменных процессов, и многоуровневая система формирования потребительских свойств сооружения и мониторинга их обеспечения, гарантирующие его долговечность и рациональность возведения.

3. На базе современной микропроцессорной техники создана автоматизированная дифференциальная калориметрическая установка и на основании установленных на ней закономерностей отработаны методологические изменения в программном комплексе ЦНИИС, обеспечившие надежность и достоверность результатов проводимых исследований при изучении параметров твердеющего бетона в условиях нестационарности тепломассообменных процессов  и неритмичности технологических этапов  возведения сооружений. Экспериментально изучены закономерности тепловыделения при гидратации цемента в бетонах, проектируемых с использованием современных модификаторов, которые выявили изменения только в кинетике процесса.

4. Оценена особенность воздействия температурного фактора на формирование функциональных потребительских свойств бетона как материала при разной массивности конструкций, выделены условия возникновения существенной неравномерности температур, варианты с опасностью разогрева бетона до температуры выше 70 оС, отработаны варианты  эффективного снижения величины максимального разогрева твердеющего бетона в массивных конструкциях за счет применения составов бетона с отработанными для этих целей модификаторами и определены, в зависимости от массивности конструкций, условия выдерживания бетона в холодные периоды года без применения обогреваемых технологических укрытий, обеспечившие снижение трудозатрат и рациональное использование  оборудования.

Показано, что неблагоприятное развитие температур в процессе твердения бетона можно предупредить на стадии проектирования конструкции путем поиска оптимального соотношения между ее конфигурацией  и несущей способностью.

5. Впервые изучены особенности влагопотерь при взаимодействии бетона с окружающей средой в процессе его послойной укладки, подтверждена высказанная гипотеза о возможности перераспределения влаги в бетоне при совместном виброуплотнении укладываемых слоев и установлены ограничительные параметры по влагопотерям бетона в процессе укладки бетонной смеси дифференцированно от положения слоя бетона в конструкции.

6. Определены особенности формирования собственного термонапряженного состояния бетона для условий поэтапного возведения конструкций тоннельного типа и разработаны способы увеличения размеров бетонируемых захваток (блоков) длиной до 40,0 м за счет комплекса теплотехнических приемов, обеспечивающих в 1,5 - 2,0 раза сокращение сроков строительства (патенты на изобретение № 2208093 и № 2246588).

7. На основе результатов математического моделирования условий строительства монолитных железобетонных неразрезных плитно-ребристых пролетных строений мостов и эстакад разработан способ выравнивания температур и повышения однородности физико-механических характеристик бетона, обеспечивающий снижение риска образования неблагоприятных температурных напряжений путем применения опалубок и тепловлагозащитных покрытий с переменным термическим сопротивлением (патент на изобретение № 2143047).

8. Комплексное обобщение результатов изучения развития температур в процессе возведения сооружений из монолитного железобетона показало, что вопрос о снижении неблагоприятных температурных напряжений должен решаться на основании индивидуальных исследований, учитывающих все направления влияния внутренних и внешних тепломассообменных процессов при твердении бетона в конструктивных элементах.

9. Разработана система автоматического управления процессом поддержания требуемого температурного режима твердеющего бетона на базе специально созданного микропроцессорного устройства СПК 430, предназначенная для управления выдерживанием бетона маломассивных конструктивных элементов и обеспечивающая требуемый ритм технологического потока на основе регулирования температурным режимом твердеющего бетона по его изменяющейся температуре и прочности, гарантирующая исключение риска нештатных ситуаций, приводящих к перегреву бетона.

10. Для устройства протяженных немассивных конструкций типа бетонных подготовок отработаны параметры способа бетонирования с укладкой слоя сухой бетонной смеси, а затем затворенной, при которых обеспечивается твердение сухой смеси за счет прогнозируемого и управляемого стока влаги из вышележащего слоя затворенного бетона, гарантируется достижение проектных требований к бетону по всей толщине конструкции, снижение расхода цемента до 50 кг/м3 в затворенной бетонной смеси и исключается в холодный период года необходимость предварительного отогрева основания.

11. Впервые для регионов Российской Федерации определены рациональные границы использования солнечной энергии для ускорения твердения бетона при изготовлении нестандартных изделий сборного железобетона на строительной площадке, располагаемой непосредственно в зоне возводимого объекта или при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

12. На основании мониторинга условий формирования потребительских свойств транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона установлено, что при выработке приемов по качественному устранению дефектов, возникающих в период возведения конструктивных узлов, необходимо обеспечивать совместимость затвердевшего бетона конструкции с используемым ремонтным составом с учетом условий эксплуатации сооружения.

Результаты исследований неоднократно докладывались на различных конференциях, в т.ч. международных. Основные положения диссертации отражены в следующих опубликованных работах:

1. Заседателев И.Б., Шифрин С.А. Теплофизические процессы на ранней стадии твердения бетона. В кн. Влияние процессов тепломассопереноса в бетоне раннего возраста на качество изделий и конструкций, Грозный, Чечено-Ин-гушское книжное изд-во, 1983.
2. Заседателев И.Б., Шифрин С.А., Ткачев А.В. Особенности термобработки тонкостенных изделий в гелиоформах. Бетон и железобетон, № 1, 1986.*)
3. Заседателев И.Б., Шифрин С.А. Изменение оптических характеристик светопрозрачных покрытий. Гелиотехника, 1987, № 4.
4. Шифрин С.А. Роль процессов испарения влаги при гелиотермообработке бетона. Бетон и железобетон, № 5, 1987.*3)
5. Заседателев И.Б., Шифрин С.А., Малороев М.М.. Теплотехнические основы организации трехсменной работы гелиополигонов. Бетон и железобетон,

  № 12, 1987. *)

6. Заседателев И.Б., Шифрин С.А., Мазманян П.В.  Прогнозирование радиационного режима местности применительно к гелиополигонам сборного железобетона. Гелиотехника, 1988, № 8. *)
7. Андрейченко А.В., Васильнев Б.Т. , Шахпендерян Э.О., Заседателев И.Б., Шифрин С.А.  Особенности тепловлажностной обработки изделий в гидроаэроциркуляционных камерах. Бетон и железобетон, № 7, 1991. *)
8. Петров-Денисов В.Г., Гордеева В.Н., Шифрин С.А., Ли А.И. и др. Численное моделирование теплообмена при тепловой обработке изделий на электростенде. Бетон и железобетон, № 1, 1992. *)
9. Шифрин С.А., Ивлиева Л.Н., Коллеганов А.В.  Использование сухих смесей при бетонировании протяженных конструкций на промороженном основании. Бетон и железобетон, № 12, 1992. *)
10. Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Глухов А.К., Крумер Р.Г. и др.  Руководство по автоматизации установок ускоренного твердения бетона с помощью многоканальных микропроцессорных устройств СПК 430. ЦНИИС, М., 1995.
11.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Глухов А.К. и др. Руководство по омоноличиванию стыков каркасных зданий рамно-безригельной конструкции при круглогодичном строительстве. М., Ротапринт ЦНИИС, 1997.
12.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Руденко А.Е.  Патент на изобретение № 2143047 Способ бетонирования монолитных конструкций с элементами разной массивности. М., 1999. *)
13.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Айрапетов Г.А., Коллеганов А.В.  Использование сухих бетонных смесей в создании интенсивных технологий строительства транспортных магистралей и сооружений. Сб. докладов 2-ой Международной научно-технической конференции Современные технологии сухих смесей в строительстве. С.-Петербург, 2000.
14.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А.  Управление термонапряженным состоянием монолитных железобетонных конструкций при скоростном круглогодичном строительстве транспортных сооружений.  Труды ЦНИИС № 203 (Юбилейный вып.) Институт на пороге третьего тысячелетия, М., 2000.
15. Соловьянчик А.Р.,  Шифрин С.А.,  Вейцман С.Г. Опыт возведения крупноразмерных железобетонных  элементов транспортных  сооружений. Бетон на рубеже третьего тысячелетия: Материалы 1-ой Всероссийской конф. по проблемам бетона и железобетона. 14 сентября 2001. М., в 3-х кн. - М.: Ассоциация Железобетон, 2001, - Кн.3. Секционные доклады.
16.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П., Шифрин С.А., Опыт проведения работ по выявлению и устранению дефектов и трещин при строительстве Гагаринского и  Волоколамского тоннелей в г.Москве. Труды ЦНИИС. Проблемы качества бетона и железобетона в транспортном строительстве. Вып.209. - М., ЦНИИС, 2002.
17.   Соловьянчик А.Р.,  Шифрин С.А., Коротин В.Н., Вейцман С.Г.  Опыт снижения трещинообразования в бетоне от температурных воздействий при сооружении Гагаринского тоннеля. Вестник мостостроения, № 3-4, 2002.
18.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Соколов С.Б.  Предупреждение трещинообразования в монолитных плитно-ребристых железобетонных пролетных строениях на стадии выдерживания бетона. Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии. Материалы международной конференции 7-9 октября 2002. М., Изд-во ЗАО Центр экономики и маркетинга.
19.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П., Шифрин С.А. О влиянии расстояния между постоянными температурно-деформационными швами на трещинообразование в конструктивных элементах Гагаринского тоннеля. Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии. Материалы международной конференции 7-9 октября 2002. М., Изд-во ЗАО Центр экономики и маркетинга.
20.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А. Методы и технологии предупреждения и лечения трещинообразования в монолитных железобетонных конструкциях. Строй РЕСУРС, № 6, 2003.
21.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П.,  Шифрин С.А. Роль научного сопровождения в повышении качества возводимых транспортных сооружений.  Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
22.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Коротин В.Н., Вейцман С.Г.  Реализация концепции качество при сооружении Гагаринского тоннели в г. Москве.  Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
23.   Соловьянчик А.Р.,  Шифрин С.А., Куракин П.П. Опыт зимнего бетонирования плит проезжей части сталежелезобетонных пролетных строений. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
24. Соловьянчик А.Р.,  Шифрин С.А., Соколов С.Б. Влияние температурного фактора на формирование потребительских свойств плитно-ребристых пролетных строений в период их возведения. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
25.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Тарбаев А.А. Опыт интенсификации бетонных работ при строительстве тоннеля под каналом имени Москвы на Волоколамском шоссе. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
26.   СоловьянчикА.Р., Шифрин С.А., Коротин В.Н., Вейцман С.А.  Опыт использования неполного обжатия бетона для предупреждения появления трещин в конструктивных элементах транспортных сооружений. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
27.   Шифрин С.А. Практика применения греющего провода в технологии возведения транспортных сооружений. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
28.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Коротин В.Н., Вейцман С.Г.  Способ бетонирования монолитных конструкций. Патент № 2208093. Б.И. № 19, 10.07.2003. *)
29.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Ильин А.А. Особенности строительства участков автодорожного тоннеля в Лефортово миланским методом (сверху вниз). Монолитный железобетон в транспортном строительства. Научные труды ОАО ЦНИС. Вып.225 - М., ОАО ЦНИИС, 2004.
30.   Шифрин С.А., Ильин А.А. Исследование тепловыделения бетонов при использовании гиперпластификаторов и модификаторов на основе микрокремнезема. Научные труды ОАО ЦНИИС, Технологии и  качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Вып.217. - М., ОАО ЦНИИС, 2003.
31.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П., Шифрин С.А., Обеспечение монолитности крупноразмерных конструктивных элементов при возведении моста-тоннеля над станцией метро Ленинский проспект в Москве.  Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей. Сб.докладов конференции 28-29 октября 2004. Изд-во Ассоциации Железобетон, М., 2004.
32.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Коротин В.Н., Соколов С.Б.  Особенности возведения монолитных неразрезных предварительно напряженных железобетонных плитно-ребристых пролетных строений мостов.  Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей. Сб.докладов конференции 28-29 октября 2004. Изд-во Ассоциации Железобетон, М., 2004.
33. Соловьянчик А.Р., Сычев А.П., Шифрин С.А., Коротин В.Н, Куракин П.П., Вейцман С.Г., Федосеев В.Н.  Руководство по бетонированию монолитных предварительно напряженных плитных и плитно-ребристых пролетных строений железобетонных мостов и плит проезжей части сталежелезобетонных мостов. М., ОАО ЦНИИС, 2004.
34.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П., Шифрин С.А., Коротин В.Н.  Бетон и железобетон в мостостроении в России.  Бетон и железобетон - пути развития. Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. 5-9 сентября 2005 г., Москва; в 5 томах. Том 1. Пленарные доклады. М.: Дипак, 2005. - 440 с. - Англ., рус.
35.   Соловьянчик А.Р., Сычев А.П.,  Шифрин С.А. Возведение открытым способом тоннелей из монолитного железобетона: проблемы технологии и обесечения качества. Бетон и железобетон в мостостроении в России.  Бетон и железобетон - пути развития. Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. 5-9 сентября 2005 г., Москва; в 5 томах. Том 5. Железобетон в транспортном строительстве. Экологические аспекты применения бетона и железобетона. Арматура и сварка. М.: Дипак, 2005. - 536 с. - Англ., рус.
36. Соловьянчик А.Р.,  Шифрин С.А. Сухие бетонные смеси в транспортном строительстве.  7-ая Международная научно-техническая конференция СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СУХИХ СМЕСЕЙ  В СТРОИТЕЛЬСТВЕ MIXBUILD. 2-е Научные чтения по цементу ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА, 22-24 ноября 2005 г. Сб.докладов. С.-Петербург, 2005. Академический научно-технический центр Современные технологии сухих смесей в строительстве АЛИТ , М., НТ - Информтехника, 2005.
37.   Соловьянчик А.Р., Цернант А.А.,  Шифрин С.А.,  и др.  Руководство по ремонту бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом обеспечения совместимости материалов.  М., ЦНИИС, НТ - Информтехника, 2005.
38.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Морозов А.В., Бигвава Г.Д. Способ бетонирования укрупненными блоками монолитных конструкций тоннельного типа с поэтапным возведением элементов сверху вниз. Патент на изобретение № 2246588. Бюл. № 5, 2005. *)
39.   Соловьянчик А.Р., Шифрин С.А., Ильин А.А., Соколов С.Б.  Выбор технологических параметров производства бетонных работ при возведении массивных ростверков и опор арочного пилона вантового моста через р. Москву. Исследование транспортных сооружений. Научные труды ОАО ЦНИИС, вып.  № 230, М., 2006.
40.   Шифрин С.А., Кардумян Г.С. Использование органоминеральных модификаторов серии МБ для снижения температурных напряжений в бетонируемых массивных конструкциях. Строительные материалы, № 3, 2007. *)
41.   Шифрин С.А. Современная дифференциальная калориметрическая установка ЦНИИС для исследования тепловыделения модифицированных бетонов.  Приборы, № 5, 2007. *)

 

       

---

*        ) Разработано совместно с ОАО НПФ Логика

*        ) Работа проводилась совместно с НИ - Мосты ОАО ЦНИИС

*        ) Здесь и далее: публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям