Результат интеллектуальной деятельности: БЛОК БЕТОНИРОВАНИЯ МАССИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, прежде всего гидротехнического строительства, и может быть использовано как при возведении новых массивных бетонных гидросооружений, так и при ремонтно-восстановительных работах и реконструкции подобных сооружений.

Известно, что при возведении массивных бетонных конструкций бетонирование осуществляется отдельными, сопрягаемыми между собой участками - блоками бетонирования, высотой 2 м и более. Так построены все бетонные плотины в России и за рубежом.

Причины этого - технологические, в том числе то обстоятельство, что при твердении бетона выделяется значительное количество теплоты, т.к. с научной точки зрения твердение происходит в результате реакции гидратации цемента, которая является экзотермической. В результате неравномерного разогрева и остывания различных частей бетонного блока в нем возникают так называемые термические растягивающие напряжения, вследствие чего в бетоне образуются трещины. При этом тенденция к трещинообразованию тем сильнее, чем больше размеры блоков, т.к. с ростом линейных размеров базы деформаций при остывании бетона нарастает величина растягивающих напряжений. Поэтому существуют известные ограничения размеров блоков бетонирования. Трещины ослабляют несущую способность конструкции по нагрузкам на нее, а в случае гидротехнических сооружений - дополнительно являются очагами опасной для сооружения фильтрации.

Образование трещин происходит в первые дни и недели после бетонирования при остывании бетона. В практике строительства принимаются разнообразные меры по предотвращению образования температурных трещин.

Одна из них - ограничение температуры разогрева бетона, в том числе отвод тепла из бетона во время реакции гидратации. Обычно отвод тепла осуществляется через систему горизонтальных труб-змеевиков, закладываемых в бетон, в которые нагнетается холодная вода (см., например, авторское свидетельство СССР на изобретение №896160).

Прототипом заявляемого изобретения выбран блок бетонирования массивных сооружений, снабженный устройством для отвода тепла из бетона, образующегося в нем в период экзотермического разогрева (см. авторское свидетельство на изобретение №1330238). Устройство для отвода тепла представляет собой трубчатый змеевик, уложенный в блок бетонирования.

С целью обеспечения равномерного охлаждения твердеющего бетонного блока трубы змеевика расположены концентрично относительно центра блока, причем первая треть змеевика размещена во внутренней зоне охлаждаемого бетонного массива.

Однако реализация устройства-прототипа сопряжена с большими материальными и трудовыми затратами (значительный расход труб, трудоемкость монтажа и эксплуатации, необходимость ликвидации труб-змеевиков путем заполнения их каким-либо материалом - цементным раствором, синтетическими смолами и т.д.).

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения трещиностойкости блоков бетонирования массивных сооружений при снижении материальных и трудовых затрат, связанных с монтажом и эксплуатацией заявляемого устройства, по сравнению с прототипом.

Для достижения указанного технического результата в блоке бетонирования массивных сооружений, содержащем устройство для отвода тепла из бетона, указанное устройство выполнено в виде по меньшей мере одной коаксиальной пары вертикальных труб, связанных с атмосферой, при этом наружная труба коаксиальной пары уложена в бетонный блок, а внутренняя - устроена переносной, причем верхняя кромка внутренней трубы расположена над верхней кромкой наружной трубы.

Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение удовлетворяет условию «новизна».

Благодаря отличительным признакам заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новое свойство - обеспечивается автоматический, без участия человека, отвод тепла из блока бетонирования. При этом тепло экзотермической реакции гидратации выносится через наружную трубу (теплоотвод) восходящим потоком нагретого от бетона воздуха, а постоянный приток атмосферного воздуха к низу трубы-теплоотвода обеспечивается через трубу меньшего диаметра, коаксиально расположенную относительно наружной трубы. Это новое свойство и позволяет, по мнению заявителя, считать, что заявляемый объект удовлетворяет условию «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, где представлены:

на фиг. 1 - план предлагаемого блока бетонирования;

на фиг. 2 - вертикальный разрез по блоку бетонирования;

на фиг. 3 - эпюры температур разогрева бетона;

на фиг. 4 - вариант выполнения предлагаемого устройства с двумя коаксиальными парами труб в качестве устройства для отвода тепла;

на фиг. 5 - график зависимости напряжений в бетоне от времени с трубой-теплоотводом (для варианта одной коаксиальной пары труб в блоке бетонирования) и без нее.

Бетонный блок 1 снабжен устройством для отвода тепла, представляющим собой коаксиальную пару труб 2 и 3. Наружная труба 2 большего диаметра (теплоотвод) заделана в бетонный блок 1. Труба 3 меньшего диаметра выполнена с возможностью демонтажа и является переносной (из одного теплоотвода в другой). Стрелками 4 и 5 (фиг. 2) отмечены соответственно поток воздуха, восходящий от бетона, и нисходящий поток холодного атмосферного воздуха в коаксиальной паре труб 2 и 3. Эпюры температур разогрева бетона (фиг. 3) по среднему по высоте горизонтальному сечению блока без трубы-теплоотвода 2 и с ней обозначены позициями 6 и 7 соответственно.

В блоке бетонирования при необходимости может быть установлено несколько коаксиальных пар труб, каждая из которых имеет предлагаемую конструкцию, т.е. содержит отдельную стационарную наружную трубу-теплоотвод и одну на все пары переносную внутреннюю трубу. В этом случае трубы-теплоотводы для усиления их влияния могут объединяться в различные комбинации. Так, на фиг. 4 позицией 8 обозначена U-образная труба, объединяющая два теплоотвода 2 в варианте выполнения предлагаемого устройства с двумя коаксиальными парами труб. Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

Блок 1 с забетонированной в нем вертикальной трубой-теплоотводом 2 и демонтируемой переносной трубой 3 меньшего диаметра по окончании бетонирования начинает разогреваться. При отсутствии трубы-теплоотвода 2 на 3-6 день в сечениях блока 1 возникают характерные эпюры температур (см. эпюру 6 на фиг. 4). Температура разогрева бетона всегда выше температуры атмосферного воздуха, особенно ночью. Поэтому с первых суток после окончания бетонирования воздух в трубе-теплоотводе 2 нагревается от бетона и возникает восходящий и выходящий в атмосферу поток 4 подогретого воздуха. Через внутреннюю трубу 3, верхняя кромка которой расположена всегда выше верхней кромки трубы-теплоотвода 2, в нижнюю часть трубы 2 поступает поток 5 холодного, а значит, и более тяжелого атмосферного воздуха. Таким образом осуществляется постоянная циркуляция воздуха в направлении снизу вверх без участия человека, т.е. автоматически. Температура бетона вокруг трубы 2 снижается. В итоге при наличии трубы-теплоотвода 2 эпюра 6 температур преобразуется в эпюру 7.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает следующие технико-экономические преимущества по сравнению с прототипом:

- снижается величина максимального разогрева бетона;

- эпюра температур делится на две части, что сокращает линейную базу температурных деформаций, тем самым уменьшая величину растягивающих напряжений в бетоне.

Это подтверждается графиком, представленным на фиг. 5. Здесь кривая А отражает развитие максимальных по величине напряжений сжатия и растяжения σ в мегапаскалях (МПа) с течением времени (t) в сутках в блоке бетонирования квадратного сечения со стороной 5 м и высотой 2,5 м без трубы-теплоотвода, кривая В - то же в блоке бетонирования с трубой-теплоотводом диаметром 200 мм.

При этом расход цемента составляет 360 кг на 1 м³ бетона;

- упрощается конструкция устройства для отвода тепла из бетона, соответственно снижаются материальные и трудовые затраты, связанные с монтажом и эксплуатацией указанного устройства.

В целом указанные преимущества обеспечивают повышение трещиностойкости, а также упрощение и удешевление блоков бетонирования массивных сооружений.

Для осуществления заявляемого изобретения могут быть использованы известные строительные материалы и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию "промышленная применимость".