Warstwy ciepłego betonu

M. Zajbert analizuje w swojej pracy z roku 1963 współoddziaływanie na siebie stykających się warstw ciepłego betonu i zamrożonego gruntu (program uprawnienia budowlane na komputer). W oparciu o tę analizę dochodzi do wniosku, że przy odpowiedniej temperaturze betonu i w wyniku egzotermii cementu, pewna warstwa gruntu przylegająca bezpośrednio do betonu ulegnie na jakiś czas rozmrożeniu.

Beton utrzymując się w temperaturze dodatniej wiąże. Kilka dni takiego stanu wystarcza, żeby warstwa przyociosową betonu nabrała wystarczającej wytrzymałości i aby można było tę warstwę wliczyć do pracującego przekroju betonowego. Obecnie nie zalicza się często 10-centymetrowej warstwy betonu do pracującego przekroju obudowy betonowej (program uprawnienia budowlane na ANDROID).
Linia 1 przedstawia wyjściowy stan temperatury, tj. przed ułożeniem mieszanki betonowej. Temperatura gruntu równa się w przybliżeniu temperaturze powietrza i jest oczywiście ujemna ( - A°C).
Linia 2 przedstawia stan temperatur tuż po wrzuceniu mieszanki betonowej do obudowy. Na styku ciepłej mieszanki betonowej z zamrożonym gruntem następuje topnienie gruntu i stąd temperatura w miejscu styku wynosi 0°C, aby gwałtownie wznosić się w betonie i opadać w gruncie.

Linia 3 przedstawia stan temperatur w okresie, kiedy nastąpiła intensywna egzotermia cementu. Grunt rozmroził się do pewnej głębokości, odsuwając warstwę zamrożoną od betonu.
Linia 4 przedstawia stan, kiedy to poważnie wyczerpał się zapas ciepła w betonie i grunt powtórnie zamarzł aż do styku z betonem, aby z kolei powodować zamrożenie betonu (linia 5) i z czasem przejść w stan wyjściowy (linia 1), tj. wyrównania się temperatury betonu i temperatury szybu z temperaturą gruntu (uprawnienia budowlane).

Wychodząc z założenia, że beton będzie dobrze izolowany od strony powietrznej, można przyjąć, że główna wymiana ciepła wystąpi pomiędzy betonem i gruntem.

Rozmrożenie gruntu

Na podstawie powyższego rozumowania JM. Zajbert podaje następujące praktyczne wskazówki:
Należy zmniejszyć przekroje obudowy i wliczyć do pracy cały przekrój betonowy.
Ograniczyć podgrzewanie betonu pamiętając, że beton w pierwszych dniach dojrzewa w temperaturze wyższej niż 0°C (oczywiście o ile dobrze przeprowadzono obliczenia bilansu cieplnego) (program egzamin ustny).
Przyjmować, że warstwa rozmrożonego gruntu sięga od 20 do 50 cm, jeśli tylko temperatura betonu jest wyższa niż 15 C, a temperatura ociosu nic jest niższa niż - 5°C.
Przyjmując za pewnik, że jeśli tylko beton w warstwie grubości 30 cm wydzieli od 20 do 30 tys. kcal/m3 przy jednostronnym styku z gruntem zamrożonym do - 5°C, to będzie to wystarczające, aby zapewnić uzyskanie przez beton mrozoodporności i dostatecznej wytrzymałości, tj. 0,74-0,9 R,r2S do momentu osiągnięcia do 0 C.

Jeżeli temperatura ociosu wynosi - 20 C, to temperatura betonu musi wynosić tu - 30 C, aby na styku tworzyła się temperatura 0°C w myśl równania
Rozmrożenie gruntu nastąpi wówczas w wyniku egzotermii betonu (opinie o programie).
Przy temperaturach ociosu niższych niż - 20°C, część betonu ulegnie przedwcześnie zamrożeniu i trzeba tę warstwę odliczyć przy ustalaniu nośności obudowy.
Zalecenia i wskazówki podane w punktach 1-6 należy traktować jako orientacyjne. W praktyce trzeba przeprowadzić pełną analizę obliczeniową.
Konstrukcje budowlane poprzez fundament przekazują obciążenia na grunt, który stanowi ośrodek nieciągły, wyraźnie różniący się swoimi właściwościami od powszechnie używanych materiałów budowlanych, takich jak beton, żelbet itp.

Projektując konstrukcję jakiegokolwiek obiektu, wymiaruje się ją w ten sposób, aby miała zapewnioną trwałość i stateczność w pewnym określonym okresie amortyzacyjnym. Aby warunki te były spełnione, podłoże współpracujące z konstrukcją powinno odpowiadać określonym wymaganiom (segregator aktów prawnych). Trwałość budowli zależy bowiem m. in. od prawidłowej pracy podłoża, a fundament stanowi część podziemną konstrukcji, która powinna zapewnić prawidłowość pracy tego podłoża.

Można przytoczyć wiele przykładów, gdy bardzo dobrze zaprojektowane i starannie wykonane konstrukcje naziemne uległy w krótkim czasie zniszczeniu, ponieważ przy wymiarowaniu fundamentów przyjęto niewłaściwe parametry charakteryzujące grunty (promocja 3 w 1).