ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА В МАССИВНЫХ МОНОЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТНЫХ ПЛИТАХ
ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА В МАССИВНЫХ МОНОЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТНЫХ ПЛИТАХ
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2026-22-2-126-137Ключевые слова:
массивные фундаментные плиты, раннее трещинообразование, температурные напряжения, оптимизация твердения, кинетика тепловыделения бетона, теплоотдача, метод роя частиц, быстротвердеющий бетон, теплоизоляцияАннотация
Рассматривается проблема контроля температурных напряжений и предотвращения раннего трещинообразования массивных монолитных фундаментных плит на стадии их возведения. Существующие методы часто не учитывают запаздывание в росте прочности бетона относительно развития температурных градиентов, что может привести к опасным уровням растягивающих напряжений. Целью исследования является разработка метода оптимизации условий твердения, направленного на минимизацию отношения растягивающего напряжения к прочности на растяжение в качестве целевой функции. Метод основан на комбинированном численном моделировании задач теплопередачи и напряженно-деформированного состояния задач, учитывающем кинетику тепловыделения и прироста прочности бетона. Переменными параметрами являлись коэффициент, определяющий кинетику тепловыделения бетона, и коэффициент теплопередачи с верхней поверхности плиты. Для решения задачи оптимизации использовались метод внутренней точки, метод шаблонного поиска и метод роя частиц. Результаты расчетов для различной толщины плит и климатических условий показали, что для минимизации риска раннего трещинообразования необходимо снизить коэффициент теплопередачи на верхней поверхности плиты до 2,5–4,7 Вт/(м²∙°C) и использовать бетон нормального и быстрого твердения вместо медленно твердеющего бетона. Это объясняется задержкой в росте прочности на растяжение по сравнению с развитием температурных перепадов в медленно твердеющем бетоне. В результате оптимизации уровни растягивающих напряжений снижены в 2,2–3,3 раза по сравнению со стандартными условиями, что позволяет бетонировать плиты толщиной до 3 м без использования систем искусственного охлаждения
Библиографические ссылки
Li X. et al. (2023) Investigation of temperature development and cracking control strategies of mass concrete: A field monitoring case study. Case Studies in Construction Materials, vol. 18, e02144. doi: 10.1016/j.cscm.2023.e02144
Xie Y. et al. (2023) Temperature field evolution of mass concrete: From hydration dynamics, finite element models to real concrete structure. Journal of Building Engineering, vol. 65, 105699. doi: 10.1016/j.jobe.2022.105699
Sheng X. et al. (2023) Experimental and finite element investigations on hydration heat and early cracks in massive concrete piers. Case Studies in Construction Materials, vol. 18, e01926. doi: 10.1016/j.cscm.2023.e01926
Bilčík J., Sonnenschein R., Gažovičová N. (2017) Causes of early-age thermal cracking of concrete foundation slabs and their reinforce-ment to control the cracking. Slovak Journal of Civil Engineering, vol. 25, no. 3, pp. 8–15. doi: 10.1515/sjce-2017-0013
Nesvetaev G. V., Koryanova Yu. I., Shut V. V. (2024) Specific heat dissipation of concrete and the risk of early cracking of massive reinforced concrete foundation slabs. Construction Materials and Products, vol. 7, no. 3. doi: 10.58224/2618-7183-2024-7-4-3
Klemczak B., Żmij A. (2021) Insight into ther-mal stress distribution and required reinforce-ment reducing early-age cracking in mass foun-dation slabs. Materials, vol. 14, no. 3, 477. doi: 10.3390/ma14030477
Afsoosbiria H., Machowska A. (2025) Devel-opment of Sustainable Concrete Using By-Products as a Green Material, and Potential So-lutions for Sustainability in Mass Concrete Construction—Comprehensive Review. Sustainability, vol. 17, no. 22, 9983. doi: 10.3390/su17229983
Singh M. P. et al. (2024) Early age cracking relevant to mass concrete dam structures during the construction schedule. Construction and Building Materials, vol. 411, 134739. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134739
Justnes H., Wuyts F., Van Gemert D. (2008) Hardening retarders for massive concrete. 5th Int. Conf. on High Performance Concrete Loca-tion, Manaus, Brazil, pp. 18–20.
De Schutter G., Vuylsteke M. (2004) Minimisa-tion of early age thermal cracking in a J-shaped non-reinforced massive concrete quay wall. Engineering Structures, vol. 26, no. 6, pp. 801–808. doi: 10.1016/j.engstruct.2004.01.013
Kastornykh L. et al. (2021) Modified concrete mixes for monolithic construction. Materials Science Forum, vol. 1043, pp. 81–91. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.81
Smolana A. et al. (2022) Thermo-mechanical analysis of mass concrete foundation slabs at early age—essential aspects and experiences from the FE modelling. Materials, vol. 15, no. 5, 1815. doi: 10.3390/ma15051815
Smolana A., Jędrzejewska A., Klemczak B. (2025) Addressing Thermal Cracking in Polish Infrastructure: A Case Study. International RILEM Conference on Early-age and Long-term Cracking in RC Structures. Cham: Springer Nature Switzerland, pp. 239–250. doi: 10.3390/ma17153700
Klemczak B., Smolana A. (2024) Multi-Step Procedure for Predicting Early-Age Thermal Cracking Risk in Mass Concrete Structures. Materials, vol. 17, no. 15, 3700. doi: 10.3390/ma17153700
Nguyen C. T., Luu X. B. (2019) Reducing tem-perature difference in mass concrete by surface insulation. Magazine of Civil Engineering, no. 4 (88), pp. 70–79. doi: 10.18720/MCE.88.7
Chen Y. Y. et al. (2017) Effects of insulation materials on mass concrete with pozzolans. Construction and Building Materials, vol. 137, pp. 261–271. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.059
Aniskin N. A., Chuc N. T., Khanh P. K. (2021) The use of surface thermal insulation to regulate the temperature regime of a mass concrete during construction. Power Technology and Engineering, vol. 55, no. 1, pp. 1–7. doi: 10.1007/s10749-021-01310-6
Chuc N. T. et al. (2018) The effects of insula-tion thickness on temperature field and evaluat-ing cracking in the mass concrete. Electronic Journal of Structural Engineering, vol. 18, no. 2, pp. 128–132. doi: 10.56748/ejse.182722
Chepurnenko A. S. et al. (2022) Simplified model for determining the stress strain state in massive monolithic foundation slabs during construction. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, vol. 18, no. 3, pp. 126–136. doi: 10.22337/2587-9618-2022-18-3-126-136
Cha S. L., Jin S. S. (2020) Prediction of thermal stresses in mass concrete structures with exper-imental and analytical results. Construction and Building Materials, vol. 258, 120367. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120367
Korotchenko I. A. et al. (2017) Deformation of concrete creep in the thermal stress state calcu-lation of massive concrete and reinforced con-crete structures. Magazine of Civil Engineering, no. 1 (69), pp. 56–63. doi: 10.18720/MCE.69.5
Nesvetaev G. V. et al. (2025) Heat dissipation of cement and design the composition of concrete for massive structures. Construction Materials and Products, vol. 8, no. 1, 3. doi: 10.58224/2618-7183-2025-8-1-3
Nesvetaev G. V., Koryanova Yu. I. (2023) Prognoz kinetiki prochnosti betona pri tverdenii v usloviyakh, otlichnykh ot normal’nykh [Fore-cast of concrete strength kinetics under harden-ing conditions different from normal]. Sovremennye tendentsii v stroitel’stve, gradostroitel’stve i planirovke territorii, vol. 2, no. 4, pp. 59–68. doi: 10.23947/2949-1835-2023-2-4-59-68
Nesvetaev G. V., Koryanova Y. I., Yazyev B. M. (2024) Autogenous shrinkage and early cracking of massive foundation slabs. Magazine of Civil Engineering, vol. 130, no. 6, 13005. doi: 10.34910/MCE.130.5
Nesvetaev G., Koryanova Y., Chepurnenko A. (2023) Comparison of the shear strength in heavy and self-compacting concrete. Architecture and Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 63–71. doi: 10.23968/2500-0055-2023-8-2-63-71
Chepurnenko A. S. et al. (2025) Experience of concreting a massive monolithic foundation slab. Construction Materials and Products, vol. 8, no. 5, 2. doi: 10.58224/2618-7183-2025-8-5-2
Chuc N. T., Nikolay A. (2020) The effect of formworks on the temperature regime in the mass concrete. Magazine of Civil Engineering, no. 7 (99), 9911. doi: 10.18720/MCE.99.11
Andreev V. I. (2012) Optimization of thick-walled shells based on solutions of inverse problems of the elastic theory for inhomogeneous bodies. Computer Aided Optimum Design in Engineering, pp. 189–202.
Andreev V. I., Potekhin I. A. (2017) Equal strength and equal stress structures. Models and reality. Advances in Engineering Research, vol. 102, pp. 232–236. doi: 10.2991/icmmse-17.2017.36
Andreev V., Potekhin I. (2019) Calculation of equal strength thick-walled concrete cylinder with free ends. IOP Conference Series: Materi-als Science and Engineering, vol. 661, no. 1, 012023. doi: 10.1088/1757-899X/661/1/012023
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
