Греющая опалубка при зимнем бетонировании

Обновлено: 01.05.2024

В зависимости от региона, зимний сезон в России занимает львиную долю года, но строительство жилых, производственных и общественных зданий и сооружений в холода не останавливается. Выполнение бетонных работ в условиях низких и отрицательных температур возможно с использованием специальных химических добавок, препятствующих замерзанию воды в растворе. Такие добавки для бетона обеспечивают доставку смеси на большие расстояния, и выполнение работ по укладке смеси в опалубку. Также применение добавок позволяет выполнить необходимые технологические операции по уходу за свежеуложенной бетонной смесью - устройство систем обогрева бетонной смеси до достижения ей прочности, которая обеспечит проектную (заданную конечную) прочность бетона и позволит выполнить все строительные работы в запланированные сроки.

Что такое бетон - это искусственный каменный строительный материал, который получают в процессе смешивания и твердения компонентов вяжущего вещества (цемента), заполнителей различной фракции (щебень и песок), воды и различных добавок.
Основным фактором, влияющим на процесс формирования бетона, является действие воды. Необходимо не допускать охлаждения и замерзания воды, которая использована для приготовления бетонной смеси ниже +5С, потому что это приводит к сильному снижение скорости процесса затвердевания бетона. При достижении минусовой температуры, вода и сам раствор замерзают и затвердевание бетона полностью останавливается.
Если произошло пусть даже кратковременное замерзание бетона в начальный период твердения, это приводит к критической потере прочности и часто становится причиной разрушения бетонной конструкции.

Основные типы растворов для бетонирования в зимний период

Холодный бетон – это бетон, который затвердевает при низких температурах, благодаря использованию в бетонной смеси добавок, которые называются противоморозными. Действие этих добавок заключается в обеспечении химических процессов, предотвращающих замерзание смеси и воды во все время затвердевания бетона. Уход за уложенным бетоном упрощается - проводить операций по прогреву бетона не потребуется. Достаточно только защитить поверхностно выделяющуюся влагу от замораживания путем укрытия бетонной смеси в опалубке теплоизоляционными материалами (рекомендуется использовать специальные минеральные маты и пленки).
Теплый бетон - это раствор с противоморозными добавками, основная задача которого – возможность произвести доставку и укладку бетонной смеси в условиях низких и отрицательных температур. Это достигается вводом добавок (активных химических веществ), которые обеспечивают самонагрев бетона. После выполнения работ по укладке бетона в опалубку, свежеуложенная смесь требует дополнительного прогрева для создания условий достижения прочности, которая обеспечит проектную (заданную конечную) прочность.

Методы зимнего бетонирования

Основные методы производства бетонных работ при пониженных температурах, сопряженные с риском замерзания воды в бетонной смеси.

Метод «термоса»

Разработан в СССР в период индустриализации, когда в 30-х годах прошлого века возводились т.н. «гиганты индустрии», когда бетонные работы производились в огромных объемах. Технология производства работ заключается в нагреве бетонной смеси электродами до температуры 25С-45С. Если при доставке бетонной смеси с бетонного завода или узла температура ее будет выше, бетон начинает схватываться и укладывать его будет невозможно. Подогретую смесь заливают в формы или опалубку и защищают от замораживания путем укрытия бетонной смеси в опалубке теплоизоляционными материалами (рекомендуется использовать специальные минеральные маты и пленки).
Технология: Затвердевание бетона происходит за счет температуры разогретого бетона и тепла, которое выделяется за счет химических реакций гидратации цемента и полимеризации бетона.

Температура воздуха при производстве работ по этому методу должна быть от +5С до 0С, при более низких температурах этот метод не эффективен.

Использование противоморозных добавок (ПМД) при замешивании раствора

Метод искусственного электрообогрева

Состоит в повышении температуры уложенной бетонной смеси до необходимой, и обеспечения этой температуры некоторое время, пока бетонная смесь на наберет требуемую прочность.

Все знают, что строительные нормы запрещают выполнять бетонирование при отрицательном температурном режиме. В процессе замерзания воды в структуре будущей конструкции деформируется материал, понижается показатель его прочности. Важным условием считается обеспечение оптимальных условий застывающему бетонному раствору. Для этого используют электрическую энергию или пар, обогревают бетон с помощью инфракрасного излучения. Вариантов много, и все же – что представляет собой греющая опалубка?

Что это

Каждый щит «теплой» опалубочной системы имеет вмонтированный с тыльной части нагревательный элемент, закрытый утеплительным слоем. Используется такая опалубочная конструкция при бетонировании в зимний сезон либо для ускоренного застывания бетонной конструкции летом, чтобы сократить сроки работ.

Принцип передачи тепловой энергии основан на контактном способе от прогреваемой поверхности щита к бетонному раствору.

Конструкция

Опалубка с подогревом состоит из палубы, изготовленной из металлического или фанерного материалов. С тыльной стороны располагаются нагревательные устройства.

При изготовлении современных опалубочных конструкций для нагрева используются провода и кабели, покрытия, проводящие ток, сетчатые либо углеродные нагревательные элементы ленточного типа. Самым эффективным вариантом считается нагревательный кабель, представленный константановой проволокой в термоустойчивой оболочке, защищенной от возможных повреждений чехлом из металлического материала.

Применяют и нагреватели из графитопластика, представленные графитовой тканью, по всему контуру имеющей окантовку из электродов, к которым подведена коммутационная проводка. Такой нагреватель помещается в изоляционный слой из стеклопластика или полипропилена, при этом общая толщина полотна не превышает двух миллиметров.

Изготавливаются щиты по разным размерам, отличаются приемлемой стоимостью. Располагают их как с наружной, так и со внутренней стороны палубочного слоя, но самое грамотное решение – разместить их среди опалубочных щитов с шагом в пять – шесть миллиметров от внутренней стороны. Такой способ повышает их эксплуатационный период до 50 – 60 тысяч часов.

Температурный режим рабочей поверхности варьируется в пределах семидесяти – восьмидесяти градусов. Чтобы бетонная конструкция набрала до семидесяти процентов марочной прочности, установку достаточно эксплуатировать в течение одних – двух суток (зависит от температуры окружающего воздуха). При этом режим прогревания должен быть рваным.

Сетчатые нагревательные элементы с обеих сторон укрыты тонкими листами из асбестоцементного материала, с тыльной стороны в качестве дополнения устраивается теплоизоляционный слой.

В греющую опалубку легко можно своими руками переоснастить инвентарную конструкцию, щиты которой изготовлены из металла либо фанеры.

Технические характеристики

Основными параметрами, характеризующими работу греющей опалубки, считаются:

температурный режим нагревания – 70 градусов;
напряжение питающей сети – 220 В;
показатель мощности – от 300 до 700 Вт на квадратный метр;
термозащищенность – выключатели из биметаллического материала с возможностью автоматического возврата;
глубина прогревания – 0.5 – 0.6 м;
коммутация – согласовывается с пользователем.

Размеры опалубочной конструкции могут изготавливаться по индивидуальным заявкам покупателей. Гарантийный срок эксплуатации – один год.

Монтаж

Оригинальные палубы заменяются греющими опалубками. Чтобы осуществить их подключение, разработаны специальные приспособления – мобильные шкафы и крупногабаритные установки, предназначающиеся под высокую электромощность и подсоединение опалубок с большой поверхностью.

Установка оснащается инвентарным кабелем, температурными датчиками и приборами для контроля показателей. С помощью инвентарной разводки подключают отдельные опалубочные щиты либо их группы

Под нагрев крупноразмерных опалубочной систем устанавливаются специальные пульты, оснащенные катками для передвижки их по основанию.

Достоинства и недостатки

Основным преимуществом такой опалубочной конструкции считается высокий показатель эффективности. Работать с ней можно при отрицательном температурном режиме, достигающим двадцати пяти градусов ниже ноля, когда другие способы уже не помогают. Этим объясняется частое использование греющих опалубочных систем в северных регионах, где температура воздуха зачастую опускается достаточно низко. Такая система исполняет одновременно две функции, существенно экономя время. Практикой доказано, что с помощью греющей опалубочной конструкции достигается высокий КПД. Это особенно важно, если предстоят большие объемы бетонирования, потому что на данную операцию требуется много электрической энергии. Показатель рентабельности в несколько раз выше, чем обогрве кабелем либо электродами. Особенно актуальна оперативность монтажа, выполняемого в холодное время года. В течение нескольких часов отдельные щиты составляются в большую конструкцию, и можно переходить к заливке бетонной смеси. Прогрев конструкции проводится равномерно. После демонтажа опалубку можно использовать на новом рабочем месте.

К сожалению, есть и некоторые моменты негативного характера. Дело в том, что конструкция стоит достаточно дорого, и на первоначальном строительном этапе появляются значительные расходы, что не особенно выгодно при больших объемах бетонирования монолита. Кроме того, на объектах с нестандартными проектными решениями греющую опалубку применять достаточно сложно.

Многие строители в качестве недостатка отмечают увеличение расхода электрической энергии, необходимой для обогрева монолитного бетона.

Климатические условия в большинстве регионов России не позволяют вести бетонные работы при положительных температурах круглый год.

Во многих районах более 6 месяцев в году держатся низкие температуры, вот почему осуществляется зимнее бетонирование.

Что такое зимнее бетонирование

Согласно СП 70.13330, зимним называется бетонирование при среднесуточных температурах ниже 5°С или минимальных суточных температурах ниже 0°С.

Есть ли плюсы у зимних бетонных работ

В целом работа с бетоном в суровых условиях низких температур влечет дополнительные сложности, но невозможно прекращать стройку на полгода всякий раз с наступлением осени, к тому же, у зимних работ есть и существенные плюсы:

Зимние скидки на строительные материалы и спад востребованности рабочей силы позволяют сэкономить.
Зимой можно бетонировать фундаменты на слабом или хрупком грунте.
Замерзшие подъездные пути позволяют без проблем доставить на стройку тяжелую технику и материалы.

Особенности зимнего бетонирования

Зимой основной враг качественного бетонирования – низкие температуры, которые оказывают негативное влияние на процессы, происходящие как при бетонировании, так и при твердении бетона.

Образование твердого вещества – бетона – происходит в результате реакции гидратации минералов, входящих в состав портландцемента. Чтобы эта реакция шла, необходима температура выше 0°С, поскольку при отрицательных температурах вода замерзает, и реакция гидратации прекращается.

Уже при температуре ниже 5°С скорость протекания реакции резко тормозится, и набор прочности бетона замедляется.

Низкие температуры вызывают следующие проблемы:

прекращение реакции гидратации;
рост внутреннего давления из-за промерзания и связанного с ним расширения материала;
образование кристаллов льда вокруг арматуры, что приводит к плохому сцеплению ее с бетоном;
получение бетона низкой прочности.

Основная задача зимой – обеспечить набор критической прочности бетона (30–50% от проектной прочности), после чего отрицательные температуры уже не оказывают негативного воздействия на бетон. Как правило, в оптимальных условиях критическая прочность достигается на 4–6-й день после укладки.

Поэтому зимой главное значение приобретает температура.

Температуру бетонной смеси измеряют до укладки, во время и после.

Важно!

Для зимнего бетонирования рекомендуется использование портландцементов и высокомарочных быстротвердеющих цементов.

Технология бетонирования в зимних условиях

В составе проекта производства работ разрабатываются мероприятия, которые обеспечивают:

Предотвращение замерзания бетонного раствора в период транспортировки, укладки и уплотнения.
Предупреждение замерзания свежеуложенного бетона вплоть до достижения критической прочности.
Благоприятные тепло-влажностные условия набора прочности твердеющего бетона.

Приготовление бетона зимой. Меры предотвращения замерзания готовой бетонной смеси при транспортировке, укладке и уплотнении

Готовая бетонная смесь, поступающая на стройку, должна иметь температуру не ниже 5°С. Для этого замешивание производят на теплой (до 70°С) воде, а заполняющие материалы прогревают.

Важно!

Цемент не подвергают прогреванию во избежание заваривания. Время транспортировки готового бетонного раствора не должно превышать 4 часов.

Поверхности под бетонирование и арматура должны быть прогреты близко к температуре бетонного раствора, для чего используется теплый или горячий воздух, но не пар и не вода.

При длительной транспортировке готовой бетонной смеси и невозможности использовать подогрев, применяют противоморозные добавки.

Меры предупреждения промораживания бетона до достижения критической прочности

Различают два основных метода зимнего бетонирования:

Холодным называется бетон, который будет твердеть без подогревающих мероприятий. Обеспечить его твердение призваны специальные противоморозные добавки, которые снижают температуру замерзания воды и одновременно ускоряют реакции гидратации с тем, чтобы количество несвязанной воды в растворе как можно быстрее уменьшалось.

Широко распространенные противоморозные присадки – электролиты, соли Na и K, но их применение имеет некоторые ограничения:

натриевые соли не применяют в армированном бетоне, поскольку они приводят к коррозии арматуры;
некоторые виды портландцемента (например, высокощелочные или полученные из клинкера с высоким содержанием алюмосиликатов) не применяются совместно с электролитами;
соли натрия и калия не применяются в смесях с заполнителем потенциально реакционно-способных пород;
соли-электролиты должны проверяться опытным путем на образование высолов.

Современные комплексные противоморозные добавки не имеют недостатков солей-электролитов, обеспечивают возможность вести бетонные работы при низких температурах и обладают комплексным действием (не только противоморозным, но и пластифицирующим и другими).

Теплым называют бетон, который после укладки подвергается различным прогревающим и обогревающим процедурам.

Методы прогрева бетона

После того, как бетон уложен и уплотнен, необходимо поддерживать оптимальную температуру до достижения критической прочности, для чего применяют три вида мероприятий:

метод термоса;
устройство тепляков;
прогрев бетона.

Эти мероприятия применяются как самостоятельно, так и в сочетании с противоморозными добавками.

Выбор метода производится в зависимости от многих факторов:

тип конструкции;
состав бетонной смеси;
наличие и тип арматуры;
наличие или отсутствие соответствующего оборудования;
экономическая целесообразность.

Сохранение тепла или «метод термоса»

Метод термоса применяется в массивных конструкциях самостоятельно или в сочетании с добавками-ускорителями. Ускорители способствуют более быстрому отвердеванию бетона, а значит, критическая прочность будет набрана быстрее.

Реакция гидратации является экзотермической, то есть, протекает с выделением тепла.

В массивных конструкциях тепла выделяется достаточно для обогрева, поэтому, если заливать бетон в утепленную опалубку, а после заливки укрыть пленкой ПВХ и теплоизолирующими материалами (маты, рулонные материалы, доски, пенопласт), бетон будет сохранять температуру, подходящую для твердения вплоть до набора критической прочности.

экономия электроэнергии;
использование собственного тепла бетона;
относительная простота.

Недостатки метода термоса:

применение только в массивных конструкциях;
неэффективность при особо низких температурах (решается добавлением противоморозных добавок);
не подходит для конструкций с большой площадью поверхности охлаждения.

Метод «горячего сухого термоса»

В этом случае можно укладывать бетон на промороженное основание без подогрева. В утепленную опалубку насыпается слой керамзита, разогретого до температуры 200–300°С, а после его остывания до 100°С выполняется укладка бетона, замешанного на теплой воде. В результате тепло остывающего керамзита используется для подогрева бетона.

Устройство тепляков

Тепляки – это своеобразные шатры, которые устанавливаются над замоноличенными конструкциями. Внутри тепляков устанавливают тепловые пушки в таком количестве, чтобы обеспечить необходимую температуру твердения (выше 5°С). Особенную важность имеет герметичность укрытия.

Методы искусственного прогрева бетона

Наиболее высокая скорость твердения бетона при температуре 50°С.

Обеспечить расчетную температуру отвердевания бетона до достижения критической прочности можно, применяя искусственный нагрев бетона различными методами:

Электродный. Внутри опалубки закрепляются электроды, которые могут быть пластинчатыми, полосовыми, стержневыми, струнными. Тепло выделяется при пропускании тока через бетонную смесь.
Кондуктивный (контактный). Тепло выделяется в проводнике при прохождении через него тока и передается бетонной смеси.
Инфракрасный. ИК-излучение используется для прогрева основания, арматуры и нагревания бетона без переносчика тепла.
Индукционный. Тепло выделяется арматурой, находящейся в электромагнитном поле индуктора.

Недостаток методов – необходимость использования дорогостоящего оборудования и электроэнергии.

Применение противоморозных и ускоряющих добавок позволяет бетону быстрее набирать критическую прочность и таким образом экономить электроэнергию и повышать оборачиваемость оборудования.

Заливка бетона зимой технически сложными способами

Целесообразно использование технически сложных способов зимнего бетонирования с применением утепленной опалубки, электродов для подогрева, укладки нагревающего кабеля и т.д. Эти методы требуют проведения тщательных предварительных расчетов.

Зимний бетон в домашних условиях

При домашнем строительстве бетонирование в условиях отрицательных температур допустимо для объектов невысокой важности.

Для самостоятельных работ используют замес на подогретой (не выше 70°С) воде.

Порядок закладки компонентов бетонной смеси меняют: сначала в воду засыпают крупный заполнитель, затем песок и цемент.

Совет: Зимой рекомендуется применять портландцемент марки не ниже М400.

В домашних условиях применение прогрева бетона или устройства тепляков не выгодно; на первый план выходят специальные противоморозные добавки, которые позволяют успешно проводить бетонные работы в зимнее время.

Можно ли добавлять в бетон соль и модифицирующие добавки?

В зимнее время для понижения температуры замерзания свободной воды в бетонный раствор добавляют соль (хлорид натрия) или другие соли натрия и калия, которые работают как электролиты.

Применение солей может привести к коррозии арматуры и появлению высолов на готовом бетоне. Оптимальный вариант – использование комплексных противоморозных добавок и пластификаторов.

Возможные последствия зимнего бетонирования

Несоблюдение технологий укладки бетона зимой приводит к получению бетонных изделий пониженной прочности, с трещинами, высолами и прочими дефектами, а также к плохому сцеплению с арматурой. Изделия получаются недолговечными в эксплуатации.

Важно!

Следует помнить, что критическая прочность бетона составляет 30–50% от расчетной прочности, а распалубочная – 70%. После достижения бетоном критической прочности мороз ему уже не вредит, и меры по обогреву можно сворачивать. Но в этот момент еще нельзя производить распалубку и давать нагрузку на бетон.

Бетонные работы зимой – чаще всего, вынужденная мера, но и в этом случае есть свои преимущества. При выборе технологии проведения зимних работ учитываются многие факторы: тип конструкций, состав бетонной смеси, наличие оборудования и экономический эффект от их применения. Противоморозные добавки желательны к применению при выборе любого метода ведения бетонных работ зимой.

Данная статья посвящена описанию и обзору технологии электропрогрева бетона с помощью электрических кабелей в зимнее время.

Ключевые слова: зимнее бетонирование; греющий провод; электропрогрев бетона; набор прочности; монолитные конструкции.

Keywords: cold-weather concreting; electrical thread; electrical curing; strength set;monolithic construction.

Одной из проблем монолитного строительства является бетонирование в зимнее время. Проблема связана с набором необходимой проектной прочности при отрицательных температурах окружающей среды. Российский климат диктует свои условия при проведении бетонирования, увеличивая сроки схватывания раствора и удлинения цикла строительно-монтажных работ в осенне-весенний и зимний периоды. Основные постулаты современной технологии проведения бетонных работ в зимний период сформулированы еще в советское время и позволили накопить серьезные практические сведения о преимуществах и недостатках тех или иных технологических операций по прогреву бетона. В настоящее время развитие направлено на усовершенствование свойств присадочных добавок при применении уже ранее сформировавшихся основных принципов.

Актуальность статьи обусловлена климатическими условиями строительства на большей части территории России и наличием большого количества методов по прогреву бетона, влияющих на свойства получаемого материала, остаются актуальными [1].

При отрицательной температуре содержащая в бетонном растворе свободная вода переходит в другое агрегатное состояние, образуются кристаллы льда довольно большого объема, вызывающие повышение порового давления в цементе, и, как следствие — разрушение структуры не затвердевшего бетона и значительное снижение его конечной прочности, особо опасное непосредственно в период схватывания.

Для нивелирования воздействия низких окружающих температур и повышения прочности бетона важнейшее значение имеет оптимальный температурный режим, необходимый для поддержания в период его твердения. Поэтому при бетонировании монолитных конструкций в зимний период, требуется поддерживать необходимые влажностно-температурные условия, позволяющие набрать необходимую прочность конструкции в кратчайшие сроки.

В зависимости от различных факторов (наружная температура воздуха, тип конструкции, экономическая обоснованность применения и т. д.) на практике применяются виды бетонирования в зимний период:

– термос или термос с противоморозными добавками;

– обогрев в греющей опалубке;

– инфракрасный или индукционный обогрев;

– обогрев нагревательными проводами.

Рассмотрим вышеперечисленные способы чуть более подробно:

Термос или термос с противоморозными добавками

Метод термоса, наиболее простой и экономичный, нашел широкое распространение при бетонировании самых различных конструкций.

Сущность выдерживания бетона по методу термоса состоит в следующем: доставленную на площадку бетонную смесь температурой 25. 45°С укладывают в опалубку. Сразу после окончания бетонирования все открытые поверхности конструкции укрывают слоем теплоизоляционного материала. Изолированный от холодного воздуха бетон твердеет за счет тепла, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении, а также тепла, выделяемого в процессе экзотермической реакции твердения цементного теста.

Не все конструкции можно выдерживать методом термоса. Более всего он подходит для массивных конструкций с относительно небольшой площадью охлаждения.

Зимой эффективней применять высокоактивные быстротвердеющие цементы, а также вводить в обычные цементы химические добавки — ускорители твердения.

В качестве утеплителей применяют доски с прокладкой толя, доски и фанеру с прокладкой пенопласта, картон, опилки, шлаковату и др. Предпочтение отдают тюфякам, покрытым с двух сторон непродуваемым, водоотталкивающим материалом.

Конструкции, имеющие сечения различной толщины, тонкие элементы, углы и другие быстро остывающие части, следует утеплять особенно тщательно.

Обогрев с помощью термоактивной (греющей) опалубки, состоящей из многослойных утепленных щитов, оснащенных нагревательными элементами основан на принципе передачи тепла от опалубки в поверхностный слой бетона, а затем распространяется по всей его толщине. Обогрев бетона таким способом не зависит от температуры наружного воздуха. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и среднемассивных конструкций, а также при замоноличивании стыков и швов при температуре наружного воздуха до — 40 0 С.

Конструкции греющей опалубки многообразны. Основное требование, предъявляемое к ним — равномерность распределения температуры по опалубке щита.

В качестве нагревательных элементов применяют трубчатые электронагреватели (ТЭНы), греющие провода и кабели, гибкие тканевые ленты, а также нагреватели, изготовленные из нихромовой проволоки, композиции полимерных материалов с графитом (углеродные ленточные нагреватели) и токопроводящими элементами и др.

Размещают нагреватели на щите опалубки в зависимости от режимов обогрева и мощности: греющие провода и кабеля устанавливают вплотную к палубе, ТЭНы — на небольшом расстоянии от нее.

Перед бетонированием прогревают арматуру и ранее уложенный бетон. Для этого на непродолжительное время включают термоактивную опалубку, предварительно укрыв сверху блок бетонирования брезентом или полиэтиленовой пленкой.

Суть прогрева бетона электродами состоит в использовании электродов, представляющих собой отрезки арматуры или проволоки катанки 8–10 мм. Прогрев бетона происходит за негревания бетона при пропускании электрического тока по влаги в растворе. На электроды подаются три фазы с понижающего трансформатора. При прогреве колоны достаточно воткнуть один электрод, прогрев будет осуществляться за счет фазы трансформатора и земли от арматуры колоны.

Электродный прогрев удобен для заливки вертикали (колон, стен, диафрагм). После заливки необходимой конструкции в неё монтируются металлические стержни, являющиеся проводниками, на которые подается пониженное напряжение с понижающего трансформатора. Интервал между электродами, в зависимости от погоды, может быть разный от 0,6–1 метра.

Преимуществами электродного метода являются простота использования и быстрый монтаж системы прогрева.

Среди недостатков можно выделить большие энергозатраты, т. е. высокая стоимость прогрева. Также добавляются затраты на закупку арматуры или проволоки катанки, т. к. они являются одноразовыми и остаются в теле бетона [2].

Используемые электроды для электропрогрева:

– Стержневые электроды. Они изготавливаются из арматуры (6–12мм диаметра) и располагают их в теле бетона с расчетным шагом. Данные электроды позволяют прогревать конструкции самой сложной формы.

– Пластинчатые электроды навешиваются на внутреннюю сторону опалубки и в результате подключения противоположных пластинчатых электродов к разным фазам, в бетонной смеси образуется электрическое поле, под воздействием которого масса разогревается до требуемой температуры и его теплота поддерживается необходимое время.

– Струнные электроды, как правило, применяются для прогрева бетона колон.

– Полосовые электроды можно располагать как с одной стороны конструкции, так и с двух сторон.

Источником инфракрасных (тепловых) лучей служат ТЭНы (трубчатые электронагреватели) мощностью 0,6…1,2 кВт с рабочим напряжением 127, 220 и 380 В, керамические стержневые излучатели диаметром 6…50 мм, мощностью 1…10 кВт, кварцевые трубчатые излучатели и другие средства.

Для создания направленного потока инфракрасных лучей применяют отражатели параболического, сферического и трапецеидального типа. Инфракрасные установки в комплекте с отражателями и поддерживающими устройствами используют для прогрева конструкций, возводимых в скользящей опалубке, тонкостенных элементов стен, подготовке под полы, плитных конструкций, стыков крупнопанельных зданий.

При обогреве плитных конструкций используют излучатели с отражателями коробчатого типа, которые или устанавливают на бетонную поверхность, или подвешивают на расстоянии от нее. Чтобы предотвратить быстрое испарение влаги, поверхность бетона покрывают пленкой.

При возведении стен в щитовой и объемно — переставной опалубке применяют односторонний обогрев излучателями сферического типа. Для обеспечения прогрева всей плоскости стены отражатели располагают на разных уровнях на телескопических стойках и на расчетном расстоянии от стены.

Инфракрасные установки располагают на таком расстоянии друг от друга, чтобы прогревалась вся поверхность бетона. Инфракрасный обогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона при условии соблюдения теплового режима выдерживания бетона.

Преимущества — высокая эффективность метода, простота использования, малые энергозатраты.Недостатки — высокая стоимость инфракрасной установки, что невыгодно при больших объемах бетонирования

Сегодня технология прогрева бетона нагревательными проводами, освоена и широко применяется на практике многими крупнейшими отечественными и зарубежными строительными фирмами. Следует отметить, что при строительстве многих масштабных объектов на территории РФ, использовался в зимний период стройки именно этот способ.

Метод прогрева нагревательными проводами заключается в закреплении на арматурном каркасе провода нагревательного определенной длины непосредственно перед укладкой массы в опалубку. При данном способе подогрева в большинстве случаев используется провод ПНСВ 1,2. Он представляет собой токопроводящую жилу с изоляционным покрытием из поливинилхлорида или полиэстера (благодаря хорошей изоляции не происходит возгорание). А также у него минимальна вероятность перегибов или переломов внутренних жилок [3].

Выделяемая теплота такими проводами, при прохождении по ним тока, передается бетону и равномерно распределяется в нем путем теплопроводимости, что и позволяет разогреть бетон до +40С — +50С. Электропитание проводов ПНСВ осуществляется через подстанции типа КТП-63/ОБ или КТП ТО — 80/86, имеющие несколько ступеней пониженного напряжения. Одной такой подстанцией можно обогреть до 20–30м3 бетона. Для подогрева 1м 3 требуется приблизительно 60м провода нагревательного марки ПНСВ-1,2. Метод обогрева при помощи нагревательных проводов позволяет обогревать любой конструкции сложности при температуре воздуха до -30С [4].

Укладка провода для прогрева бетона является крайне ответственной процедурой, требующая пристального контроля. В упрощенном виде порядок выполнения работ имеет вид:

Поверхность будущего пола зачищается от строительного мусора, который может повредить изоляционную обмотку кабеля;
В процессе укладки кабель должен быть уложен без перегибов для недопущения переломов токопроводящих жил. Наиболее распространенным является способ «змейка».
В период пуска и эксплуатации необходимо минимизировать вероятность перепадов напряжения, иначе провод перегорит и его демонтаж будет невозможен.
После этого нагревательный кабель подводится к источнику питания и подключается к сети по схеме «звезда» или «треугольник».

Инструкция по прогреву:

Первый отрезок времени — бетон разогревается, при этом скорость должна быть не выше 10 градусов по Цельсию за 2 часа времени;
Нагрев по изотерме, это самый важный период, здесь нужно следить за тем, чтобы температура не достигла 80 градусов;
Последний — период остывания. Скорость остывания нагретого бетона должна быть не выше 5 градусов в час.

Несмотря на проработанность данного метода, разработки и научные исследования не прекращаются. Производится сравнительная характеристика различных греющий проводов, различных материалов в токопроводящих жилах, режимах прогрева и т. п. Это связано с появлением новых программных комплексов, способных достаточно точно смоделировать весь процесс прогрева с рассмотрением температурных кривых и выбора наиболее оптимальных режимов.

Заключение

В заключении хотелось бы отметить, что наиболее распространенным методом является комбинация методов обогрева. Целесообразность применения того или иного метода обогрева или же их комбинации зависит от таких факторов, как массивность конструкции, требуемой прочности, от метеорологических условий, а также от наличия энергоресурсов на строительной площадке.

Только набравший определенную прочность бетон, может отлично противостоять действию разрушительных «морозных сил» без малейшего разрушения его структуры, что и позволяет ему после оттаивания продолжить набор прочности.

А. Б. Вальт, А. А. Овчинников. Способы термообработки бетона при возведении монолитных конструкций // Известия КГТУ. — 2008. — № 13. — С. стр. 109–112.
Т. А. Краснова, Т. А. Затворницкая, С. И. Усков, Д. А. Игнатьев, Б. Г. Носкин. Круглый стол: Зимнее бетонирование — продолжение сезона // Технологии бетонов. —2012. —С.стр. 11‐12.
М. О. Дудин, Н. И. Ватин, Ю. Г. Барабанщиков. Моделирование набора прочности бетона в программе ELCUT при прогреве монолитных конструкций проводом //Magazine of Civil Engineering. — 2015. —№ 2.—С.стр. 33–45.
М. О. Дудин, Ю. Г. Барабанщиков.Специфика монтажа электрического провода в технологии прогрева бетона // Строительство уникальных зданий и сооружений. —2015. —№ 9. —С.стр. 47–61.

Основные термины (генерируются автоматически): прогрев бетона, бетон, греющая опалубка, зимний период, конструкция, провод, электрод, метод термоса, обогрев, прогрев.

Ключевые слова

зимнее бетонирование, , греющий провод, электропрогрев бетона, набор прочности, монолитные конструкции

зимнее бетонирование, греющий провод, электропрогрев бетона, набор прочности, монолитные конструкции.

Похожие статьи

Новый способ контроля температуры монолитного бетона.

1. Р-НП СРО ССК-02–2015 Рекомендации по производству бетонных работ в зимний период. НП СРО «Союз строительных компаний Урала и Сибири».

3. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях / под ред. Б. А. Крылова и др. М.: НИИЖБ, 2005.

Бортовая установка для прогрева тепловозных дизелей от.

Принцип работы бортовой установки и особенности конструкции. Чтобы поддерживать допустимую температуру теплоносителей при неработающем дизеле в системах тепловозов предусматривается бортовая установка.

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний.

Прогрев помещения до нужной температуры происходит сравнительно медленнее, но такой

− В случае эксплуатации теплицы в зимний период необходимо использовать дополнительные системы для обогрева

Альтернативный метод эксплуатации автомобилей в зимний период.

Оптимизация производства работ при устройстве буронабивных.

Поэтому, в данной статье рассматривается метод подачи бетонной смеси в тело скважины в зимний период производства работ с

Основными элементами системы являются: рама — основание для устройства разогрева и трансформатор для прогрева бетона ТСДЗ-40М.

Моделирование распределения температурных полей и процесса.

Проблема производства буронабивных свайных работ в зимний период строительства заключается в отсутствии численного описания

В основе моделирования технологического проектирования процессов обогрева и выдерживания бетона монолитных конструкций на.

Строительство противопожарного резервуара в городе Якутске

Бревна обрабатываются каменноугольным маслом, путем пропитывания в ванне, с предварительным прогревом древесины.

Выбор способа выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций производятся в соответствии с рекомендациями.

Новое решение несъемной железобетонной стеновой опалубки.

. в бетоне панелей, а также арматурных стержней, каркасов и сеток, располагаемых в пределах бетона панелей.

норм, содержат требования к конструкции данной несъемной опалубки, а также

воздуха (особенно при снегопадах), а также трудностями прогрева тонких сборных плит.

Эксплуатация мобильных машин в зимних условиях

Происходит поэтапный прогрев всех элементов, включенных в систему.

Расход топлива при использовании автономной жидкостной системы не более 1 литра топлива в течение часа — для самых мощных конструкций системы обогрева двигателя автомобилей.

В статье рассмотрены основные технологии обогрева бетона в зимний период.

Ключевые слова: бетон, прогрев, дополнительное оборудование, греющая опалубка, конструкция, температура.

Термоактивная опалубка

Термоактивную опалубку используют при бетонировании в холодное время для получения требуемых прочностных характеристик, а также в теплое — для уменьшения времени застывания. Для этого стандартные элементы опалубки оборудуют электрическими нагревательными элементами (термоаткивными вкладышами) со стороны соприкосновения с бетоном и утеплителем с противоположной стороны. Такой модификации могут быть подвергнут любой тип опалубки (металлические, деревянные), использующийся в строительстве. Конструкция термоактивного щита представлена на рисунке 1:

Рис.1. Конструкция термоактивного щита

При использовании греющей опалубки передача тепла осуществляется контактным способом. В качестве нагревательных элементов могут быть использованы:

 кабели или провода;

 токопроводящие покрытия (пленки);

 трубчатые электронагреватели (ТЭНы).

Рис.2. Греющая опалубка

Технические характеристики греющей опалубки

Для получения 70 % прочности бетона достаточно эксплуатации установки в течение 24. 56 ч (в зависимости от температуры наружного воздуха) при рваном режиме прогрева.

Преимущества греющей опалубки

 эффективность при температурах до -30°C;

 возможность использования при замоноличивании стыков и швов;

Недостатки греющей опалубки

 применимость лишь к типовым элементам;

Есть еще такой момент, который сложно отнести к плюсам или минусам технологии. Он заключается в том, что для поддержания высокого темпа строительства необходимо большое количества термощитов и элементов опалубки. Если все элементы уже заняты в работе, то продолжать работу можно будет только после набора монолитом минимальной расчетной прочности.

Бетонирование втепляках (шатрах)

В холодные дни при появлении вероятности падения температуры в отрицательную зону на строительных площадках применяют различные способы обогрева бетонного раствора. Одной из самых старых технологий является прогрев бетона в тепляках или шатрах.

Рис.3. Выдерживание бетона в тепляке

Суть ее заключается в том, чтобы вокруг заливаемой конструкции создать термоизолированное пространство и нагреть его до требуемой температуры при помощи обогревателей или тепловых пушек. Пушки можно использовать с прямым нагревом. Шатер делается из брезента, древесины или других полимерных материалов с требуемыми характеристиками.

Тепляком, как правило, укрывают лишь отдельную часть всей конструкции, которая заливается в настоящий момент. Потом шатер перемещают к следующей части. Но если возможности позволяют, то накрыть можно сразу всю конструкцию.

Обычно данный метод применяется при бетонировании с использованием скользящей опалубки. Тепляк в этом случае перемещается вместе с опалубкой.

Преимущества бетонирования в тепляках

 простота технологического процесса;

 доступность материалов и техники;

 низкая стоимость оборудования.

Недостатки бетонирования в тепляках

 трудность контроля режима прогрева.

Требуемое оборудование

 Воздухонагреватель строительный (электрический, газовый)

Противоморозные добавки вбетон

Полное и качественное затвердевание бетона возможно лишь в определенном диапазоне температур. Критичным является падение температуры ниже 0°С. При таких температурах вода, входящая в состав любого раствора начинает кристаллизоваться, иными словами — замерзать. Из-за этого бетон становится рыхлым и уже не сможет приобрести расчетную прочность. Именно поэтому для возможности вести бетонирование при отрицательных температурах применяют противоморозные добавки (ПМД). Они выполняют сразу несколько функций. Во-первых, понижают температуру замерзания свободной жидкости, а во-вторых ускоряют процессы твердения.

Также достаточно востребованы в зимнее время добавки-пластификаторы, придающие бетону большую пластичность и подвижность, ведь при снижении температуры бетонный раствор постепенно теряет эти свойства.

В среднем допускаемый размер присадок может составлять до 6 % от всего объема цемента в растворе. Некоторые морозостойкие добавки эффективны при температуре воздуха до -25°С.

ПМД обеспечили себе широкое применение в современном строительстве как самостоятельно, так и совместно с технологиями прогрева. На сегодняшний день в мире существует несколько сотен добавок.

Как правило, любые добавки в бетон добавляют в момент его замешивания. В этом случае возможно добиться равномерного распределение реактивов по всему объему раствору. Также допускается домешивание добавок непосредственно на объекте перед заливкой. В этом случае должны быть соблюдены соответствующие предписания.

Рис. 4. Добавление в бетон противоморозной добавки

Типы противоморозных добавок

Одними из самых популярных противоморозных бетонных добавок на отечественном рынке являются:

 нитрит натрия NaNO2;

 нитрит кальция Ca(NO2)2;

 карбонат калия или поташ K2CO3;

 хлористый натрий NaCl;

 формиат натрия или натрий муравьинокислый HCOONa.

Также существует множество продуктов на их основе.

В таблице 2 представлены самые распространенные противоморозные добавки и температура замерзания их 30 %-ного раствора в бетоне: показатели предельно допустимых температур для различных добавок в бетон.

Противоморозные добавки итемпература замерзания

Температура замерзания, °С

хлорид натрия (ХН)

нитрит-нитрат кальция (ННК)

нитрит натрия (НН)

нитрат кальция (НК)

нитрат кальция + мочевина (НКМ)

Преимущества противоморозных добавок

Недостатки противоморозных добавок

 увеличение времени обретения расчетной прочности бетоном;

 понижение коррозийной стойкости арматуры (для хлоридных добавок).

Прогрев бетона трансформатором

Прогрев бетона трансформатором хорошо зарекомендовал себя при бетонировании в зимнее время. Этот способ относится к категории электропрогрева, из чего становится понятно, что тепло вырабатывается при помощи электрического тока.

Совместно с трансформаторами можно использовать либо провода, либо электроды. В первом случае провода погружаются в опалубку и крепятся к арматуре, затем в нее заливается раствор. Во втором случае в уже замоноличенную конструкцию вставляются или размещаются на поверхности электроды. Затем в обоих случаях провода или электроды подключают к сети 200/380 В через трансформатор и производят обогрев.

Рис.5. Прогрев бетона трансформатором

Трансформатор нужен для уменьшения слишком высокого напряжения. С одной стороны, оно опасно для жизни, с другой потребует слишком большую нагрузку (в виде очень длинных проводов, например). Да и риск возникновения локального перегрева слишком высок. Поэтому для осуществления правильного с технологической точки зрения процесса прогрева необходимо понизить это напряжение. Именно для этого и применяются специальные понижающие трансформаторы.

Расчет мощности трансформатора и длины провода

Для расчета необходимой мощности принимают следующие значения: для прогрева одного кубометра бетона требуется примерно 1,3 кВт мощности. Если температура воздуха слишком низкая, то значение увеличивается, если высокая — уменьшается. Длина ПНСВ провода на 1 м 3 раствора составляет примерно 30–50 м. Хотя в каждом случае необходимо проводить индивидуальные расчеты, руководствуясь тем фактом, чтобы в каждом отрезке провода сила тока была в районе 15А для схемы «звезда» и 18А для «треугольника» (для ПНСВ–1.2).

Рис.6. Монтаж ПНСВ-провода

Как правило, для бетонирования в холодных условиях используют трехфазные трансформаторы. Соответственно и нагружать эти фазы надо равномерно. При этом очень важно соблюдать одинаковую и верно рассчитанную длину петель провода во избежание перекоса фаз и выгорания кабеля.

Процесс прогрева трансформатором

Когда все расчеты, укладка и подключения завершены, можно приступать непосредственно к прогреву, включив питание. Некоторые трансформаторы имеют несколько ступеней напряжения, переключая которые можно менять температуру нагрева провода. Начинать необходимо с минимального напряжения. При существенном падении тока в петлях можно повышать ступени. При достижении оптимальной температуры продолжать ее поддержание до набора бетоном заданной прочности.

При использовании в качестве греющего элемента электродов, которыми служит обыкновенная арматура, их подключают в шахматном порядке к трем фазам для равномерной нагрузки. В этом случае фазы не замыкаются, а проводником тока служит сам раствор.

Инфракрасный прогрев бетона

При падении температуры окружающей среды ниже нуля для обеспечения требуемых стандартами условий затвердевания бетона применяется его прогревание. Одним из способов сохранить в бетоне необходимую температуру является воздействие на него инфракрасным излучением, которое преобразуется в тепловую энергию.

Технология инфракрасного прогрева

В непосредственной близости от залитой опалубки (1–3 метра) размещают промышленные инфракрасные обогреватели, направленные на поверхность раствора или опалубку. Отрегулировав их мощность, можно добиться поддержание необходимой температуры в бетоне. В этом случае вода, не будет кристаллизоваться и затвердевшая стена или плита будет иметь необходимую прочность. В противном случае их структура будет нарушена, что может повлечь за собой разрушение конструкции.

Источником излучения служат ТЭНы мощностью до нескольких сотен кВт. При прохождении тока их поверхность излучает энергию в инфракрасном диапазоне, которая и осуществляет нагрев плотной среды (бетона).

Покрыв опалубку черным цветом, можно улучшить ее поглощающие возможности и, как следствие, эффективность нагрева. Для исключения чрезмерного испарения влаги из бетона, его поверхность покрывают полиэтиленом. Мощность излучения подбирают таким образом, чтобы температура на поверхности не поднималась выше 80–93°C.

Рис.7. Инфракрасная установка

Состав инфракрасной установки

 отражатель (сферический, параболические или трапецеидальный);

 держатель или подвес.

Прогрев инфракрасным излучением нельзя использовать в тех случаях, когда толщина бетона превышает 50–70 см. Если надо прогреть большую глубину, то в дополнение к инфракрасному прогреву необходимо использовать другие технологии.

Преимущества инфракрасного прогрева

 Работа от сетей 220–380 В;

 Не требуется дополнительное оборудование в виде трансформатора, проводов, электродов и т. д.;

Недостатки инфракрасного прогрева

 Небольшая глубина прогрева;

 Потребность в значительном пространстве для размещения установок;

 Небольшая площадь воздействия одного излучателя.

Прогрев бетона проводом

Электрический прогрев проводом является универсальной технологией термоизоляции бетона в зимнее время, подходящей для стен, перекрытий, колон и фундамента. Для этого используется различные типы проводов с диаметром жилы от 1,2 до 3 мм.

Такой провод укладывается непосредственно внутрь заливаемой (бетонируемой) конструкции, и после заливки бетона по нему пускается электрический ток определенных параметров для нагрева смеси изнутри. Кабель не подлежит демонтажу и остается внутри конструкции навсегда.

Типы используемых проводов

Для прогрева бетона используются следующие типы проводов:

 ПНСВ (одножильный провод нагревательный со стальной жилой, с изоляцией из виниловой оболочки);

 ПТПЖ (двухжильный провод токопроводящий с параллельными оцинкованными стальными жилами. Эти провода предназначены для монтажа сетей проводного вещания (радио, телефон));

 BET (двухжильный — финский кабель заранее определенной длины для работы от бытовой сети без трансформатора).

Рис.8. Конструкция нагревательного провода

Как правило, греющие провода нарезают на отрезки определенной длины и подключают через понижающий трансформатор, но есть и кабели, которое изначально имеют определенную длину и работают от сети 220В.

При этом очень важно сделать правильные расчеты и регулировать со временем подаваемое напряжение (силу тока), чтобы избежать перегрева или даже перегорания проводов. При соблюдении всех технических предписаний монолитная конструкция набирает до 70 % прочности в течение нескольких дней. Для прогрева одного кубометра бетона необходимо примерно 50–60 метров ПНСВ или 20–25 метров BET провода.

Схемы укладки греющего провода

Схемы укладки греющего провода в независимости от его типа для колонны, стены и перекрытия показаны на картинке ниже. При этом расстояние между петлями подбирается в зависимости от характеристик используемого провода, а также температуры окружающей среды.

Преимущества прогрева проводом

Недостатки прогрева проводом

 Невозможность повторного использования провода;

 Потребность в дополнительном оборудовании;

Дополнительное оборудование

 понижающий трансформатор для прогрева;

 провода холодных концов;

 средства тепловой защиты.

Прогрев бетона термоматами

Низкие температуры негативно сказываются на застывании бетона, замедляя его гидратацию и делая будущую конструкцию хрупкой. Для того чтобы иметь возможность вести строительные работы и в зимнее время, применяют различные технологии прогрева бетона.

Термоматы обеспечивают контактный периферический прогрев. Они состоят из теплоизлучающей ИК пленки и теплоотражающим слоем с одной стороны. Другой стороной термоэлектроматы (ТЭМ) располагают на залитом бетоне, предварительно укрыв его полиэтиленовой пленкой для предотвращения чрезмерного испарения влаги. Затем возможно дополнительное укрывание конструкции.

В ТЭМ встроены термодатчики, позволяющие поддерживать необходимый температурный режим.

Рис.9. Прогрев бетона термоматами

Технология прогрева термоматами

Забетонированную подогретым раствором конструкцию накрывают полиэтиленом, а сверху на него кладут термоматы или термоактивные кассеты с интервалом не более 10 см. Необходимо максимально плотно покрыть всю поверхность формы. Затем систему подключают к электропитанию и, практически мгновенно, начинается прогрев, так как система малоинерционная. Для достижения большей эффективности и сокращения энергозатрат термоматы можно накрыть теплоизоляционными материалами.

Время прогрева напрямую зависит от марки и толщины бетона, и составляет от 10 часов до нескольких суток. Запрещается сгибать маты не по специальным линиям сгиба, отмеченным на изделии.

Температурный график прогрева плиты термоматами

Пример прогрева плиты 110х330х25 см из бетона класса B15. Результат 36-часового прогрева можно видеть на графике:

Рис.10. Температурный график прогрева плиты термоматами

Как видно, в течение 22 часа в плите установилась средняя температура в 39°C при колебаниях окружающего воздуха от -5 до -12°C. За суммарное время прогрева в 36 часов бетон достиг прочности в 70 %. Расход энергии составил 43 кВт.

Преимущества прогрева термоматами

 не требуется дополнительное оборудование;

 можно использовать для согревания грунта, труб, кладки и прочих конструкций;

 автоматическое поддержание нужной температуры;

 небольшие энергозатраты (потребление на 20–25 % меньше чем при прогреве проводами);

 защита от перегрева.

Недостатки прогрева термоматами

 небольшая глубина прогрева;

 максимальная температура всего 70°C;

 низкая применимость для вертикальных и сложных конструкций.

Электродный прогрев бетона

Прогрев бетона электродами помогает сохранить необходимые параметры твердения раствора при заливке в холодное время. Этот способ подразумевает вживление в бетон или расположение на его поверхности электродов, которые затем подключают к трансформатору. В результате между ними образуется электрическое поле, согревающее бетон. Подбирая и регулируя выходные параметры трансформатора, можно добиться необходимой температуры прогрева бетона.

Важно помнить, что электрическое сопротивление бетона меняется по мере его твердения, причем проиходит это далеко не линейно.

Рис.11. Электродный прогрев бетона

Изменение удельного сопротивления впроцессе электропрогрева бетонов различных марок

Читайте также: