Индукционный прогрев бетона ж б конструкций
Обновлено: 03.05.2024
Производство бетонных работ в зимних условиях. Требования к зимнему бетонированию. Бетонирование конструкций с предварительным разогревом бетонной смеси. Выдерживание бетона в тепляках и методом термоса. Разновидности электропрогрева. Индукционный метод.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.03.2016 |
| Размер файла | 801,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Специальность 270800: Промышленное и гражданское строительство
по дисциплине «Технология возведения зданий»
на тему: «Методы зимнего бетонирования. Индукционный обогрев»
Разработал студент гр. СТ-320402:
1. Производство бетонных работ в зимних условиях
При необходимости проведения зимнего бетонирования главной проблемой являются низкие температуры окружающей среды, которые приводят к замерзанию строительных материалов. Соответственно, технология бетонирования в зимних условиях направлена на предотвращение замерзания воды и других материалов.
Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона зимой.
· При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном.
· Еще одним нежелательным процессом является развитие сил внутреннего давления, которые возникают из-за расширения замерзшей воды примерно на 9%. Это явление приводит к разупрочнению бетона. Помимо этого, из замерзшей воды вокруг заполнителей и арматуры образуются ледяные пленки, нарушающие сцепление с арматурой и связь между компонентами смеси.
Снижение прочности тем значительнее, чем в более раннем возрасте бетона замерзла вода. Наиболее опасным является период схватывания бетонной смеси. Если смесь замерзнет сразу после укладки ее в опалубку, то ее прочность при отрицательных температурах будет обусловлена только силами замерзания. При повышении температуры процесс гидратации цемента возобновится, но прочность такого бетона будет значительно уступать аналогичной характеристике материала, который не подвергался замораживанию.
Противостоять замораживанию без структурных разрушений может только тот бетон, который уже набрал определенное значение прочности. Важно соблюдать правило беспрерывной укладки бетона во избежание холодных швов.
В современном строительстве в мировой практике наиболее распространен способ зимнего бетонирования, когда бетонная смесь предохраняется от замерзания во время ее схватывания и набора определенной величины прочности, которая называется критической.
Под критической величиной прочности бетона принимают прочность, которая равна 50% от марочной. В конструкциях ответственного назначения бетон предохраняется от замерзания до достижения 70% от проектной прочности.
При бетонных работах одновременно должны решаться 2 взаимосвязанные задачи:
1) технологическая, обеспечивающая необходимое качество бетона к заданному сроку, решается путём:
а) подогрева составляющих в процессе приготовления бетонной смеси;
б) использования транспортных средств, обеспечивающих сохранение необходимой температуры смеси к моменту укладки в конструкцию;
в) применения соответствующих методов выдерживания бетона;
2) экономическая, обеспечивающая минимальный расход материальных и энергетических ресурсов. При производстве работ в зимнее время себестоимость транспортирования и укладки бетона и ухода за ним возрастает в 2…2,5 раза, а трудоёмкость этих процессов в 1,5…2 раза.
Для бетонирования конструкций зимой необходимо выполнение следующих условий:
1. Приготовление бетонной смеси. Бетонную смесь приготавливают на предварительно подогретых составляющих. Её температуру повышают до 35…45°С путём подогрева заполнителей (песка и щебня) не выше 60°С и воды до 90°С.
2. Транспортирование бетонной смеси осуществляется в закрытой утепленной и подогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин)
Бетонирование конструкций с предварительным разогревом бетонной смеси: а - схема бетонирования; б - разогрев смеси в электробадье; в - в кузове автомашины; 1 - БРУ; 2 - передвижная бетономешалка; 3 - электробадьи; 4 - распределительное устройство; 5 - кран; 6 - укладка смеси; 7 - электроды.
Для обеспечения нормального твердения бетона применяются следующие методы:
- Выдерживание в искусственных укрытиях (тепляках), где с помощью отопительных устройств поддерживается температура, необходимая для нормального твердения бетона. Этот метод не ускоряет процесс, неэкономичен в связи с дополнительными расходами и используется при особой необходимости.
Схема выдерживания бетона в тепляках.
- Выдерживание методом термоса. Сущность его состоит в том, что бетон, имеющий температуру 15..20°С, укладывается в утепленную опалубку. Бетон набирает заданную прочность до того момента, когда в какой-либо части забетонированной конструкции температура упадёт до 0°С. Продолжительность остывания должна быть достаточной для достижения, как минимум, критической прочности.
Схема выдерживания бетона методом термоса. 1 - опалубка; 2 - бетон; 3 - пароизоляция; 4 - теплоизоляция; 5 - температурная кривая разогрева бетон
Применение метода термоса наиболее эффективно для массивных конструкций с модулем поверхности до =6.
Модуль поверхности - отношение площади охлаждаемых поверхностей к объему конструкции.
Этот метод может оказаться достаточно эффективным и для конструкций с модулем поверхности 8..12. Однако при этом необходим предварительный электроразогрев бетонной смеси непосредственно в бункерах перед укладкой в опалубку (способ электроосмоса). Расход электроэнергии 40..50 кВт*ч на 1 бетона.
Разновидность способа электротермоса - метод форсированного электроподогрева бетонной смеси сразу после укладки в опалубку с последующим повторным вибрированием.
2. Разновидности электропрогрева
Этот метод наиболее рационален для конструкций с =6..10.
1. Электродный прогрев бетонных и железобетонных конструкций основан на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении тока через свежеуложенный бетон.
Электропрогрев бетона: а - электродный; б - индукционный; в,г - опалубка с греющими кабелями и сетчатыми нагревателями; h - высота навивки кабеля; 1 - электроды; 2 - прогреваемая конструкция; 3 - арматура; 4 - кабель; 5 - нагреватели; 6 - асбестоцементный лист; 7 - утеплитель; 8 - защитный лист.
Электроды различают внутренние (стержневые, струнные) и поверхностные (нашивные, плавающие).
Стержневые электроды изготавливают из 6..10-миллиметровой арматурной стали. Их применяют для прогрева фундаментов, балок, прогонов, колонн, массивных плит и других конструкций.
Струнные электроды изготавливают из арматурной стали Ф 6..16 мм и применяют в основном для прогрева колонн и слабоармированных стен. Расстояние между одиночными электродами при напряжении: 65В - 20-25 см, 220В - до 50 см.
Нашивные электроды через 10..20 см нашивают на плоскость опалубки, соприкасающуюся с бетоном. Концы электродов выводят наружу.
Плавающие электроды применяют для прогрева верхних поверхностей бетонных и железобетонных конструкций. Их втапливают на 2..3 см в свежеуложенный бетон.
2. Электрообогрев осуществляется с помощью электрических отражательных печей, цилиндрических приборов сопротивления и др. Могут применяться греющие (термоактивные) опалубки.
3. Инфракрасный прогрев применяется при прогреве монолитных заделок стыков сложной конструкции густоармированных стыков старого бетона с вновь укладываемым, тонкостенных сооружений, возводимых в скользящей опалубке, и в других случаях, когда применение контактных методов прогрева затруднено. Прогрев производят с помощью генератора в виде электроспирали, помещенной в металлический рефлектор на расстоянии 5..8 см от отражающей поверхности. Продолжительность облучения до температуры 70..80°С-15ч. Расход электроэнергии от 60 до 140 кВт*ч.
1 - бетонная конструкция (стена) 2 - стойка инфракрасной установки 3 - генератор инфракрасного излучения 4 - рефлектор-отражатель 5 - опалубка 6 - слой теплоизоляции 7 - направления теплового потока 8 - поток энергии
4. Паровой прогрев бетона позволяет обеспечить благоприятные тепловлажные условия для твердения бетона. Требует большого расхода пара, паровых рубашек, прокладки трубопроводов.
В практике могут иметь место следующие способы паропрогрева:
а) прогрев в паровой бане. Открытый пар попадает в огражденное пространство, где находится прогреваемое сооружение;
б) прогрев в паровой рубашке, при котором пар попадает в замкнутое пространство, образованное вокруг прогреваемой конструкции паропроницаемым ограждением, отстоящим от опалубки на 10..15 см.
3. Индукционный метод
Областью применения индукционного прогрева монолитных конструкций в соответствии со СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» являются колонны, балки, прогоны, свайные ростверки, стены, перекрытия с модулем поверхности Мп = 6 - 10, бетонирование которых производится при минимальной температуре воздуха до -15 °С.
Сущность индукционного прогрева монолитных конструкций заключается в использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для теплового действия электрического тока, наводимого электромагнитной индукцией.
При индукционном прогреве монолитных конструкций энергия переменного магнитного поля преобразуется в арматуре или стальной опалубке в тепловую и передается теплопроводностью бетону.
Индукционный прогрев применим к конструкциям замкнутого контура, длина которых превышает размеры сечения, с густой арматурой с коэффициентом армирования более 0,5, при бетонировании которых имеется возможность обмотать их проводом (изготовить индуктор), или когда бетонирование производят в металлической опалубке.
1. Организация и технология выполнения работ
1. До начала работ по индукционному прогреву монолитных конструкций выполняют следующие подготовительные операции:
1) устанавливают опалубку, арматуру в очередности с учетом бетонируемых конструкций, предварительно очистив от мусора, снега и наледи;
2) на ровной площадке на расстоянии не более 25 м от участка нагрева конструкций устанавливают комплектную трансформаторную подстанцию КТП ТО-80/86 или другие понижающие трансформаторы, используемые для этих целей;
3) КТП ТО-80/86 подключают к питающей сети и опробывают ее на холостом ходу, а также проверяют работу временного освещения и систем автоматики температурного регулирования;
4) изготавливают инвентарные секции шинопроводов.
Инвентарная секция шинопроводов (крайняя секция): 1 - разъем; 2 - деревянная стойка; 3 - болты; 4 - токопроводы (полоса 3 ґ 40 мм)
5) на расстоянии до 1,5 м от бетонируемой конструкции устанавливают инвентарные секции шинопроводов вдоль захватки;
6) устанавливают ограждение рабочей зоны, проводят сигнализацию и освещение рабочей зоны, которая включает шесть колонн;
Организация рабочей зоны электрообогрева 1 - инвентарная трехфазная секция шинопроводов; 2 - индуктор; 3 - прожектор; 4 - трансформаторная подстанция КТП-ТО-80/86; 5 - диэлектрический коврик; 6 - инвентарное ограждение; 7 - сигнальная лампочка красного цвета
7) изготавливают и устанавливают в рабочее положение шаблон с пазами для размещения витков кабеля индуктора;
8) в пазы шаблонов последовательными витками навивают кабель КРПТ 1 ґ 25, соответствующий расчетной токовой нагрузке;
Принципиальная схема индуктора
9) концы индуктора подсоединяют к секции шинопровода;
10) секции шинопровода подсоединяют к комплектной трансформаторной подстанции КТП ТО-80/86 кабелем марки КРПТ 3 ґ 50;
11) рабочую зону оборудуют в соответствии с требованиями по технике безопасности и проводят инструктаж по технике безопасности.
2. В зависимости от температуры наружного воздуха и сечения кабеля для навивки индуктора принимают электрические параметры индукционного прогрева (табл. 1)
Температура наружного воздуха
Удельная мощность индуктора Вт/см 2
Напряжение питания, В
Количество витков индуктора, шт.
Сечение кабеля индуктора, мм 2
В данной карте приняты средние значения: сечение кабеля индуктора - 25 мм 2 , напряжение - 75 В, сила тока - 115 А, количество витков индуктора - 78.
3. Подготовку оснований и укладку бетонной смеси производят с учетом следующих требований:
при температуре воздуха ниже -10 °С арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при наличии на них наледи предварительно отогревают включением индуктора. В остальных случаях допускается укладка бетонной смеси без предварительного обогрева арматуры. Удаление наледи с помощью пара или горячей воды не допускается;
укладку бетонной смеси производят непрерывно, без перевалок, средствами, обеспечивающими минимальное охлаждение смеси при ее подаче;
температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, должна быть не ниже +5 °С. На время укладки бетонной смеси индуктор отключают.
4. Открытые поверхности укрывают гидроизоляцией (полиэтиленовая пленка) и теплоизоляцией (минеральная вата толщиной 50 мм) сразу после укладки бетонной смеси в конструкцию. Кроме того укрывают выпуски арматуры.
5. Подают напряжение на систему индукционного нагрева.
Нагрев бетонируемых колонн производят со скоростью разогрева 8 °С/час в соответствии с графиком температурного режима, приведенного ниже:
Контроль температуры обогреваемого бетона производят техническими термометрами или дистанционно с помощью термодатчиков, устанавливаемых в скважину.
Температуру бетона измеряют в процессе изотермического обогрева не реже чем через 2 часа.
Скорость подъема температуры не должна превышать 8 °С/час. Скорость разогрева бетонной смеси регулируют повышением или понижением напряжения на низкой стороне трансформатора. Температуру бетона в процессе разогрева необходимо контролировать не реже чем через 1 час.
6. Не реже двух раз в смену, а в первые три часа с начала обогрева бетона через каждый час, измеряют силу тока и напряжение в питающей цепи. Визуально проверяют отсутствие искрения в местах электрических соединений. При изменении температуры наружного воздуха в процессе обогрева конструкции выше или ниже расчетной, соответственно понижается или повышается напряжение в электрической сети.
7. Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки для конструкций с модулем поверхности Мп = 5 - 10 и выше 10 должна быть соответственно не более 5 и 10 °С/час. Один-два раза в смену замеряют температуру наружного воздуха, результаты замеров фиксируются в журнале работ.
8. Прочность бетона, как правило, проверяют по фактическому температурному режиму на наименее нагретых участках. Рекомендуется после распалубливания монолитной конструкции определять прочность обогретого бетона, имеющего положительную температуру с помощью молотка конструкции НИИМосстроя, ультразвуковым способом или, высверливанием и испытанием кернов. Набор прочности бетона при различных температурах его выдерживания определяется графиком.
Кривые набора прочности бетоном при различных температурах его выдерживания: а, в - для бетона класса В25 на портландцементе активностью 400 - 500; б, г - для бетона класса В25 на шлакопортландцементе активностью 300 - 400
9. Теплоизоляция и опалубка могут быть сняты не ранее того момента, когда температура бетона в наружных слоях конструкции достигает плюс 5 °С и не позже, чем слои остынут до 0 °С. Примерзания опалубки и теплозащиты к бетону не допускается.
10. Для предотвращения появления трещин в бетонируемых конструкциях перепад температур между открытой поверхностью бетона и наружным воздухом не должен превышать:
20 °С - для монолитных конструкций с модулем поверхности Мп < 5;
30 °С - для монолитных конструкций с модулем поверхности Мп > 5.
В случае невозможности соблюдения указанных условий поверхность бетона после распалубливания укрывают (брезентом, толью, щитами и т.д.).
11. Индукционный прогрев конструкций выполняет звено из 4-х человек (таблица 2).
Бетонирование монолитных конструкций в зимнее время, осуществляемое при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже + 5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С, должно производиться с обеспечением твердеющему бетону оптимальных температурно-влажностных условий.
С этой целью предусматриваются утепление опалубки, укрытие неопалубленных поверхностей монолитных конструкций гидро- и теплоизолирующими материалами, устройство ветрозащитных ограждений и другие мероприятия, направленные на сохранение тепла, содержащегося в уложенном бетоне. Кроме того, СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" рекомендует применение нескольких способов выдерживания и обогрева бетона в зимних условиях. В зависимости от вида конструкции и температуры наружного воздуха рекомендуется применение следующих способов зимнего бетонирования:
- термос;
- термос с противоморозными добавками и ускорителями твердения;
- предварительный разогрев бетонной смеси;
- электродный прогрев;
- обогрев в греющей опалубке;
- инфракрасный обогрев;
- индукционный нагрев;
- обогрев нагревательными проводами.
Остановимся на способах зимнего бетонирования, связанных с тепловой обработкой монолитного бетона и железобетона.
Электродный прогрев бетона
Предварительный электроразогрев бетона предусматривает разогрев бетонной смеси с помощью электрического тока напряжением 220-380 В в короткий промежуток времени-5-10 мин до температуры 40-60°С. После укладки горячей бетонной смеси в опалубку она остывает по режимам, рассчитываемым так же, как и для способа термоса. Этот способ зимнего бетонирования требует наличия на строительной площадке большой электрической мощности - от 1000 кВт для разогрева 3-5 м3 бетонной смеси.
Электродный прогрев бетона заключается в том, что выделение тепла происходит непосредственно в бетоне при пропускании через него электрического тока.
В зависимости от принятой схемы расстановки и подключения электродов электродный прогрев разделяется на сквозной, периферийный и с использованием в качестве электродов арматуры. Применение этого метода наиболее эффективно для слабоармированных конструкций - фундаментов, колонн, стен и перегородок, плоских покрытий и бетонных подготовок под полы.
Электродный прогрев монолитных конструкций может быть совмещен с другими способами интенсификации твердения бетона, например с предварительным прогревом бетонной смеси и с использованием различных химических добавок. Применение противоморозных добавок, в состав которых входит мочевина, не допускается из-за разложения ее при температуре выше 40°С. Применение поташа в качестве противоморозной добавки не разрешается вследствие того, что прогретые бетоны с этой добавкой имеют значительный (более 30%) недобор прочности, характеризуются пониженной морозостойкостью и водонепроницаемостью.
Электрообогрев бетона монолитных конструкций в греющей опалубке заключается в непосредственной передаче тепла от греющих поверхностей опалубки к прогреваемому бетону. Распространение тепла в самом бетоне происходит путем теплопроводности.
В качестве нагревателей для греющей опалубки применяются ТЭНы, слюдопластовые нагреватели, греющие кабели, углеграфитовая ткань, сетчатые нагреватели и другие греющие элементы.
Областью применения электрообогрева монолитных конструкций в греющей опалубке в соответствии с положениями СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" являются фундаменты под конструкции зданий и оборудование, массивные стены и т.п. конструкции с модулем поверхности 3-6; колонны, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, свайные ростверки, стены, перекрытия с модулем поверхности 6-10; полы, перегородки, плиты перекрытий, тонкостенные конструкции с модулем поверхности 10-20, бетонирование которых производится при температуре воздуха до -40°С.
Для железобетонных стоек, колонн и любых конструкций, длина которых превышает сечение – можно применить индукционный прогрев бетона.
Чуть-чуть теории: метод основан на использовании всем знакомого принципа электродинамики, или электромагнитной индукции – когда переменный ток идет через обмотку, вокруг имеется градиент магнитного поля. В зону этого поля помещают армированную бетонную конструкцию, прогрев которой необходим. Поскольку стальная арматура и металлическая опалубка являются ферромагнетиками, то в них возникают вихревые токи (они же паразитные, они же токи Фуко), которые эффективно нагревают металл и передают тепло окружающему бетону.
Интенсивность прогрева находится в зависимости как от напряжения электромагнитного поля, так и от характеристик источников тепла (в данном случае это стальная, но не стеклопластиковая арматура). Электропроводящие свойства бетона неважны и при индукционном прогреве ни на что не влияют. Техника безопасности не разрешает применять на стройке напряжение выше 12-36В для индукционного прогрева. Напряжение от 220В применяют только на промышленных объектах и крупных стройках при условии надежной изоляции и автоматического контроля.
Одно из достоинств метода – прогревание бетона идет объемное и равномерное и по длине, и по сечению, «изнутри» конструкции. Возможно эффективно прогревать конструкцию и в металлической опалубке. Также есть возможность прогреть армокаркас и закладные детали непосредственно перед бетонированием. Не требуются погружные электроды и нагревательные провода, которые останутся в бетоне, и соответственно расходы на них. Электроэнергии расходуется на один куб бетона в пределах 150 кВт/час.
В зависимости от форм, размера и вида прогреваемых конструкций схема индуктора будет отличаться: это может быть сердечник из трансформаторной стали, или плоский индуктор из системы проводников, или плоская концентрическая спираль. Эти схемы довольно сложны, тем более для условий частной стройки. Но одна из схем – простая многовитковая катушка-индуктор – вполне возможна к применению для зимнего строительства железобетонного стоечно-балочного каркаса и любых элементов при выполнении двух условий:
- Длина элемента превышает сечение
- Густое армирование: минимальный процент армирования равен 0,5 (для стойки считается делением площади сечения конструкции на суммарную площадь поперечных сечений продольных рабочих стержней * 100%)
Перед бетонированием выкладывают и закрепляют на опалубку конструкции «шаблон» с пазами для крепления витков индукционной катушки. Изолированные провода укладывают спиралью в пазы шаблона и подключают к источнику переменного напряжения. Первоначальная выдержка уложенного бетона составляет до трех часов при минимально допустимой температуре +6-7⁰С (при бетонировании в морозы бетонную смесь заливают в прогретую опалубку и армокаркас, а бетон готовят на горячей воде и прогретых заполнителях). Через два-три часа выдержки индуктор включают один раз в час на небольшое время – до 10 минут и замеряют температуру бетона. Рост этой температуры составляет примерно 5-12 градусов в час. Предельной скоростью нагрева бетона считают 10 градусов в час, и когда будет достигнуто планируемое значение температуры (но не выше 35⁰С), индукторную катушку отключают, а железобетонный элемент помещают в термос или теплоизолируют. Теплопотери в атмосферу при этом должны быть сведены к минимуму – все открытые части конструкции укрыты теплоизолирующим материалом. Далее возможно применение импульсного режима с поддержкой нужного уровня температуры – изометрический метод, при периодическом отключении электропитания. Но контроль должен быть постоянным – перегрев бетона недопустим.
Наиболее часто применяют оборудование: трансформатор КТПТО-80 и кабель для катушки индуктора КРПТ -1*25; КРПТ -3*50 и КРПТ -3*25+1*16.
Индукционный прогрев можно применить для монолитных ж/б элементов и в металлических и в деревянных опалубках – в этом случае бетон будет получать тепло только от нагретой арматуры. Но нагрев снаружи через металлическую опалубку слабоармированных конструкций на практике себя не оправдывает – греющие и термоактивные опалубки в данной ситуации более эффективны.
Требуется отдельный расчет для каждого элемента и контроль режима обработки, перегрева арматуры допускать нельзя. При чрезмерном нагреве армокаркаса вокруг стержней возможно образование круговых зон пересушенного бетона. Следствия – снижение сцепления бетона и арматуры и ослабление бетона, понижение его прочности. Особенно опасны последствия перегрева армокаркаса для балок, которые должны сопротивляться изгибающим нагрузкам. Индукционный перегрев арматуры может быть значительным и вызывать деструктивный процесс в конструкциях, и применяется при реконструкциях для быстрого демонтажа железобетонных элементов. Применение индукционного прогрева в условиях частной стройки требует не только расчета сечения провода и количества витков, но и постоянного контроля температуры бетона.
При электродном прогреве используют только переменный ток, поскольку постоянный ток является причиной электролиза воды гидратации в бетонной смеси, и в результате ионизации итоговая прочность бетона снижается.
Качественный прогрев бетона должен производиться равномерно, для этого электрическое поле должно быть однородным в массиве конструкции. В густоармированных конструкциях перепады температур в схватывающемся бетоне больше, чем в слабоармированных. Так же концентрации температур связаны с расположением групп электродов и расстояниями между ними. Чтобы неоднородность при твердении не ухудшала итоговую прочность бетона, схемы по каждой конструкции разрабатывают индивидуально, учитывая:
- Степень армирования и расположение армокаркаса
- Модуль поверхности (отношение суммарной площади охлаждаемых поверхностей бетонной конструкции к ее объему, причем для протяженных конструкций не считают поверхности, совмещенные с обогретым грунтом)
- Активность цемента (активность вяжущего влияет на скорость изменения удельного электросопротивления бетона)
- Массивность конструкции
Все интервалы между электродами - расчетные, например, при выходном напряжении трансформатора 65В интервалы от электродов до стержней арматуры должны быть не меньше 2,5 см, а при напряжении от 70 до 85 В - соответственно не меньше 4,0 см.
Подключают стержневые электроды чаще всего плоскими группами на одну фазу. В конструкциях колонн, стоек и других протяженных элементах устанавливают не один электрод, а несколько – по длине. Все длины электродов любых типов – полосовых, стержневых и струнных – рассчитывают по минимуму потерь напряжения по длинам электродов.
Режимы электропрогрева могут быть различны:
- Двухстадийный прогрев – нагрев уложенной смеси и изотермическая выдержка. На момент отключения питания бетон должен набрать определенную прочность (устанавливается проектом в процентах от марочной прочности и зависит от ответственности, нагрузок, условий работы будущей конструкции, вида бетона и пр.). Прогрев в две стадии с изотермией назначают для конструкций, имеющих модуль поверхности больше 15.
- Трехстадийный прогрев – нагрев, изотермическая выдержка и остывание. Требуемая прочность будет обеспечена к моменту остывания прогреваемых конструкций. Применяют режим для элементов, имеющих степень массивности от 6 до 15.
- Две стадии – нагрев и остывание с выдержкой термосом, с полной теплоизоляцией конструкции и/или применением греющей опалубки, в зависимости от значений минусовых температур атмосферного воздуха. Критическая прочность обеспечивается к завершению остывания бетона. Режим назначают для элементов, имеющих степени массивности до 6.
После уплотнения бетона в конструкции подключают питание электродов, при этом минимум температуры бетонной смеси составляет +5⁰С. Затем нагрев увеличивают, при этом скорость повышения температуры следует держать не больше 8 градусов в час при прогреве элементов со степенью массивности от 3 до 6, 10 градусов в час – соответственно для конструкций со степенью массивности от 6, и 15 градусов в час – для стоечно-балочного каркаса и тонких стен (120 – 150 мм) протяженностью до 5,75-6,0м.
Для различных видов цемента рассчитаны предельные допуски температур бетона при любых режимах электропрогрева. В частном строительстве в основном применяют портландцемент ПЦ400 и ПЦ500 (быстротвердеющий). Для данных марок цемента установлены пределы температур при модулях поверхности соответственно:
Время изотермической выдержки зависит от вида вяжущего (активности цемента), температурных параметров прогрева и назначенной проектом прочности бетона. Это время определяется по видам бетонов и проверяется лабораторно – испытанием кубиковой прочности на сжатие. Скорость остывания бетонной конструкции должна быть минимальная, предел составляет для элементов с модулем поверхности:
- От 6 до 10 - 10 градусов/час
- От 10 и выше - 5 градусов/час
Распалубку бетона выполняют не ранее, чем поверхность его остынет до +5⁰С, но при этом нельзя допускать смерзания опалубки с бетоном. После распалубки бетон повторно теплоизолируют в случаях, когда разница температуры атмосферного воздуха и бетонных поверхностей больше 20 градусов.
Требования безопасности при электродном прогреве:
Прогрев конструкций, армируемых стержневой арматурой, выполняют при пониженном напряжении – от 60 до 127В. Чтобы прогревать густоармированные конструкции при более высоких напряжениях, требуется отдельный расчет и проект. Подключают напряжение выше 127В в отдельных случаях:
- Бетонный элемент не включает армокаркас
- Участок прогрева локальный, конструкция отдельно стоящая и никак не связана с арматурными каркасами, закладными деталями и любыми токоведущими элементами соседних конструкций
- Конструкции могут быть прогреты электродным методом при напряжении питания до 380В только в тех случаях, когда невозможно короткое замыкание на армокаркас (то есть массив состоит только из бетона). Прогрев на высоком напряжении может быть разрешен по расчету только для конструкций без арматуры. Работы по прогреву или обогреву армированного бетона и грунтов с применением напряжения 380В запрещены
При всех работах по электропрогреву обязательны к выполнению правила электробезопасности.
Установка электродов в конструкцию
Местные перегревы бетона крайне негативно влияют на его итоговую прочность, поэтому все электроды вне зависимости от их типа устанавливают наиболее равномерно. Минимальные расстояния по осям электродов при использовании выходного напряжения трансформатора 65В – 200 мм; при напряжениях от 85 до 120 В – минимум 350-400 мм. Чтобы минимизировать риск местного перегрева, применяют групповые схемы расстановки электродов, и подключают на одну фазу электропитания сразу группу электродов. Распределение электродов в группе и интервалы определяются проектом.
Установку и крепление электродных групп и отдельных электродов выполняют с учетом безопасных расстояний до армокаркаса. Недопустимы смещения и соприкосновения токопроводящих частей и стальной арматуры. В случае, если на арматуру окажутся замкнуты два электрода, подключенных на разные фазы, обеспечено К/З, результатами которого будут перегорание проводов тоководов, возможен расплав и поломка деталей трансформатора.
Процесс бетонирования – укладку и уплотнение бетонной смеси – выполняют с осторожностью, чтобы не допустить смещения электродов от проектного положения и их касания к арматуре.
Минимальные расстояния от электродов до арматурных стержней каркаса во время выхода на режим прогрева при напряжении:
- 55 В – 50 мм
- 65 В – 70 мм
- 85 В – 100 мм
- 110 В – 150 мм
Если не выдерживаются минимальные расстояния, то местные перегревы бетона неизбежны. Поэтому в случаях, когда по габаритам конструкции или по схеме минимум разделения обеспечить невозможно, то выполняют электроизоляцию тех участков электродов, которые приходятся на опасно малое расстояние от арматуры. Изоляцию делают, надевая на электрод эбонитовую трубку. Металл полосовых электродов обворачивают рубероидом в два слоя, при этом длина изоляции – 100-120 мм.
К расположению рабочих (технологических) швов бетонирования предъявляются требования: размещение не ближе 100 мм от групп или рядов электродов.
Все поверхности прогреваемого бетона должны быть теплоизолированы, прогрев без укрытия не допускается.
Если массивные и протяженные конструкции (модуль поверхности до 6) обогреваются электродами периферийно, по внешним граням и выдерживаются термосом, то минимальное расстояние при любой расстановке полосовых электродов по углам конструкций – 200-220 мм; на прямых участках – до 300-350 мм.
Режим и расстановку электродов назначают согласно расчетов, и нарушения проекта и технологии прогрева могут привести к местным или обширным пережогам бетона или перегревам бетонной смеси выше ста градусов, что для бетона может стать фатальным – не просто привести к недостаточному набору прочности, а вызвать глубокие трещины в конструкциях.
При выполнении режима прогрева необходим строгий контроль температуры бетона. На практике регулируют режим прогрева, включением и отключением групп электродов или прогрева полностью, при этом стремясь к плавным изменениям температур. Станции прогрева бетона оборудованы КИПами для автоматического контроля силы тока, напряжения и температуры бетона. Первые три часа после выхода на режим прогрева проводят контроль температуры один раз в час, затем – один раз в два –три часа. Также периодически проверяют состояние теплоизоляции конструкций.
10.1.Индукционный способ термообработки бетона основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для нагрева стали вследствие теплового действия электрического тока, наводимого электромагнитной индукцией.
При индукционном нагреве энергия переменного электромагнитного поля преобразуется в арматуре или стальной опалубке в тепловую и передается теплопроводностью бетону.
10.2. Индукционный способ может быть применен как для термообработки бетона некоторых типов монолитных конструкций в условиях строительной площадки, так и для ускорения твердения бетона конструкций при изготовлении их в условиях припостроечных полигонов.
Индукционный нагрев позволяет вести термообработку бетона монолитных железобетонных каркасных конструкций (колонны, ригели, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, отдельные опоры); замоноличивания стыков каркасных конструкций; сталебетонных и сборно-монолитных конструкций; омоноличивания каркаса и усиления каркасных конструкций; монолитных железобетонных сооружений, возводящихся в скользящих, подъемно-переставных и катучих опалубках (стволы труб, силосов, ядер жесткости, коллекторы и т.п.); железобетонных изделий в условиях припостроечных полигонов (ригели, балки, колонны, перемычки, сваи, опоры, трубы, колодцы, элементы элеваторов и т.п.).
10.3.Индукционный нагрев насыщенных арматурой каркасных конструкций и конструкций, возводящихся в стальной опалубке, обладает рядом достоинств:
органически просто осуществляется собственно прогрев бетона насыщенных металлом конструкций;
обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле;
легко и быстро без дополнительных источников тепла осуществляется отогрев арматуры, жесткого каркаса, металлической опалубки, а также при необходимости отогрев ранее уложенного и замороженного бетона;
обеспечивается возможность круглогодичного использования металлической опалубки;
исключается расход стали на электроды.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.4. Глубина проникновения Δs, м, тока частотой f, Гц, в металл, имеющий удельное электросопротивление ρs, Ом · м, и магнитную проницаемость μ определяется по формуле
10.5. Активная мощность ΔP, кВт/м 2 , выделяющаяся с единицы поверхности металла, обладающего поверхностным сопротивлением ρн, Ом, и находящегося в переменном магнитном поле напряженностью H, А/м, выражается формулой
ΔP = ρнH 2 , (48)
Зависимость ΔP и ρн от напряженности магнитного поля H для сталей с различным удельным электросопротивлением представлена на рис. 52.
Рис. 52. Зависимость удельного поверхностного электросопротивления ρн и удельной активной мощности ΔP от напряженности магнитного поля H
1 - для стали с удельным электросопротивлением ρs = 10 · 10 -8 ; 2 - для ρs = 20 · 10 -8 ; 3 - для ρs = 30 · 10 -8 Ом · м
10.6. Расчет потребной удельной активной мощности ΔP и соответственно остальных параметров индукционных систем производится исходя из величины общей активной мощности Pas, кВт, необходимой для обеспечения заданного режима термообработки и определяется по формуле
где Pп - требуемая удельная тепловая мощность, кВт/м 3 , определяется по формуле (8).
10.7. Удельная активная мощность, необходимая для термообработки конструкции с активной поверхностью металла Sa, м 2 , определяется по формуле
10.8. В зависимости от вида и конструктивных особенностей железобетонных конструкций термообработка их индукционным способом может быть осуществлена по одной из двух принципиальных схем: по схеме индуктивной катушки с железом и по схеме трансформатора с сердечником.
10.9. Схема индуктивной катушки с железом имеет место в том случае, когда элемент железобетонной конструкции в процессе термообработки находится в полости индукционной обмотки, выполненной в виде цилиндрического, прямоугольного, трапециевидного и тому подобного соленоида. При термообработке по этой схеме тепло в основном выделяется в ферромагнитных элементах (арматура, жесткий каркас, стальная опалубка, форма), направление которых совпадает с направлением оси соленоида. Незначительная часть тепла выделяется в металлических замкнутых элементах (хомуты арматуры, опалубка), плоскость которых перпендикулярна оси соленоида.
10.10. Схема трансформатора с сердечником имеет место в том случае, когда в полости железобетонного изделия или сооружения расположен магнитопровод (или группа магнитопроводов) с индукционной обмоткой. Здесь тепло в основном выделяется в электрически замкнутых металлических элементах (замкнутая металлическая форма, опалубка, арматурные хомуты или замкнутая поперечная арматура, кольцевая арматура и т.д.), плоскость которых перпендикулярна оси магнитопровода.
10.11. Выбор режима индукционного нагрева и определение необходимых мощностей производится в соответствии с указаниями разд. 4 настоящего Руководства.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПО СХЕМЕ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ С ЖЕЛЕЗОМ
10.12. Расчет параметров индукционной системы заключается в определении:
числа витков N индукционной обмотки (индуктора) при выбранном напряжении U;
силы тока в индукторе I, А;
коэффициента мощности cos φ;
полной мощности системы Pс, кВА;
мощности конденсаторной батареи Pк, кВАр;
емкости конденсаторной батареи Cк, мкФ, для компенсации реактивной мощности.
10.13. Число витков индуктора N определяется по формуле
где V - выбранное напряжение, В;
H - напряженность магнитного поля индуктора, определяемая по рис. 52 в зависимости от удельной мощности ΔP, А/м;
Z0 - приведенное полное сопротивление системы, Ом, определяемое по формуле
SПs - сумма периметров сечения металла (арматуры, каркаса, опалубки), м;
Fs и Qs - безразмерные коэффициенты сопротивления, определяемые для листовой стали толщиной Δ, м, в зависимости от отношения по рис. 53, для стержневой арматуры радиусом r, м, в зависимости от отношения по рис. 54;
m - безразмерный коэффициент формы индуктора, зависящий от отношения длины (высоты) индуктора к его радиусу и определяемый по графику рис. 55;
Si - площадь сечения индуктора, м 2 .
Рис. 53. Зависимость безразмерных коэффициентов сопротивления Fs и Qs для металлической плиты (листа) от относительной толщины плиты (листа)
Рис. 54. Зависимость безразмерных коэффициентов сопротивления для металлического стержня от аргумента
Рис. 55. Коэффициент формы индуктора m в зависимости от отношения высоты индуктора hi к его радиусу Ri
10.14. Сила тока I индуктора длиной (высотой) h определяется по формуле
10.14. Сила тока I индуктора длиной (высотой) h определяется по формуле
10.15. По величине тока, полученной по формуле (56), подбирается сечение провода (кабеля, шины) индуктора. Если по каким-либо причинам, полученная величина силы тока не может быть принята для прогрева, производят перерасчет. Для этого, задаваясь допустимой для данных условий величиной силы тока и сохраняя неизменной величину H, находят по формуле (52) необходимое напряжение.
10.16. Расчет параметров для изотермического прогрева сводится к определению напряжения исходя из формулы (52), которое при сохранении полученного расчетом числа витков индуктора, обеспечивало бы соблюдение заданного режима изотермического прогрева.
10.17. Коэффициент мощности системы cos φ определяется по формуле
10.18. Полная мощность системы Pс определяется по формуле
Пример расчета индукционной системы по схеме индуктивной катушки с железом приведен в прил. 17 (пример 1).
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПО СХЕМЕ ТРАНСФОРМАТОРА С СЕРДЕЧНИКОМ
10.19. Исходя из заданного режима термообработки и конкретных размеров конструкции расчетом определяются количество витков намагничивающей обмотки N, сила тока I, коэффициент мощности cos φ и полная мощность Pс.
10.20. Число витков намагничивающей обмотки N при полной мощности системы Pc, выбранном напряжении U и напряженности магнитного поля H, определенной исходя из удельной активной мощности ΔP или по графику рис. 52, находится по формуле
Fs - площадь зазора между намагничивающей обмоткой на магнитопроводе и нагреваемым изделием.
10.21. Сила тока в намагничивающей обмотке при выбранном напряжении U определяется по формуле
10.22. Коэффициент мощности системы cos φ определяется по формуле
Пример расчета параметров индукционной системы по схеме трансформатора с сердечником приведен в прил. 17 (пример 2).
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
10.23. Компенсация реактивной мощности производится путем подключения к цепи батарей конденсаторов (например, бумажно-масляных конденсаторов типа КМ).
10.24. Расчет требуемой мощности батарей конденсаторов ведется в следующем порядке:
1. Определяется величина cos φ системы и вычисляется tg φ;
2. Устанавливается требуемая величина коэффициента мощности cos φ, до которой нужно компенсировать реактивную мощность, и вычисляется tg φ;
3. По известной активной мощности Pas определяется необходимая мощность батареи конденсаторов, измеряемая в кВАр:
4. Емкость конденсаторной батареи Cк, мкФ, необходимая для полной компенсации реактивной мощности, определяется по формуле
где Uк - напряжение на конденсаторе.
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ
10.25. При индукционном нагреве бетона принимается следующий порядок производства работ:
1) установка и утепление опалубки;
2) устройство индуктора;
3) предварительный отогрев металла (арматуры, каркаса, опалубки) и ранее уложенного бетона (при необходимости);
4) укладка бетона;
5) прогрев бетона по принятому режиму;
6) регулируемое (при необходимости) остывание.
10.26.До начала бетонирования по наружной поверхности опалубки с двух противоположных сторон конструкции выставляются шаблоны с пазами для размещения витков индуктора. Количество пазов должно соответствовать расчетному числу витков индуктора. В центральной части конструкции, равной 3 /5 ее длины (высоты), пазы располагаются равномерно с шагом h/N, а к торцам конструкции шаг сокращается до 0,5h/N.
В пазы шаблонов последовательными витками укладывается изолированный провод (типа ПРГ, АПРГ и т.п.), соответствующий расчетной токовой нагрузке, и созданный таким образом индуктор подключается к питающей сети.
10.27.У торцов конструкции, соприкасающихся с ранее уложенным бетоном или с холодным воздухом, происходит интенсивный отсос тепла из примыкающих к ним зон. Для компенсации теплопотерь в торцах расчетную высоту (длину) индуктора следует увеличивать на 10 - 20см в обе стороны.
10.28.При больших объемах бетона и значительной длине провода индукционной обмотки целесообразно составлять индуктор из отдельных секций. Длина секции при этом подбирается таким образом, чтобы ее вес не превышал 15 - 20 кгс. Оба конца секции должны иметь стандартные наконечники под болтовое соединение.
10.29.При необходимости термообработки большого количества конструкций одного типоразмера целесообразно изготовление и использование инвентарных разъемных индукторов.
10.30.При прохождении по индуктору одного и того же тока количество выделяемого тепла будет больше в конструкции с металлической опалубкой, так как площадь источников тепла будет больше на величину, равную удвоенной поверхности металлической опалубки. Следовательно, для разогрева по заданному режиму бетона в металлической опалубке понадобится меньшая, чем для конструкции в деревянной опалубке, сила тока и, естественно, меньшая установленная мощность.
Кроме того, при применении металлической опалубки в сечении конструкции формируется более равномерное температурное поле, что позволяет разогревать те же конструкции с более высокой скоростью (табл. 55).
| Вид армирования | Скорость разогрева бетона при модуле поверхности конструкции, °С/ч | ||
| 5 - 6 | 7 - 9 | 10 - 12 | |
| Стержневая арматура | 3/5 | 5/8 | 8/10 |
| Жесткий каркас | 5/8 | 8/10 | 10/15 |
| Стержневая арматура и жесткий каркас | 8/8 | 10/10 | 15/15 |
Примечание. Над чертой приведены скорости для конструкций, возводимых в неметаллической; под чертой - в металлической опалубке.
10.31. При возведении конструкций в стальной опалубке во избежание теплопотерь целесообразно устраивать простейшую теплоизоляционную рубашку из мешковины, парусины и т.п.
10.32. После установки индуктора производят, если это необходимо, предварительный отогрев арматуры, жесткого каркаса, закладных деталей или участков стыкуемых элементов.
Предварительный отогрев осуществляется включением индуктора по режиму разогрева на время, достаточное для отогрева металла.
Предварительный, перед укладкой бетонной смеси, отогрев металла и арматуры при применении индукционного метода безусловно обязателен только при наличии на металле наледи. В остальных случаях отогрев арматуры можно начинать вместе с началом бетонирования и во время перерывов в бетонировании.
10.33. Для повышения конечной прочности бетона рекомендуется выдерживать его в течение нескольких часов при низких положительных температурах (не ниже 5 °С), что достигается периодическим включением индуктора на 5 - 10 мин в каждый час предварительной выдержки.
10.34. При термообработке сборно-монолитных конструкций следует принять меры к сохранению тепла аккумулированного сборными элементами в процессе их предварительного разогрева и использованию этого тепла для прогрева бетона монолитной части.
10.35. Скорость подъема температуры бетона в период разогрева устанавливается в зависимости от модуля поверхности прогреваемой конструкции, характера армирования конструкции и материала опалубки по табл. 55.
10.36. При термообработке длинномерных конструкций в условиях припостроечных полигонов с целью обеспечения сцепления арматуры с бетоном в зоне анкеровки укладку бетона следует производить только на предварительно отогретую арматуру. При укладке горячих бетонных смесей предварительный отогрев арматуры не требуется.
10.37. Поддержание температуры изотермического прогрева достигается либо переключением индуктора на более низкое напряжение, полученное по расчету, либо обеспечением импульсного режима путем периодического включения и отключения напряжения.
Силу тока в индукторе, а следовательно, и мощность тепловыделения на период изотермического выдерживания можно понизить переключением схемы соединения групп прогреваемых конструкций с параллельной на последовательную, с треугольника на звезду.
10.38. Эффективным методом термообработки бетона является комбинированный метод, представляющий собой сочетание индукционного метода нагрева и предварительного электроразогрева бетонных смесей.
Применение такого комбинированного метода позволяет воспользоваться достоинствами обоих методов и компенсировать их недостатки.
Укладка разогретых бетонных смесей делает возможным применение индукционного нагрева и для слабоармированных конструкций, возводящихся в стальной опалубке. С другой стороны, применение индукционного нагрева позволяет воспользоваться предварительным электроразогревом для укладки бетона в металлическую опалубку.
Использование индукционного нагрева позволяет расширить область применения предварительного электроразогрева для конструкций с модулем поверхности до 10 - 12.
10.39.Особое внимание в период остывания следует обращать на утепление арматуры (и приарматурной зоны бетона), выходящей из прогретого бетона и контактирующей с холодным воздухом.
Читайте также: