Инфракрасный прогрев бетона ж б конструкций

Обновлено: 24.04.2024

1.1. Сущность инфракрасного способа термообработки бетона заключается в использовании тепловой энергии, выделяемой инфракрасными излучателями, и направленной на открытые или опалубленные поверхности обогреваемых конструкций.

1.2. Область применения инфракрасного обогрева монолитных конструкций при производстве бетонных (железобетонных) работ при отрицательных температурах воздуха в соответствии с «Руководством по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера» (ЦНИИОМТП Госстроя СССР, 1982 г.) включает:

отогрев промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаление снега и наледи;

интенсификацию твердения бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей, либо объемно-переставной опалубках, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической или конструктивной опалубках;

предварительный отогрев зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорение твердения бетона или раствора при заделке стыков;

ускорение твердения бетона или раствора при укрупнительной сборке большеразмерных железобетонных конструкций;

создание тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления.

1.3. В технологической карте приводятся:

схемы обогревающих устройств;

указания по подготовке конструкций к бетонированию и требования к готовности предшествующих работ и строительных конструкций;

схемы организации рабочей зоны на время производства работ;

методы и последовательность производства работ, описание процесса установки и подключения электрообогревающих устройств;

электрические параметры обогрева и температурный режим, обеспечивающий необходимый набор прочности;

профессиональный и численно-квалификационный состав рабочих;

графики выполнения работы и калькуляция трудовых затрат.

1.4. Численно-квалификационный состав рабочих, график работы, калькуляция трудовых затрат, а также потребность в необходимых ресурсах определены применительно к инфракрасному обогреву монолитных конструкций, с модулем поверхности М_п от 1 до 14*, возводимых в объемно-переставной опалубке, площадь секций которых 3,0 ´ 6,0 м, толщина стен 200 мм, перекрытия - 140 мм. Конструкция опалубки - стальной лист толщиной 4 мм, утепленный минераловатными плитами толщиной 50 мм и закрытый фанерой толщиной 3 мм (рис. 3 ).

* Модуль поверхности бетонируемой конструкции определяется отношением суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему и имеет размерность «м -1 ».

Технико-экономические показатели приведены на бетонируемую конструкцию и на 1 м 3 бетона.

1.5. Расчет инфракрасного обогрева конструкции произведен исходя из температуры наружного воздуха -20 °С и достижения прочности монолитных конструкций к концу обогрева 70 % от проектной при температуре изотермического прогрева 80 °С.

1.6. При привязке настоящей технологической карты к другим конструкциям, на которые распространяется область применения инфракрасного обогрева, подлежат уточнению расчетная часть, а также калькуляция затрат труда, график производства работ и потребность в материально технических ресурсах с учетом условий осуществления обогрева.

2.1. До начала работ по инфракрасному обогреву монолитных конструкций выполняют следующие подготовительные операции:

устанавливают в рабочей зоне 3 инвентарных секции шинопроводов и 11 установок инфракрасного обогрева (рис. 1 , 2 , 3 ) в виде стальных трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов) типа НВС 1,2/1,6 (нагреватель воздушный сушильный) с параболическими отражателями (рис. 4 , 5 , 6 , 7 );

устанавливают опалубку, арматурные сетки и каркасы, предварительно очистив от мусора, снега и наледи;

устраивают ограждение опасной зоны и подводят сигнализацию согласно схемы организации рабочей зоны (рис. 2 );

устраивают теплоизоляцию (50 мм) боковых поверхностей стен (рис. 3 );

на ровной площадке на расстоянии не более 25 м от участка электрообогрева конструкции устанавливают трансформаторную подстанцию типа КТП-ТО-80/86;

подключают установки по инфракрасному обогреву к секциям шинопроводов проводом марки ПВ;

подключают шинопровод к комплектной трансформаторной подстанции КТП-ТО-80/86 кабелем марки КРПТ;

устанавливают деревянные настилы, покрытые резиновыми ковриками, около трансформаторной подстанции и распределительных шкафов;

монтируют противопожарный щит с углекислотными огнетушителями, помещают в рабочей зоне указания по технике безопасности;

подключают КТП-ТО-80/86 к питающей сети и опробывают ее на холостом ходу, а также проверяют работу временного освещения;

обеспечивают рабочее звено необходимым инструментом, индивидуальными средствами защиты, проводят инструктаж.

2.2. Опалубку и арматуру отогревают включением установок инфракрасного обогрева на напряжении 220 В в соответствии со схемой и начинают бетонирование конструкций (рис. 8 ). Укладку бетонной смеси ведут непрерывно. В случае возникновения перерывов в бетонировании поверхность бетона укрывают или утепляют, а при необходимости - обогревают.

Температура бетонной смеси, уложенной в конструкцию, должна составлять 16 °С.

2.3. Сразу же после укладки и уплотнения бетонной смеси стен и перекрытия устраивают по перекрытию гидроизоляцию и теплоизоляцию и подают напряжение на установки инфракрасного обогрева (рис. 3 ).

Обогрев ведется в соответствии с расчетными электрическими параметрами таблицы 1 и принципиальной схемой подключения инфракрасных установок (рис. 4 ). К началу обогрева конструкции открытую часть опалубки укрывают брезентом.

Электрические параметры обогрева установкой из 4-х ТЭНов типа НВС 1,2/1,6 с параболическими отражателями определены применительно к периодам обогрева опалубки и арматуры, разогрева бетона до 80 °С и изотермической выдержки (табл. 1 ).

Электрические параметры обогрева инфракрасной установкой из 4 ТЭНов

Напряжение питания, В

Мощность, кВт одного

Сила тока одного отражателя, А

В период отогрева опалубки и арматуры и разогрева бетона до 80 °С

В период изотермической выдержки

Набор прочности бетона при различных температурах его выдерживания определяется графиком (рис. 11 ).

Пример определения прочности бетона по графику приведен на рис. 12 .

2.5. Подача напряжения разрешается после окончания бетонирования, укладки теплоизоляции и ухода людей за пределы ограждения. Перед подачей напряжения необходимо проверить правильность подключения, осмотреть контакты, кабели и провода.

2.6. Температуру бетона измеряют в процессе обогрева не реже чем через 2 часа. Контроль температуры обогреваемого бетона производят техническими термометрами, устанавливаемыми в скважину. Учитывая, что комплектная трансформаторная подстанция КТП-ТО-80/86 укомплектована блок-приставкой, позволяющей производить автоматическое регулирование температуры от 0 °С до 100 °С, замер температуры бетона возможен и с помощью датчика температуры, установленного в скважину (рис. 10 ).

2.7. Скорость разогрева бетонной смеси регулируют повышением или понижением напряжения на низкой стороне трансформатора.

2.8. Во время обогрева бетона необходимо вести наблюдение за состоянием контактов, кабелей и проводов. В случае обнаружения неисправности необходимо немедленно отключить напряжение и устранить неисправность.

2.9. Не реже двух раз в смену, а в первые три часа с начала обогрева бетона - каждый час, измеряют силу тока и напряжение в питающей цепи. Визуально проверяют отсутствие искрений в местах электрических соединений. При изменении температуры наружного воздуха относительно расчетной, в процессе обогрева конструкций, понижают или повышают напряжение в электрической цепи.

2.10. Скорость остывания бетона в соответствии с графиком температурного режима составляет 8 °С/час. Для конструкций с модулем поверхности М_п = 10-14 скорость остывания допускается не более 10 °С/час. Два раза в смену замеряют температуру наружного воздуха, результаты замеров фиксируются в журнале работ.

2.11. Прочность бетона проверяют по фактическому температурному режиму. Соблюдение графика температурного режима, приведенного в п. 2.4 , позволяет получить требуемую прочность. После распалубливания прочность бетона, имеющего положительную температуру, рекомендуется определять с помощью молотка конструкции НИИ Мосстроя, ультразвуковым способом, или высверливанием и испытанием кернов.

2.12. Теплоизоляция может быть снята не ранее того момента, когда температура бетона в наружных слоях конструкции достигает плюс 5 °С и не позже, чем слои остынут до 0 °С. Примерзание опалубки и теплозащиты к бетону не допускается.

2.13. Для предотвращения появления трещин в конструкциях, перепад температур между открытой поверхностью бетона и наружным воздухом не должен превышать:

20 °С для монолитных конструкций с М_п < 5;

30 °С для монолитных конструкций с М_п > 5.

В случае невозможности соблюдения указанных условий поверхность бетона после распалубливания должна быть укрыта (брезентом, толью, щитами и т.д.).

2.14. Работы по теплоизоляции обогреваемой поверхности, расстановке инфракрасного обогрева установок и прогреву бетона выполняет звено из 4-х человек (табл. 2 ).

Распределение операций между исполнителями по инфракрасному обогреву стен и перекрытия

Состав звена по профессиям

Электромонтер V разряда

Устройство, эксплуатация и разборка системы инфракрасного обогрева

Электромонтер III разряда

Бетонщик III разряда

Устройство и снятие гидро-, теплоизоляции, брезентовых завес.

2.15. Операции по установке опалубки, теплоизоляции, размещению установок инфракрасного обогрева и обогреву монолитных стен и перекрытия производятся в следующей последовательности:

электромонтер III разряда устанавливает 3 инвентарные секции шинопроводов вдоль захватки, соединяет их между собой, устанавливает также установки инфракрасного обогрева;

электромонтер V разряда производит разделку концов жил кабеля и подсоединяет его к трансформаторной подстанции КТП-ТО-80/86. Затем он же подсоединяет секции шинопроводов к трансформаторной подстанции, производит ее заземление и опробывает ее работу на холостом ходу;

после этого два электромонтера подсоединяют выводы установок инфракрасного обогрева к секциям шинопровода;

после укладки бетона в опалубку стен и перекрытия, бетонщики закрывают поверхность монолитного перекрытия гидроизоляцией и открытый проем блока брезентом;

электромонтер V разряда подает напряжение на установки инфракрасного обогрева, предварительно убедившись в выполнении всех требований по технике безопасности, указанных в разделе «Решения по технике безопасности».

2.16. Рабочая зона инфракрасного обогрева должна быть организована в соответствии с приведенной схемой (рис. 2 ).

Рекомендации по энергосбережению

В целях энергосбережения при производстве работ рекомендуется:

при определении средств и продолжительности транспортирования бетонной смеси исключить возможность ее охлаждения более величины, установленной техническим расчетом;

применять бетон более высокой относительной прочности при малой продолжительности обогрева;

применять максимально допустимую температуру обогрева бетона, сокращать длительность обогрева за счет учета нарастания прочности при остывании;

производить теплоизоляцию поверхностей бетона и опалубки, подвергающихся охлаждению;

соблюдать режим электрических параметров обогрева;

применять химические добавки для сокращения продолжительности прогрева, улучшения электропроводности бетонных смесей.

3.1. Контроль качества инфракрасного обогрева монолитных конструкций при отрицательной температуре воздуха производят в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства», СНиП III-4-80* «Техника безопасности в строительстве».

3.2. Производственный контроль качества инфракрасного обогрева осуществляют прорабы и мастера строительных организаций.

3.3. Производственный контроль включает входной контроль электротехнического оборудования, эксплуатационных материалов, бетона и подготовленных под бетонирование конструкций, операционный контроль отдельных производственных операций и приемочный контроль требуемого качества монолитной конструкции в результате инфракрасного обогрева.

3.4. При входном контроле электротехнического оборудования, эксплуатационных материалов, бетона и подготовленного основания проверяют внешним осмотром их соответствие нормативным и проектным требованиям, а также наличие и содержание паспортов, сертификатов, актов на скрытые работы и других сопроводительных документов.

При операционном контроле проверяют соблюдение состава подготовительных операций, технологии наладки электрообогревающего оборудования и устройств, укладки бетона в конструкцию опалубки в соответствии с требованиями СНиП, процесс инфракрасного обогрева, температуру, силу тока и напряжение в соответствии с расчетными данными. Результаты операционного контроля фиксируют в журнале работ.

Основными документами при операционном контроле являются технологическая карта и указанные в карте нормативные документы, перечень операций, контролируемых производителем работ (мастером), данные о составе, сроках и способах контроля, требуемые прочностные показатели монолитных стен и перекрытия в результате инфракрасного обогрева (табл. 3 ).

При приемочном контроле проверяют прочностные и геометрические параметры стен и перекрытия в результате инфракрасного обогрева.

Скрытые работы подлежат освидетельствованию с составлением актов по установленной форме.

3.5. Контроль температуры обогреваемого бетона производят техническими термометрами (или дистанционно с помощью датчика температуры), устанавливаемыми в скважину. Число точек измерений температуры устанавливают в среднем из расчета не менее одной точки на 10 м 2 бетонируемой поверхности. Температуру бетона измеряют в процессе разогрева не реже чем через два часа. Не реже двух раз в смену, а в первые три часа с начала обогрева - через каждый час, измеряют ток и напряжение в питающей цепи. В местах соединения проводов не должно наблюдаться искрения.

3.6. Скорость подъема температуры при тепловой обработке и скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки монолитных конструкций не должны превышать соответственно 15 °С и 10 °С в час.

3.7. Контроль прочности монолитной конструкции осуществляют по фактическому температурному режиму. Прочность бетона по окончании инфракрасного обогрева и остывания, которое должно быть 70 % R ₂₈ , достигается при условии соблюдения параметров графика, приведенного в п. 2.4 .

Прочность бетона в результате обогрева определяют с помощью молотка НИИ Мосстроя, ультразвуковым способом, либо высверливанием кернов и испытанием.

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 (1-2 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).

Состав инфракрасной установки

инфракрасный излучатель;
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.

Температурный режим сибирских территорий требует особых условий бетонирования конструкций на протяжении большей части года. При падении температуры окружающей среды ниже нуля для обеспечения требуемых стандартами условий затвердевания бетона применяется его прогревание, осуществляемое в тепляках, при использовании электродов, греющих проводов, а также индукционным методом и методом кондуктивного нагрева. Одним из способов достижения и сохранения необходимой температуры бетонной массы является воздействие на него инфракрасным излучением, которое преобразуется в тепловую энергию и за счет теплопроводности массива распространяется на всю конструкцию.

Целесообразность и универсальность использования инфракрасных излучателей объясняется мобильностью применяемых установок, возможностью их использования не только для горизонтальных, но и для вертикальных и наклонных поверхностей, высокая применимость для прогрева бетонных сооружений сложных конструктивных решений. Эти характеристики применения метода несомненно важны при возведении монолитных многоэтажных жилых зданий. Зачастую решающим фактором применения метода инфракрасного прогрева бетонного массива в зимних условиях выступает возможность его применения при температуре среды до -50 о С, когда другие методы становятся малоэффективными.

Согласно технологии инфракрасного обогрева в непосредственной близости от залитой опалубки (1–3 метра) размещают промышленные инфракрасные обогреватели, направленные на поверхность раствора или опалубку. Отрегулировав их мощность, можно добиться поддержания 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. Кроме того, отрицательные температуры могут спровоцировать образование ледяной корки на арматурном каркасе, что уменьшит сцепление арматуры с бетоном.

ТЭНы, служащие генераторами инфракрасного излучения, имеют мощность до нескольких сотен кВт. Под воздействием электрического тока ТЭНы излучают энергию в инфракрасном диапазоне, которая, моментально передаваясь плотной среде (бетону), преобразуется в тепловую и осуществляет постепенный прогрев всего массива.

Рис. 1. Схема расстановки инфракрасных излучателей

Покрыв опалубку черным цветом, можно улучшить ее поглощающие возможности и, как следствие, эффективность нагрева. Для исключения чрезмерного испарения влаги из бетона, его поверхность обязательно покрывают полиэтиленом. Мощность излучения подбирают таким образом, чтобы температура на поверхности не поднималась выше 80–93°C. Слишком высокая мощность нагрева приведет к перегреванию верхнего слоя бетона и к снижению его прочностных характеристик.

Характеристики технологии инфракрасного прогрева бетона

- Работа от сетей 220–380 В;

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

— не требуется переоборудование опалубки,

— возможность одновременного выполнения вспомогательных операций.

- Небольшая глубина прогрева;

— необходимость дополнительного места для размещения установок;

— Небольшая площадь воздействия одного излучателя,

— Относительная трудоемкость метода,

— Для уменьшения затрат тепловой энергии необходимо обеспечить замкнутый объем.

Осуществление специального расчета для инфракрасного излучателя не требуется, так как температура во время бетонирования постоянно будет регулироваться в зависимости от окружающей среды и температуры бетона. Контроль нагревания конструкции из бетона производится путем перемещения излучателя относительно поверхности нагреваемого массива. Более современные излучатели имеют возможность автоматического переключения периодов работы установок для обеспечения заданных температурных и временных режимов. Температура регулирования указана на рис. 2.

$C:\Users\Immags\Desktop\slide-7.jpg$

Рис. 2. График зависимости температур и расходов теплоносителя от температуры наружного воздуха

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.

При возведении монолитных жилых зданий в зимних условиях достаточно эффективным является комбинирование метода инфракрасного нагрева бетонного массива с безобогревным методом включения в смесь противоморозных добавок.

Сегодня в России широко применяют такие антифризы, как поташ, нитрит натрия, нитрит кальция, формиат натрия, Асол-К, которые не вызывают коррозии стальной арматуры, проверены в производственных условиях и одобрены к применению в бетонных растворах. Применение противоморозных добавок обеспечивает постепенное отвердение бетонных конструкций без замерзания при отрицательных температурах.

Безусловными преимуществами антифризных добавок является их низкая стоимость и простота использования. Существенным недостатком же выступает значительное увеличение срока обретения расчетной прочности бетоном, которое при использовании добавок может достигать 3-х месяцев. Кроме того, их использование ограничено условиями внешней среды. То есть они хоть и позволяют бетону застывать при отрицательных температурах, все же в зимнее время на большинстве территорий нашей страны полученных добавками условий замерзания явно недостаточно.

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

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.

Рис.7. Инфракрасная установка

Состав инфракрасной установки

 отражатель (сферический, параболические или трапецеидальный);

 держатель или подвес.

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

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.

Инфракрасный прогрев бетона ж б конструкций

Технология инфракрасного прогрева

Состав инфракрасной установки

Ключевые слова

Похожие статьи

Новый способ контроля температуры монолитного бетона.

Бортовая установка для прогрева тепловозных дизелей от.

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний.

Оптимизация производства работ при устройстве буронабивных.

Моделирование распределения температурных полей и процесса.

Строительство противопожарного резервуара в городе Якутске

Новое решение несъемной железобетонной стеновой опалубки.

Эксплуатация мобильных машин в зимних условиях