Бетонные работы в зимнее время – технологии выполнения (часть вторая)

Технологии искусственного прогрева бетона, уложенного на участке работ, обеспечивают поднятие его температуры до максимально возможной, а также удержание температурных характеристик на определенном уровне до тех пор, пока бетон не получит прочность, соответствующую критической или заданной (расчетной).

Эти методы применяются при выполнении бетонных работ на конструкциях с Мп>10 и обладающих более высокой массивностью, если более простые технологии «термоса» не позволяют придать бетону требуемую прочность за определенную единицу времени.

Физическая составляющая электродного прогрева полностью соответствует методу электроразогрева смеси в бадье и кузове самосвала, описанному в первой части материала – теплота выделяется в свежеуложенной бетонной конструкции, если через ее объем будет пропущен электроток. Она обеспечивает нагрев бетонной смеси и опалубки, компенсирует потери тепловой энергии в атмосферу, неизбежные в течение срока выдерживания. Температура прогрева зависит от электрической мощности, направляемой в бетон за промежуток времени, а необходимые мощностные электропотребности определяются согласно выбранному способу термообработки и интенсивности тепловых потерь, происходящих из-за низких температур.

Электрическая энергия поступает в бетон благодаря введенным в него электродам – полосовым, пластинчатым, струнным и стержневым. Их устройство и схемы закладки в бетонную смесь в идеале обязаны соответствовать следующим условиям:

• электрическая мощность обладает характеристиками, близкими к данным теплового расчета;
• относительно равномерные параметры электрического и температурного полей; положение электродов – по возможности снаружи бетонной конструкции, подвергаемой прогреву, что позволит снизить расход металла;
• размещение наружных электродов, их соединение с источником электроэнергии проводится до фактической укладки смеси бетона.

Полосовые электроды для бетонных работ зимой

Их нарезают из полосовой стали, полученные в результате электроды имеют 20-50 мм ширину. Размещаются на внутренней стороне опалубочной конструкции, контактируя с бетоном при его заливке.

Схема соединения полосовых электродов с фазами электросети определяет направление токообмена. Если разноименные фазы подключаются к электродам, расположенным на параллельных стенках опалубки, то токи движутся между ними через всю толщу бетона, нагревая его медленно и более-менее равномерно. Если же к разноименным фазам подключены соседние электроды, то токообмен происходит в периферийных зонах бетонной смеси, уложенной в опалубку. Рассеивание большей части джоулевой тепловой энергии происходит на расстоянии, равном половине дистанции, на которой расположены соседние электроды. Ядро бетона (центральные слои смеси) при этом отверждаются благодаря начальной тепловой энергии, экзотермических процессов, сопровождающих реакцию цементного составляющего и, в небольшой пропорции, от теплоты слоев на периферии. Первый способ – размещение электродов на противоположных стенках опалубки – эффективен для прогрева слабоармированных бетонных конструкций, толщина которых не превышает полуметра. Электродный прогрев периферийных зон бетона используется для отверждения конструкций любой ширины.

Полосовые электроды могут быть установлены лишь с одной стороны бетонной конструкции, с подключением разноименных фаз к полосам, расположенным по соседству – это также позволит вести периферийный прогрев. Однако существуют ограничения по толщине бетона, прогреваемого таким способом – до 200 мм. Поэтому размещенные односторонне полосовые электроды применяются только для прогрева стен, плит и полов.

Пластинчатые электроды для прогрева бетона

Среди других типов электродов, применяемых в зимних бетонных работах, электродные пластины более всего соответствуют идеальным условиям прогрева. Выполненные из стальных листов или кровельного железа, пластинчатые электроды крепятся на внутренней (обращенной к бетону) стороне опалубки, к ним подключаются контакты от питающей электросети переменного тока.

Расположенные напротив друг друга электроды соединяются с разноименными фазами, при включении в сеть между ними происходит токообмен, вызывающий нагрев бетонной смеси. Пластинчатые электроды хорошо подходят для прогрева слабоармированных бетонных конструкций небольших габаритов и обладающих правильной формой – стены, колонны, балки и др.

Стержневые и струнные электроды

Если бетонные конструкции правильно формы удается прогревать полосовыми и пластинчатыми электродами, то в случае сложных конструкций необходимы иные электродные элементы – стержни и струны.

Стержневые электроды представляют собой прутки арматуры 6-12 мм диаметра. Они заводятся в тело бетонной массы после ее укладки и выставляются, что наиболее эффективно, плоскостными группами. Такое построение электродов обеспечивает равномерного теплового поля в толще бетона.

При потребности электропрогрева узких по ширине и протяженных бетонных конструкций – к примеру, 30-40 мм бетонных стыков – задействуют электродные стержни, выставляемые поодиночке. Выполнение зимнего бетонирования слоев с горизонтальным расположением либо содержащих значительное количество железобетонных конструкций производится с помощью плавающих электродов – арматурные стержни утапливаются в поверхность бетонной отливки.

Струнные электроды удобны при выполнении прогрева бетонных конструкций, чья длина многократно превосходит ширину – это могут быть балки, колонны, прогоны и др. Подключенные к одной фазе электроды заводятся в центр такой конструкции, а опалубка, обшитая кровельным железом или полностью выполненная из металла, запитывается от другой фазы. В некоторых ситуациях роль второго электрода исполняет рабочая арматура.

Объем энергии, образованный в бетоне за определенный временной промежуток, а также выбор температурного режима электропрогрева связаны с типом и геометрическими параметрами электродов, выбранной схемы их установки в бетонной конструкции, дистанции между ними и схемы, согласно которой электроды запитаны к электросети. Причем варьировать в произвольной форме в большинстве случаев возможно лишь напряжение питающей сети. Параметры электрической мощности, выделяемой на основании приведенных критериев, вычисляются по формулам.

От питающей электросети энергия к электродам поступает через трансформаторы и устройства, ее распределяющие. Магистральные и коммутационные каналы электроснабжения выстраиваются на основе медных либо алюминиевых кабелей с изоляционной обшивкой, их сечение определяется на основании требуемой по расчетам силы тока. До начала работ по прогреву бетона проводится тщательная проверка верности позиций электродов, надежность электродных контактов. Необходимо также убедиться, что электроды не замкнуты на арматуру внутри бетонной конструкции.

Электрический прогрев выполняется с пониженным напряжением – в диапазоне от 50 до 127В. В среднем значение удельного расхода электрической энергии на кубометр железобетона будет равно 60-80 кВт/ч.

Контактный прогрев бетонных конструкций

Данный способ нагрева базируется на теплоте, генерируемой находящимся под током проводником, поэтому имеет второе название – кондуктивный прогрев бетона. Тепловая энергия от проводника поступает к поверхностям, контактирующим с ним, а после распределяется в толще бетона посредством теплопроводности. Контактный нагрев бетонных конструкций осуществляется с помощью греющей (термоактивной) опалубки и термически активных гибких покрытий (ТАГП).

Палуба греющей опалубки выполняется из водостойкой фанеры или листа металла, к ее обратной стороне крепятся электрические термоэлементы. Нагревательными термоэлементами служат кабели и провода, углеродные ленточные и сетчатые нагреватели, различные токопроводящие покрытия. Среди наиболее эффективных решений в этой области – кабели с 0,7-0,8 мм константановой жилой в термостойкой изоляции. Чтобы сохранить изоляционного покрытие кабеля от механических повреждений, его закрывают сверху чулком из плотной металлической сетки. Дистанция между виткам кабеля, обеспечивающая равномерное распределение тепловой энергии – 100-150 мм.

Двухсторонняя изоляция металлических сетчатых полос, применяемых для нагрева опалубки, обеспечивается листами асбеста, причем покрытие с внешней стороны дополнительно закрывается слоем теплоизоляционных материалов. Электрическая цепь формируется соединением полос сетчатых нагревателей с использованием разводящих шин.

Монтаж углеродных ленточных нагревателей на внешние поверхности опалубки выполняется на клеевой слой из специальных материалов. Надежность контактов с питающими проводами обеспечивается обмеднением концов каждой ленты.

Смонтировать греющую опалубку можно из любой инвентарной, палуба которой выполнена из фанеры или листовой стали. Она используется в ходе зимних бетонных работ по построению конструкций с тонкими и среднемассивными стенками, при построении монолитных узлов между элементами из сборного железобетона.

ТРАП, термически активное покрытие представляет собой легкое и достаточно гибкое устройство, образованное ленточными нагревателями из углеродных материалов или греющими кабелями. Наибольшая генерируемая им температура – 50^оС. Основа ТРАП изготовлена из стеклохолста, на нем крепятся нагревательные элементы. Внешнюю термоизоляцию обеспечивает штапельное стекловолокно, для большей эффективности снабженное фольгированным экраном. Для полной гидроизоляции размещенное на конструкции покрытие закрывается прорезиненной тканью или плотной пвх пленкой.

Термически активное покрытие может иметь любой необходимый размер. Объединение фрагментарных покрытий между собой производится зажимами или тесьмой – в каждой ТРАП имеются специальные отверстия. Монтаж покрытия допускается на любых конструкционных поверхностях – горизонтальных, вертикальных и наклонных. По достижении необходимой прочности бетонной конструкции на одном участке работ, покрытие демонтируется, чистится, затем сворачивается в рулон и переносится на новый участок работ. Термически активные покрытия эффективны в ходе работ по созданию перекрытий, основание полов и др. конструкций в условиях низких температур.

Инфракрасный прогрев конструкций из бетона

Принцип инфракрасного нагрева основывается на поглощении ик-лучей физическими телами с преобразованием инфракрасного излучения в тепловую энергию, повышающую температуру облучаемого объекта.

Генерация ик-лучей производится в результате повышения температуры твердых объектов. Промышленность применяет для нагрева инфракрасное излучение волнового диапазона от 0,76 до 6 мкм, волны этой длины генерируют объекты, поверхностная температура которых составляет от 300 до 2200^оС.

Тепловая энергия от источника ик-лучей к объекту нагрева поступает за крайне малый промежуток времени, при этом отсутствует необходимость в каком-либо промежуточном переносчике тепла. Поверхность конструкции поглощает инфракрасные лучи и нагревается, следом теплота распространяется в его глубинные слои вследствие теплопроводности.

На строительных площадках используются ик-генераторы с кварцевыми и трубчато-металлическими излучателями, либо пленочные инфракрасные излучатели. Направленное поступление лучистой энергии от генератора к бетонной конструкции обеспечивает алюминиевый рефлектор, параболический или плоский.

Инфракрасный нагрев идеален при выполнении следующих работ на стройплощадке:

• отогрев замерзшего основания, поверхностей из бетона и арматуры;
• обеспечение защиты от промерзания бетонной смеси в ходе ее укладки;
• сокращение срока критического или полного отверждения бетона при построении перекрытий между этажами, создания монолитных стен и иных конструкций с использованием металлической, деревянной (фанерной) опалубки, а также при построении высотных объектов с применением скользящей опалубки.

Электропитание инфракрасным установкам обеспечивается трансформаторной подстанцией, с подведением к участку работ низковольтного кабеля и установкой распределительного шкафа – от него электроэнергии поставляется к генераторам ик-лучей по отдельным кабельным линиям. Облучение бетонных конструкций производится под управлением автоматических контроллеров, отслеживающих соблюдение установленных температурного и временного режимов, для чего время от времени отключающих подачу инфракрасного излучения и активирующих его вновь.

Индукционный прогрев бетона

Он достигается благодаря тепловой энергии, производимой стальной опалубкой или арматурой при нахождении в зоне действия электромагнитного поля, генерируемого запитанной переменным электротоком катушкой-индуктором. Для обеспечения этого способа нагрева бетонной конструкции, снаружи ее опалубка завешивается изолированным кабелем, индуцирующим переменное электромагнитное поле при поступлении электрического тока. В металле стальной опалубки и арматуры, находящихся в зоне действия данного поля, образуются вихревые токи, приводящие к его нагреву и последующей передаче тепла массе бетона.

Способ индукционного прогрева бетона применяется для повышения температуры железобетонных конструкций, как выполненных ранее, так находящихся в стадии возведения. Тип опалубки и текущая температура внешней атмосферы для этого способа не имеют значения.