Электропрогрев бетона

Когда выдерживание бетона способом термоса не обеспечивает приобретение им заданной критической прочности к концу установленного срока выдерживания, а также при необходимости уменьшения срока выдерживания бетона применяют электропрогрев.

Метод электропрогрева основан на преобразовании электрической энергии в тепловую при помощи металлических электродов, электрических нагревательных приборов (инфракрасных излучателей), термоактивного слоя из опилок или термоактивной опалубки.

При электродном способе конструкция прогревается за счет тепла, выделяющегося непосредственно в теле бетона, а при использовании электрических нагревательных приборов, термоактивной опалубки и термоактивного слоя опилок — за счет передачи тепла бетону от окружающей среды при ее нагреве. В качестве последней могут быть использованы воздух, вода, влажные опилки.

Наиболее широкое распространение получили электродный способ прогрева бетона и прогрев бетонных конструкций инфракрасными лучами. Электропрогрев применяют для конструкций с модулем поверхности от 5 до 20 и для стыков сборных конструкций.

Режимы электропрогрева назначают в зависимости от степени массивности конструкций, вида и активности цемента, требуемой прочности бетона:

из двух стадий: разогрев и изотермический прогрев с обеспечением к моменту выключения тока заданной критической прочности бетона; применяют для конструкций с модулем поверхности более 15;

из трех стадий: разогрев, изотермический прогрев и остывание с обеспечением заданной критической прочности лишь к концу остывания прогретой конструкции; применяют для конструкций с модулем поверхности от 6 до 15;

из двух стадий: разогрев и остывание (электротермос) с обеспечением заданной критической прочности в конце остывания; применяют для конструкций с модулем поверхности менее 6.

Ток включают при температуре бетона не ниже 3—5°С. Температуру в теле бетона поднимают с интенсивностью 8°С в час при прогреве конструкций с М_п от 6 до 2; 10°С в час — с М_п 6 и более; 15°С в час — при прогреве каркасных и тонкостенных конструкций небольшой протяженности (длиной до 6 м).

В целях экономии электроэнергии электропрогрев проводят в наиболее короткие сроки при максимально допустимой для данной конструкции температуре:

Максимально допустимая температура бетона при электропрогреве

Цемент	Допустимая температура, ºС, для конструкций с модулем поверхности
Цемент	6-9	10-15	16-20
Шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент	80	70	60
Портландцемент и быстротвердеющий портландцемент	70	65	55

Длительность изотермического прогрева зависит от вида примененного цемента, температуры прогрева и заданной критической прочности бетона. Ориентировочно ее можно определять по специальным графикам нарастания прочности с уточнением по результатам испытания контрольных образцов на сжатие.

Скорость остывания бетона по окончании прогрева должна быть минимальной и не превышать 10°С в час для конструкций с М_п более 10 и 5°С в час для конструкции с М_п от 6 до 10.

Для более массивных конструкций скорость остывания, обеспечивающую отсутствие трещин в поверхностных слоях бетона, определяют расчетом.

Остывание наиболее быстро протекает в первые часы по выключении тока, затем интенсивность постепенно замедляется. Чтобы обеспечить одинаковые условия остывания частей конструкций, имеющих различную толщину, тонкие элементы, выступающие углы и другие части, остывающие быстрее основной конструкции, утепляют дополнительно. Опалубку и утепление прогретых конструкций снимают не раньше, чем бетон остынет до температуры 5°С, но прежде чем опалубка примерзнет к бетону.

Для замедления процесса остывания наружных слоев бетона открытые поверхности его после распалубливания укрывают в том случае, если разность температур бетона и наружного воздуха для конструкций с М_п до 5 составляет 20°С, а для конструкций с М_п равным 5 и выше, — более 30°С.

Электродный способ прогрева бетона. При этом способе ток в бетон вводится через электроды, располагаемые внутри или на поверхности уложенного бетона. Соседние или противоположные электроды соединяются с проводами разных фаз, в результате чего между электродами в бетоне возникает электрическое поле.

При помощи электродов бетон прогревают при пониженных (60—127 в), а иногда и повышенных (220—380 в) напряжениях.

Электропрогрев армированных конструкций производят при напряжениях не свыше 127 в; напряжение более 127 в применяют в основном для прогрева неармированных конструкций.

Армированные конструкции допускается прогревать при напряжениях 127—220 в только на основе специально разработанного и утвержденного руководством строительства проекта производства работ. Напряжение 127—220 в допускается применять для отдельно стоящих конструкций, если прогреваемая конструкция (или ее участок) не связана общим армированием с соседними участками, на которых в это время могут производиться работы.

Электропрогрев бетона неармированных конструкций при помощи электродов может производиться при напряжениях до 380 в, если конструкция их обеспечивает невозможность короткого замыкания на арматуру.

При использовании тока напряжением свыше 127 в следует строго соблюдать правила электробезопасности. Электропрогрев или обогрев бетона при напряжении более 380 в категорически запрещается. Электроды бывают внутренние (стержневые и струнные) и поверхностные — (нашивные, полосовые и плавающие).

Стержневые электроды представляют собой короткие прутки из арматурной стали диаметром 6—10 мм, вставляемые в тело бетона перпендикулярно поверхности конструкции. Электроды устанавливают в бетон со стороны открытой поверхности или в отверстия, просверленные в опалубке конструкции. Концы их выступают на 10—15 см из опалубки, к ним присоединяются провода.

Стержневые электроды применяют для прогрева балок, колонн, массивных плит, фундаментных башмаков небольшого объема, боковых поверхностей массивных конструкций (периферийный электропрогрев) и стыков сборных конструкций.

Струнные электроды 1 изготовляют из арматурной стали диаметром 6—10 мм. Устанавливают их в конструкцию перед бетонированием параллельно ее продольной оси отдельными звеньями длиной 2,5—3,5 м, концы 3 загибают под прямым углом, выводят наружу и подключают к различным фазам электрической цепи. При прохождении тока между электродами разных фаз бетон нагревается.

Схема размещения струнных электродов в колоннах квадратного (а) и прямоугольного (б) сечения

схема размещения электродов при электропрогреве бетонных изделий

1 - парные струнные электроды, 2 - крюки для временного крепления электродов, 3 - концы электродов для присоединения к питающей сети

Применяют такие электроды для прогрева слабоармированных стенок, балок, колонн, плит толщиной более 20 см с одиночной арматурой, а также при прогреве ленточных фундаментов небольшого сечения, для периферийного прогрева массивных конструкций и поверхностей бетона, соприкасающихся с промерзшим основанием.

Нашивные электроды изготовляют из круглой стали диаметром 6 мм пли полосовой толщиной 1,5—2 мм и шириной 30— 60 мм. Их укрепляют через 10—20 см на внутренней стороне опалубки, затем концы загибают и выводят наружу для присоединения к ним проводов.

Нашивные электроды применяют для прогрева слабоармированных стенок, ленточных фундаментов, балок, армированных плоскими сварными каркасами с защитным слоем не менее 5 см.

Полосовые электроды изготовляют из полосовой стали толщиной 3—4 мм. Применяют их главным образом при прогреве плит перекрытий и других горизонтальных элементов, а также бетона, соприкасающегося с мерзлым грунтом. Для удобства укладки и включения, а также для лучшего соприкосновения с бетоном полосовые электроды 2 монтируют на утепленных опилками 3 инвентарных щитах 1 (электродных панелях), укладываемых сверху на бетон. Электродные панели устанавливают на открытую поверхность немедленно после окончания бетонирования конструкции.

Электродная панель инвентарного типа для электропрогрева горизонтальных поверхностей

электродная панель для прогрева плоских бетонных поверхностей

1 - инвентарный щит, 2 - полосовые электроды сечением 50х4 мм, 3 - опилки, 4 - болты 12 мм

Плавающие электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6—12 мм и вставляют в бетон на глубину 3—4 см сразу после его укладки. Их применяют главным образом при прогреве полов, плит и периферийном прогреве верхних, не имеющих опалубки поверхностей массивных конструкций return_links(); ?>.

Электроды независимо от их вида должны обеспечивать равномерность прогрева элемента и получение во всех его точках одинаковой прочности, поэтому перегрев бетона вблизи электрода не желателен. Во избежание перегрева расстояния между электродами должны быть не менее 20—25 см при напряжении до 65 в и 30—40 см при более высоких напряжениях (до 106 в).

Опасность местных перегревов уменьшают, применяя групповой способ размещения электродов, при котором в каждую фазу питающей сети включают не один, а группу электродов. Способ расстановки электродов и расстояние между ними задают проектом.

Схема группового расположения электродов (при электропрогреве железобетонных башмаков и нижней части колонн)

расположение электродов при электропрогреве колонн

1 - струнных, 2 - стержневых

При установке электродов нельзя допускать их смещения и соприкосновения с арматурой, так как если с арматурой соприкоснутся два электрода разных фаз, произойдет короткое замыкание, т. е. сила тока возрастет сразу до очень большой величины, при которой могут расплавиться и перегореть провода и трансформатор.

Для обеспечения равномерного прогрева необходимо соблюдать осторожность во время выгрузки и укладки бетонной смеси, чтобы не сместить электроды с первоначального положения и не допустить соприкасания с арматурой.

Слой бетона между электродами и арматурой при напряжении в начале прогрева 52; 65; 87; 106 и 220 в должен быть соответственно не менее 5, 7; 10; 15 и 50 см. При уменьшении толщины этого слоя неизбежен местный перегрев бетона. В случае невозможности выдержать указанные расстояния необходимо ближайшие к арматуре участки электродов (10—15 см) изолировать: надеть на электрод эбонитовые трубки или обернуть его двумя слоями толя.

Рабочие швы при бетонировании размещают так, чтобы расстояние от шва до ряда электродов не превышало 100 мм.

Открытые поверхности по окончании бетонирования и установки электродов укрывают утепляющими материалами. Прогревать бетон с неукрытыми поверхностями не допускается.

В конструкциях с М_п менее 6, выдерживаемых способом термоса, электропрогреву подвергают лишь внешние периферийные слои, что ускоряет твердение бетона и предотвращает преждевременное его охлаждение в наружных слоях. Электроды укладывают на поверхность или втапливают в наружные слои бетона. Для уменьшения теплопотерь открытые поверхности бетона утепляют. Расстояние между электродами в углах конструкции должно быть 200—250 мм, на остальных участках — 300—350 мм. Предельная температура нагревания бетона — не выше 40°С. Продолжительность и режим прогрева устанавливает лаборатория.

Прогрев бетона инфракрасными лучами. Сущность метода заключается в передаче бетону тепла в виде лучистой энергии, чем достигается ускоренное его твердение. Теплоносителем являются инфракрасные лучи, которые представляют собой электромагнитные волны, испускаемые нагретыми телами и передающие тепло бетону.

Генераторами инфракрасных лучей могут быть различные нагревательные устройства, обогреваемые электрическим током или иным источником тепла, например газом.

В качестве источника инфракрасных лучей могут быть использованы работающие от общей электросети специальные (зеркальные) лампы теплоизлучения, металлические нагреватели, керамические панели, на которых навита тонкая нихромовая проволока. Регулируя мощность генераторов инфракрасных лучей и их расстояние от поверхности обогреваемого бетона, можно изменять интенсивность нагрева бетона, температуру изотермического прогрева, а также интенсивность охлаждения бетона к концу тепловой обработки. Данный метод отличается простотой по сравнению с электродным способом прогрева.

Прогрев инфракрасными лучами можно применять в следующих случаях:

при изготовлении тонкостенных (толщиной не более 25 см) сборных железобетонных конструкций и заделке стыков между ними;

для ускорения твердения замоноличивающего (штрабного) бетона при установке в зимних условиях металлических закладных частей и анкерных устройств;

при подготовке блоков к бетонированию (прогрев промерзших углов и поверхностей); при возведении высоких незначительной толщины насыщенных арматурой конструкций.

При прогреве инфракрасными лучами следует тщательно защищать прогреваемый бетон от испарения из него влаги.

Прогрев бетона термоактивными опилками.

Сущность метода прогрева термоактивными опилками заключается в следующем. В смоченный слабым соляным раствором слой опилок закладывают электроды. Опилками утепляют либо горизонтальную поверхность, либо ими заполняют двойную опалубку, так называемую термоактивную опалубку. Этот способ трудоемкий и пожароопасный, поэтому им пользуются лишь для отдельных мелких или особо срочных работ, когда другие способы обогрева бетона по местным условиям не могут быть применены.

Особенности прогрева бетона в стыках сборных конструкций. Стыки сборных железобетонных конструкций, не воспринимающие расчетных нагрузок и не имеющие открытой стальной арматуры и закладных деталей, замоноличивают в зимнее время бетонными смесями и растворами, твердеющими при отрицательных температурах.

Стыки, несущие расчетные нагрузки, перед замоноличиванием бетонной смесью или раствором прогревают до положительной температуры, а затем укладывают смесь или раствор, которые также прогревают.

Прогревать стыки и стыкуемые элементы можно электрическим током, горячей водой или паром, инфракрасными лучами.

Если для бетонирования стыка применяют металлическую опалубку, к ней снаружи прикрепляют металлический кожух, устанавливаемый с зазором, внутри которого размещают источники тепла в виде проволочных спиралей. Кожух изолируют от источников тепла слоем минеральной ваты толщиной 50 мм.

При замоноличивании стыка колонны с фундаментом стаканного типа стык прогревают горячей водой, которую наливают в полость стакана. Воду в стакане фундамента 3 непрерывно подогревают или паром, пускаемым в него по шлангу, или специальной кристаллизационной грелкой, или трубчатыми электронагревателями 2, погружаемыми в воду. Трубчатые электронагреватели представляют собой спирали из нихромовой проволоки, помещенные в металлические трубки и изолированные от них специальной пастой.

Замоноличивание стыка колонн с фундаментом стаканного типа с применением трубчатых электронагревателей

трубчатые электронагреватели при электропрогреве

1 - колонна, 2 - электронагреватель с наконечником, 3 - фундамент, 4 - клинья

Воду прогревают в течение 16—30 ч в зависимости от температуры воздуха. После этого ее удаляют ручным насосом, а в стык укладывают бетонную смесь и утепляют ее слоем опилок толщиной 20—30 см, шлаковатой или другими теплоизоляционными материалами и укрывают брезентом для выдерживания в течение 5— 7 дней, за которые бетон должен приобрести необходимую критическую прочность.

При применении способа обогрева стыков через ограждающую среду вначале прогревают стыкуемые элементы на глубину не менее 50 мм. Затем стык заполняют бетонной смесью, а источники тепла укладывают в шлаковые или опилочные покрытия.

Иногда стыки обогревают электронагревательными приборами в виде бетонных или растворных столбиков сечением 50x50 мм со спиралями. Столбики устанавливают на всю высоту стыка и заделывают в бетон. Стык во время обогрева накрывают брезентом.

Стыки панелей стен прогревают электропечами, представляющими собой фанерный кожух, внутри которого установлен источник тепла (например, трубчатый электронагреватель). Высота кожуха равна высоте стыка в пределах одного этажа здания. Электропечь устанавливают по оси стыка и включают ее. Холодный воздух, поступающий снизу, нагреваясь, перемещается вверх вдоль стыка и обогревает его. После прогрева одного стыка электропечь передвигают к другому стыку.

Что еще?