Бетонирование конструкций с термообработкой

Термообработка бетона представляет собой искусственное внесение тепловой энергии в монолитную конструкцию в пери­од ее твердения с целью сокращения периода выдерживания бетона и приобретения им критической или проектной прочно­сти до замерзания.

Область применения способов теплового воздействия на выдерживаемый бетон распространяется на все разновидности монолитных конструкций с модулем поверхности > 3. Вы­бор же оптимального способа термообработки осуществляют на основании технико-экономического расчета с привязкой к условиям определенного объекта строительства.

Технология термообработки бетона имеет свои особенно­сти. Основная из них — необходимость соблюдения расчетных режимов термообработки. Основными характеристиками тех­нологических режимов являются: начальная температура бето­на, продолжительность цикла термообработки до получения критической прочности, скорость подъема температуры (разо­грева) бетона, температура и продолжительность изотермиче­ского выдерживания, скорость и продолжительность остыва­ния, критическая или проектная прочность бетона.

Тепловое воздействие на прогреваемый бетон осуществля­ется несколькими методами, отличающимися способами пере­дачи тепловой энергии. Самыми распространенными из них в практике строительства являются следующие.

1. Контактный способ, обеспечивающий передачу тепловой энергии от искусственно нагретых тел (материалов) прогревае­мому бетону путем непосредственного контакта между ними (рис. 28.1).

Рис. 28.1. Схемы контактного нагрева монолитных конструкций:
а — стены; б — перекрытия; 1 — забетонированная конструкция; 2 — нагревательные эле­менты (греющие провода); 3 — опалубка; 4 — теплоизоляция; 5 — направление теплового потока

Разновидностями этого способа являются: обогрев бетона в термоактивной опалубке, а также прогрев с примене­нием различных технических средств (греющие провода, ка­бель, термоактивные гибкие покрытия и пр.), непосредственно контактирующих с обогреваемой средой — бетоном. Способ применяется, в основном, для прогрева тонкостенных конст­рукций с модулем поверхности 8...20.

2. Конвективный способ, при котором передача тепла от искусственных источников нагреваемым объектам (опалубке или бетону) происходит через воздушную среду путем конвек­ции (рис. 28.2).

Рис. 28.2. Схема конвективного нагрева монолитных конструкций:
1 — забетонированная стена; 2 — электропушка (электрокалорифер); 3 — опалубка; 4 — теплоизоляция; 5 — направление теплового потока вдоль стены; 6 — инвентарный по­лог из брезента; 7 — нагреваемая воздушная среда; 8 — принудительная конвекция

Технология реализуется в замкнутых контурах с применением технических средств (электрокалориферов, га­зовых конвекторов и пр.), преобразующих различные энергоносители (электроэнергия, газ, жидкое или сухое топливо, пар и пр.) в тепловую энергию. Метод применим для прогрева тонкостенных стеновых конструкций и перекрытий.

Достоинства конвективного метода — незначительная трудо­емкость работ и замкнутое пространство вокруг прогреваемой конструкции посредством инвентарных ограждений и пологов, например, из брезента. Недостатки: значительные потери тепловой энергии на нагрев посторонних предметов и воздуха, большая продолжительность цикла обогрева (3...7 сут) и, как следствие, высокий показатель удельного расхода энергии (свы­ше 150 кВт · ч на прогревание 1м3 бетона).

3. Электропрогрев основан на выделении в твердеющем бе­тоне тепловой энергии, получаемой путем пропускания элект­рического тока через жидкую фазу бетона, используемую в ка­честве омического сопротивления. При этом пониженное напряжение к прогреваемой монолитной конструкции подво­дят посредством различных электродов (стержневых, полосо­вых и струнных), погружаемых в бетон или соприкасающихся с ним (рис. 28.3).

Рис. 28.3. Схемы электропрогрева монолитных конструкций:
а — стены; б — ленточного фундамента; 1 — забетонированная конструкция; 2 — электро­ды полосовые и стержневые; 3 — опалубка; 4 — теплоизоляция; 5 — контактные выводы; 6 — выводы электроразводки

Область использования — прогрев монолит­ных конструкций с модулем поверхности 5...20. Применению метода должен предшествовать расчет и проектирование элек­тродов, схемы их расположения и подключения к сети, а так­же режима прогрева.

Преимущества метода: в качестве электродов используют подручные материалы — арматуру или листовой металл, потери тепловой энергии минимальны. Недостатки: безвозвратные по­тери металла — стержневых электродов (остающихся в теле забетонированной конструкции), значительная трудоемкость при реализации метода (особенно при использовании арматурных стержней), необходимость регулирования (снижения) электри­ческой мощности посредством понижающего трансформатора при уменьшении удельного электрического сопротивления бе­тона, вероятность появления температурных напряжений в зо­нах примыкания бетона к электродам.

4. Инфракрасный нагрев основан на передаче лучистой энер­гии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым по­верхностям через воздушную среду. На облучаемой поверхности поглощенная энергия инфракрасного спектра преобразуется в тепловую и благодаря теплопроводности распро­страняется в глубь нагреваемой конст­рукции. Метод реализуется посредст­вом автономных (от забетонированной конструкции и опалубки) инфракрас­ных прожекторных установок (ИПУ), работающих в основном на электро­энергии (рис. 28.4).

Рис. 28.4. Схема инфракрасного нагрева монолитных конструкций:
1 — поток лучистой энергии; 2 — стойка инфракрасной уста­новки; 3 — инфракрасный из­лучатель; 4 — рефлектор-отража­тель; 5 — опалубка; 6 — тепло­изоляция; 7 — направление теп­лового потока в конструкции; 8 — забетонированная стена

Преимущества метода: отсутствие необходимости в переоборудовании опалубки, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или сты­ков ранее уложенного бетона, удале­ние наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве), возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохра­няя ранее внесенную тепловую энергию, и за суточный цикл термообработки получать до 70% проектной прочности бетона.

Недостаток технологии: значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к элек­трической сети технических средств (ИПУ), необходимость обеспечения замкнутого объема для сокращения затрат тепло­вой энергии (особенно в ветреную погоду), а также высокий удельный расход электроэнергии: 80...120 кВт · ч на прогрева­ние 1 м3 бетона.

5. Индукционный прогрев основан на использовании элект­ромагнитной индукции, при которой энергия переменного электромагнитного поля преобразуется в арматуре или в сталь­ной опалубке в тепловую и за счет теплопроводности переда­ется бетону. Реализуется метод посредством инвентарного ин­дуктора, рассчитанного и изготовленного для определенного узла (например, стыка железобетонных колонн) или объема железобетонной конструкции.

Преимущества метода: простота и качество прогрева конст­рукций с большой насыщенностью арматурой, обеспечение равномерного по сечению и протяженности конструкции тем­пературного поля.
При термообработке бетона контролю, в частности, подвер­гают:

• требуемую (по ППР) начальную температуру бетонной смеси (доставленной и уложенной в конструкцию);
• температуру выдерживаемого бетона и выпусков армату­ры (через каждые 1...2 ч);
• скорость подъема температуры бетона;
• равномерность прогрева конструкции в различных плос­костях;
• размещение в зоне прогрева (выдерживания) бетона кон­трольных кубиков;
• скорость остывания прогретых конструкций;
• продолжительность распалубливания конструкций;
• качество и прочность выдерживаемого бетона и оценка его итоговых характеристик (оперативный контроль).

6. Греющие провода. Для отдельных видов бетонируемых конструкций, в том числе и при несъемной опалубке из пенополистирола, рекомендуется применять нагревательные провода с металлической токонесущей изолированной жилой, подклю­чаемые в электрическую сеть и работающие, как нагреватели сопротивления. Для нормального обогрева основным требова­нием является предотвращение механических повреждений изо­ляции проводов при их установке, монтаже опалубки и укладке бетонной смеси, устранение замыканий токонесущей жилы с арматурой и другими металлическими элементами.
Нагревательные провода размещают в конструкции перед бетонированием. В монолитных стенах применяют вертикаль­ную навивку нагревательного провода. Провод закрепляют сна­ружи на вертикальные сетки и каркасы, в наиболее защищен­ной зоне при бетонировании — между арматурой и опалубкой. В перекрытиях провод размещают в нижней части, закрепляя по сетке и арматурному каркасу. Греющий провод применяют в виде последовательно соединенных отрезков длиной 30...45 м. Провода к арматуре крепят вязальной проволокой.

Продолжительность обогрева зависит от температуры и тре­буемой конечной прочности бетона, которую можно определить по графикам набора прочности в зависимости от температуры выдерживания. После окончания изотермического выдержива­ния он остывает под слоем утеплителя. Скорость остывания бе­тона при резком понижении температуры наружного воздуха поддерживают в заданных пределах путем периодических вклю­чений под рабочую нагрузку на 15...30 мин греющих проводов.

В бетонную смесь, подвергаемую тепловой обработке, це­лесообразно вводить противоморозные добавки (нитрит на­трия) в количестве 2...4% от массы цемента для понижения температуры льдообразования и сохранения более значитель­ного срока удобоукладываемости бетонной смеси. Такое реше­ние принимают, когда условия транспортирования и укладки смеси при отрицательной температуре наружного воздуха не позволяют сохранить положительную температуру бетона до начала прогрева.