Выдерживание бетона способом термоса.

Способ термосного выдерживания конструкций состоит в том, что уложенный в утепленную опалубку бетон при строго определенных условиях (начальной температуре бетона, тем­пературе наружного воздуха, скорости ветра, коэффициенте теплоотдачи опалубки) приобретает заданную прочность за время своего остывания.

Метод термоса обеспечивает замедленное остывание бетона. При этом методе используется тепло подогретых составляющих бетонной смеси (кроме цемента — он не подогревается) и экзотер­мическое тепло, выделяемое цементом в процессе гидратации.

Количество тепла в бетоне должно быть не менее теплопотерь при остывании конструкции до конечной температуры, т.е. до получения заданной прочности бетона.

При применении этого метода невозможно активно регули­ровать процесс остывания уложенного бетона, поэтому необ­ходимо строго соблюдать условия, изложенные в теплотехни­ческом расчете и обеспечивающие необходимую продолжи­тельность остывания бетона.

Метод термоса прост, экономичен и экологически чист. Об­ласть его применения: конструкции с модулем поверхности 25>М>3.

Если теплотехнический расчет не удовлетворяет требованиям производства работ, т.е. расчетное время остывания бетона не обес­печивает необходимой прочности конструкции, то расчет повторя­ют, варьируя следующими параметрами: изменяют конструкцию опалубки, уменьшая значение коэффициента теплоотдачи К_т увели­чивают расход цемента на 1 м³ бетона или принимают другой вид цемента с большим экзотермическим тепловыделением повышают начальную температуру бетона в пределах допустимых значений.

Электротермообработка бетона относится к методу искусственного прогрева, суть которого сводится к повышению темпе­ратуры свежеуложенного бетона до максимально допустимой и поддержанию ее в течение времени, за которое конструкция наберет критическую или заданную в проекте прочность.

К методам электротермообработки относятся: электродный прогрев, индукционный нагрев, метод греющего провода и т.п. Электротермообработка бетона при возведении монолитных конструкций в зимних условиях применяется для предотв­ращения замораживания бетона и ускорения его твердения при любой температуре наружного воздуха.

Электротермообработку бетона наиболее эффективно производить до приобретения им 50…60% проектной прочности. Дальнейшая тепловая обработка мало эффективна, так как нарастание прочности идет медленно, а расход электроэнергии резко возрастает.

Температурные режимы электротермообработки бетона ха­рактеризуются: скоростью подъема температуры, температурой изотермического выдерживания и его продолжительностью, скоростью остывания разогретой конструкции.

Для массивных конструкций в зависимости от модуля поверхности скорость подъема температуры 8…10°С в час. В тонкостен­ных конструкциях и в конструкциях, возводимых в скользящей опалубке, скорость подъема температуры — 15°С в час.

Изотермический прогрев производится при максимально, допустимой температуре: при модуле поверхности до 10 и в за­висимости от вида цемента от 75 до 90°С, а при М> 10 — в пре­делах 70…80°С.

Продолжительность изотермического прогрева может опре­деляться по графикам.

Во всех случаях разогрев бетона должен осуществляться при его температуре не ниже 2°С.

Наивысшая допустимая температура бетона при электротер­мообработке 90°С для конструкций с модулем поверхности М<10 и 80°С при модуле поверхности более 10.

Дополнительный прирост прочности за время остывания не учитывается. Данный режим рекомендуется для конструкций с М>10.

Режим разогрева, изотермического выдерживания и остывания рекомендуется для конструкций с 6 < М< 15. Требуе­мая прочность бетона наступает к моменту его остывания.

В случае если технологический процесс ограничен по време­ни, то может быть использован режим «разогрев-остывание», минуя этап изотермического выдерживания. Такой режим применяют для массивных конструкций с модулем по­верхности не более 8.

Для предварительно напряженных конструкций применяют ступенчатый подъем температуры. Сначала произ­водится подъем температуры до 40…50°С, потом изотермичес­кое выдерживание в течение расчетного времени (т₂= 1-3 ч). За­чует быстрый подъем температуры до 80…90°С (или максимально допустимой для данной конструкции) с изотер­мическим выдерживанием.

Заданная прочность может достигаться как к концу этого эта­па изотермического выдерживания, так и к моменту остывания конструкции за заданный период.

Так как термоэлектрообработка — процессе энергоемкий, то необходимо стремиться к его наименьшей продолжительности за счет использования быстротвердеющих цементов, составов бетона с минимальным в/ц, применения ускорителей тверде­ния, учета набора прочности бетона при его остывании.

Процесс термоэлектрообработки бетона требует повышен­ных мер электробезопасности. Электропрогрев армированных конструкций производится при напряжении не свыше 127 В, а для неармированных конструкций, греющей опалубки и в ряде других случаев допускается производство работ при напряже­нии до 380 В.

Сущность теплотехнического расчета при электротермооб­работке бетона заключается в определении удельной мощнос­ти, необходимой для разогрева 1 м³ бетона до необходимой заданной температуры и мощности, требуемой для изотермического прогрева 1 м³ бетона.

Электродный прогрев. Наиболее эффективным методом элек­тропрогрева является электродный прогрев. Он применяется при возведении монолитных конструкций при любой темпера­туре наружного воздуха.

При этом методе бетонная конструкция включается в элект­рическую цепь переменного тока как сопротивление, в результа­те чего электрическая энергия внутри бетона преобразуется в тепловую.

По виду и способу укладки электроды могут быть внутренними и поверхностными.

В первом случае используются внутренние электроды стержневые и струнные. Стержневые электроды выполняются из круглой арматурной стали диаметра 6…10 мм, которые устанавливаются в конструкцию через отверстие в опалубке или забиваются в момент бетонирования или после окончания укладки бетона.

После прогрева такие электроды не извлекаются и остаются в конструкции, что ведет к перерасходу металла.

Струнные электроды выполняются так же из арматурной стали, как и стержневые, и применяются для слабоармированных конструкций.

Струнные электроды представляют собой от­дельные прутки, устанавливаемые в бетоне вдоль оси конструк­ции. Применяются такие электроды для колонн, прогонов, ба­лок и в подобных конструкциях. Струнные электроды остаются в забетонированной конструкции.

Их закладывают до начала бетонирования звеньями по 2,5…3,5 м и закрепляют в опалубке. Концы звеньев струнных элект­родов загибаются под прямым углом и выводятся наружу через отверстия в опалубке.

Такой тип электродов создает неравномерное температурное поле.

Использовать вместо струн в качестве электродов арматуру про­греваемой конструкции можно, но не рекомендуется из-за того, что происходит пересушивание прилегающих к арматуре слоев бетона и, как следствие, уменьшается сцепление арматуры с бетоном.

Поверхностные электроды могут быть пластинчатыми, поло­совыми, нашивными и плавающими.

Пластинчатые электроды изготовляются из кровельной ста­ли, крепятся к деревянной опалубке и располагаются снаружи бетона на двух противоположных плоскостях конструкции , расстояние между которыми В 40 см.

Они обеспечивают равномерное температурное поле. Об­ласть применения пластинчатых электродов: конструкции неармированные или с негустой арматурой (колонны, балки, пе­регородки, стены и т.п.).

Полосовые электроды размещаются также как и пластинча­тые снаружи бетона. Они изготовляются из полосовой стали шириной 2…5 см и крепятся к внутренней поверхности деревянной опалубки. Электрический ток проходит между соседними Разноименными электродами.

При сквозном прогреве полосовые электроды располагаются с двух сторон обогреваемой конструкции , а при периферийном — с одной стороны.

Полосовые электроды по сравнению с пластинчатыми позво­ляют экономить металл, обеспечивая при этом достаточное рав­номерное температурное поле.

Периферийный прогрев применяется для прогрева внешних слоев бетона массивных конструкций с модулем поверхности М< 6. Температура при периферийном прогреве не превышает +40°С. Этой температуры достаточно, так как масса бетона со­держит значительный запас тепла, полученного при прогреве составляющих, и тепла экзотермического.

Толщина прогреваемого слоя при периферийном обогреве зависит от расстояния между электродами и равна половине этого расстояния.

Периферийный прогрев конструкций толщиной от 30 до 80 см можно осуществлять полосовыми электродами с двусторон­ним размещением, при этом температура периферийных слоев бетона не должна превышать температуры ядра конструкции во избежание образования трещин на поверхности бетона.

Областью применения двустороннего периферийного про­грева могут быть также колонны, балки, ленточные фундамен­ты, плиты перекрытий толщиной 30…40 см и т.п.

При электропрогреве особое значение имеет размещение электродов. Равномерность прогрева конструкции достигается правильной расстановкой электродов в бетоне. Неправильное их размещение и фазировка при подключении к электрической сети могут привести к нарушению заданного теплового режима и перегреву бетона, что вызовет выпаривание влаги из бетона и снижение его прочности.

При определении количества и размещения электродов не­обходимо исходить из соображений экономии электроэнергии и металла электродов.

Если арматурные стержни конструкции расположены вдоль направления движения тока, то во избежание искажения элект­рического, а значит и температурного поля, необходимо стро­го соблюдать расстояния между ними и стержневыми электро­дами. С этой целью применяют изоляторы — пластмассовые, текстолитовые, цементные и другие, которые крепятся с одной стороны к арматурному стержню, а с другой — к электроду, жестко фиксируя расстояние между ними.

При бетонировании горизонтально расположенных бетон­ных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций применяют плавающие электроды — арматурные стержни, втапливаемые в поверхность.

Метод греющего провода и индукционный прогрев. Одним из перспективных способов обогрева бетона с использованием электроэнергии является обогрев греющим проводом, суть ко­торого заключается в том, что в обогреваемую конструкцию, до начала ее бетонирования, устанавливают стальной провод в пластиковой оболочке, через который в процессе обогрева по­дают электрический ток низкого напряжения (рис. 8.15). Диа­метр провода 1,1…2,0 мм.

Греющий провод должен выдерживать нагрузки, которым он подвергается в процессе бетонирования, противостоять воз­действиям отрицательных и высоких положительных темпера­тур и обладать достаточной упругостью.

Греющий провод должен быть полностью скрыт в бетоне, чтобы обеспечить ему полную передачу тепла.

Для равномерного прогрева необходимо обеспечить доста­точно короткий межпроволочный шаг.

В деревянной опалубке такой шаг должен быть не более чем двукратная толщина конструкции или 30 см. Для гарантии дос­таточности обогрева в конструкции предусматривается уста­новка не менее двух грею­щих проводов.

Метод греющего прово­да позволяет сократить расход стали в 7…10 раз по сравнению с традицион­ными методами электро­термообработки и значи­тельно сократить расход электроэнергии. Способ является простым и уни­версальным. С его помощью можно производить прогрев стыков сборных железобоетонных конструкций, предохранять грунтовые и искусственные основания от замерзания, возводить моно­литные конструкции, незави­симо от их толщины.

Расчет греющих проводов выполняется по специальной методике.

Еще одной разновидностью термоэлектрообработки бетон­ных конструкций является ин­дукционный прогрев. Метод основан на выделении тепла при протекании вихревых то­ков в стальной опалубке и ар­матуре конструкций, находя­щихся в электромагнитном поле индуктора.

Рис. 8.15. Схема установки греющего провода в конструкции: 1, 2 – греющие провода; 3 – запасной провод

При этом методе вокруг про­греваемого железобетонного элемента устраивают спираль­ную обмотку из изолированного провода — индуктора и включают его в сеть переменного тока. Роль сердечника (соленоида) выполняет арматура конструкции. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в металле (арматуре и стальной опалубке), находящем­ся в этом поле, вихревые токи. В результате этого металл нагрева­ется, передавая свое тепло бетону.

Индукционный прогрев в основном применяют для конст­рукций небольшого сечения: колонн, балок, а также бетона в стыках сборных конструкций.

Наиболее эффективен индукционный метод при бетонирова­нии густоармированных конструкций с модулем поверхности М>5.

Расчет параметров индукционного электрообогрева заклю­чается в определении числа витков и силы тока в индукторе.