Бетона в процессе твердения

Величина ρ_нач бетонов, приготовленных на цементах различных заводов, находится в пределах 4-25 Ом·м, а ρ_min – в пределах 2-20 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление бетона ориентировочно может быть определено по приложению 8 или измерено экспериментальным путем по следующей методике:

Бетонная смесь заданного состава помещается в форму размером 0,2×0,2×0,2 м, выполненную из диэлектрического материала (фанера, доска). На двух противоположных бортах формы размещены плоские электроды размером 0,2×0,2 м. Бетон прогревается по заданному режиму с периодическим снятием вольт-амперной характеристики.

I = U/R → R = U/I

R = ρ ·l/s → ρ = R· s/l

ρ = U ·s /I· l

при s = 0,2×0,2 м² и l = 0,2 м

ρ = 0,2 ·U/I , Ом·м

(2.12)

Рис. 2.3. Схема измерения удельного электрического сопротивления бетона

1 – форма; 2 – электроды; 3 – лабораторный автотрансформатор.

Для подведения электрической энергии к бетону используют различные типы электродов: пластинчатые, полосовые, стержневые, струнные и плавающие.

Электроды и их размещение в бетоне должны удовлетворять следующим требованиям:

– мощность электрического тока, проходящего через бетон, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету;

– электрическое и, следовательно, температурные поля должны быть по возможности равномерными;

– электроды по возможности следует располагать снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения их оборачиваемости;

– установку электродов и подсоединение к ним токопроводящих проводов по возможности следует производить до начала бетонирования (при использовании наружных электродов).

Электропрогрев бетона может быть сквозным, когда электрический ток проходит через все сечение конструкции и тепло выделяется по всему объему, или периферийным. В последнем случае электрический ток проходит через периферийные слои бетона, нагревая их, а остальная часть бетона нагревается за счет теплопередачи от периферийных слоев. При прочих равных условиях сквозной прогрев обеспечивает более равномерное температурное поле в конструкции.

Пластинчатые электроды являются много оборачиваемыми, крепятся к фанерной или дощатой опалубке до ее установки, выполняются из листовой стали толщиной 1-2 мм, используются для сквозного электродного прогрева неармированных или слабо армированных конструкций. Располагаемые на двух противоположных плоскостях конструкций пластинчатые электроды подключаются к разным фазам.

Рис. 2.4. Схема прогрева бетона пластинчатыми электродами

С целью равномерного распределения подведенного тока по поверхности электрода к одной из его сторон приваривается уголок с болтом для крепления подводящего провода.

При величине рабочего напряжение до 121В в зависимости от параметров режима тепловой обработки (преимущественно от скорости подъема температуры) и удельного электрического сопротивления бетона расстояние между электродами составляет 0,1-0,9 м.

Электрическая мощность при прохождении тока между пластинчатыми электродами через бетон определяется по формуле:

, кВт/м³ (2.13)

Пластинчатые электроды используются при электропрогреве неармированного бетона. В железобетонных конструкциях пластинчатые электроды могут использоваться только при возможности исключения короткого замыкания и наличии арматуры, не искажающей электрического поля между электрода- ми.

Полосовые электроды являются много оборачиваемыми, с шагом 100-600 мм крепятся (как правило, вертикально) к фанерной или дощатой опалубке до ее установки, выполняются из полосовой стали толщиной 1-2 мм и шириной 20-50 мм, используются для сквозного или периферийного прогрева.

Периферийный прогрев реализуется при присоединении соседних электродов к разноименным фазам. При этом нагреваются периферийные слои бетона на глубину, равную половине расстояния между электродами. Конструкции толщиной до 0,30 м допускается прогревать при одностороннем расположении электродов.

Периферийный прогрев может быть использован для тепловой защиты массивных конструкций (электроды устанавливаются по периметру конструкции).

Периферийный

Рис. 2.5. Схемы прогрева бетона полосовыми электродами

Сквозной прогрев реализуется при присоединении групп противолежащих электродов к разноименным фазам.

В практике строительства в качестве полосовых электродов часто используют арматурную сталь диаметром 4-8 мм, нашиваемую на поверхность опалубки.

Концы электродов должны выступать за пределы опалубки на 5-8 см для подключения токоподводящих проводов. Предпочтительно, коммутацию электродов выполнять при изготовлении опалубки с разводкой к 2-3 контактным болтам.

Стержневые электроды выполняются из арматурной стали диаметром 4-8 мм, устанавливаются либо вертикально с открытой поверхности конструкции после укладки бетона, либо горизонтально через отверстия в дощатой опалубке до укладки бетона. Концы электродов должны выступать над поверхностью бетона или опалубки на 8-12 см, что необходимо для подведения электрических проводов (коммутации электродов). Стержневые электроды остаются в теле конструкции.

Рис. 2.6. Схема прогрева бетона стержневыми электродами

Целесообразно устанавливать стержневые электроды в виде плоских электродных групп, каждая из которых с чередованием подключается к одной из трех фаз понижающего трансформатора. В этом случае обеспечивается более равномерное температурное поле в бетоне.

Для электропрогрева конструкций малой толщины и значительной протяженности используются одиночные электроды: устанавливаются вдоль оси конструкции, подключаются к разным фазам.

Плавающие электроды представляют разновидность стержневых, выполняются из арматурных стержней диаметром 6-12 мм, располагаются на поверхности уложенного бетона с заглублением 10-50 мм. Для обеспечения подвода тока концы электродов отгибают на 8-12 см.

Рис. 2.7. Схема прогрева бетона плавающими электродами

Плавающие электроды применяется для прогрева подливок, бетонных подготовок, либо при периферийном прогреве неопалубливаемых поверхностей массивных конструкций.

Струнные электроды применяют для прогрева линейных конструкций (колонны, балки, прогоны), устанавливают по оси конструкции и подключают к одной фазе, металлическую опалубку или арматурный каркас – к другой. Струнные электроды диаметром 6-12 мм устанавливаются до бетонирования, крепятся к арматуре растяжками из диэлектрического материала (полимерный шнур, изолированный провод), остаются в теле конструкции.

Рис. 2.8. Схема прогрева бетона струнными электродами

Тип электродов для прогрева конкретной конструкции выбирается в зависимости от ее размеров и конфигурации, количества и расположения арматуры и закладных деталей, возможности оборачиваемости электродов, местных условий производства работ.

Использование арматуры железобетонных конструкций в качестве электродов допускается лишь в тех случаях, когда применение иных схем подключения представляется сложным или невозможным. Во избежание возможного пересушивания приэлектродных слоев и соответствующего уменьшения сцепления арматуры с бетоном скорость подъема температуры в наиболее нагреваемых зонах не должна превышать 8 °С/ч. Для подключения токоподводящих проводов к арматурным сеткам или каркасам приваривают по 2-3 стержня диаметром 12-16 мм, концы которых выпускают за габариты конструкции на 8-10 см.

При расстановке электродов следует иметь в виду, что наличие арматуры может оказать негативное влияние на равномерность температурного поля: ток может частично проходить по стержням, вызывая их повышенный нагрев. Чем меньше расстояние между электродами и арматурой, тем больше неравномерность температурного поля в бетоне. Рекомендуется при напряжении на электродах 49-60 В соблюдать расстояние между электродами и арматурой не менее 25 мм, при 70-80 В – не менее 40 мм.

Выдерживание требуемого расстояния между электродами и арматурой достигается применением изоляторов из затвердевшего раствора или пластмассы.

Крепление электродов должно быть надежным, обеспечивающим неизменность их положения при укладке бетонной смеси. Следует помнить, что соприкосновение разноименных электродов через арматуру, стяжки опалубки приводит к короткому замыканию. На опасных участках электроды следует изолировать от арматуры отрезками гофрированных пластиковых трубок (гофры) или иным материалом.

Перед подключением к сети электроды следует проверить “на искру” c помощью сварочного трансформатора. Для этого нулевой провод трансформатора крепится к арматурному каркасу конструкции, а фазовым проводом поочередно производится короткое касание к каждому электроду. Искрящие электроды переставляют на другую позицию.

Коммутация электродов осуществляется, как правило, не изолированным алюминиевым проводом расчетного сечения. В качестве магистральных проводов также используется не изолированный одно- или многожильный алюминиевый провод, который прокладывается по установленным с шагом 2-3 м вдоль бетонируемой конструкции деревянным стойкам.

Электродный прогрев конструкций осуществляется с помощью прогревных масляных трансформаторов типа ТСПК-20А, ТМОА-50, ТМОБ-63, КТП-63 с напряжением на вторичной обмотке 49, 60, 70, 85, 103, 121 В. Трансформаторы должны быть установлены возможно ближе к прогреваемой конструкции для снижения потерь напряжения в кабелях и подводках на низкой стороне.

Выдерживание заданного температурного режима при электродном прогреве, как и при других способах электротермообработки, сводится к регулированию электрической мощности, которая должна изменяться при переходе от периода подъема температуры к изотермическому прогреву. Кроме того, в процессе электропрогрева в связи с постоянным изменением электрического сопротивления бетона обеспечение неизменной величины мощности требует применения одного из следующих приемов:

– изменения (повышения) напряжения питающей сети;

– прерывистой, импульсной подачи напряжения на электроды;

– изменения схемы коммутации электродов.

–

1 2 3 1 2 3 1 2 3

┴ ┴ ┴ ┴ ┴ ┴ => ┴ ┴ ┴ ┴ ┴

Для предотвращения замерзания бетонной смеси и свежеуложенного бетона при низких температурах наружного воздуха и длительных сроках выдерживания до укладки или до начала прогрева, в смесь до ее приготовления следует вводить противоморозные добавки. Добавки понижают температуру замерзания бетонной смеси и бетона.

Электропрогрев бетона с противоморозными добавками рекомендуется применять:

– при длительном транспортировании бетонной смеси в необогреваемых емкостях;

– при возможности быстрого охлаждения бетона после укладки: стыки, конструкций, контактирующие с промороженным основанием;

– в случае необходимости выдерживания бетона до начала электропрогрева (установка стержневых электродов);

– при температуре наружного воздуха ниже –30 ^оС.

В качестве противоморозных добавок рекомендуется применять:

– хлористый кальций + хлористый натрий (ХК+ХН);

– хлористый кальций + нитрат натрия (ХК+НН);

– нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК);

– нитрит натрия (НН).

Не допускается применение в бетонах, подвергаемых электропрогреву, добавки поташа (П), которая приводит к значительному недобору прочности (более 30%) и понижению морозостойкости, а также добавок, содержащих мочевину (НКМ, НК+М, ННК+М, ННХК+М) вследствие их разложения при температуре выше 40 ^оС.

При введении добавок следует принимать в расчет снижение удельного электрического сопротивления бетона, величина которого должна определяться экспериментально.