Электроустановки стройплощадок - Сущность способов термообработки бетона

Выполнение бетонных работ с применением простых и дешевых средств. При этом способе используются быстротвердеющие высокомарочные цементы, химические добавки в бетон, в том числе хлористый кальций, поташ, хлорная известь, поваренная соль, нитрит натрия и др. Способ наиболее приемлем при температурах воздуха до —15° С.
Способ термоса. Температурный режим для твердения бетона обеспечивается за счет тепла подогретых материалов. экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения, и укрытия открытых поверхностей бетона, а иногда и опалубки, теплоизоляционными материалами. Наиболее успешно применяется способ термоса при бетонировании массивных конструкций при температурах наружного воздуха до —8° С.
Выполнение бетонных работ под тепляками. Этот способ применяется при температурах наружного воздуха до —50° С. В практике строительства за рубежом широко используются мобильные установки теплоснабжения (воздухонагреватели, парообразователи, установки инфракрасного излучения).
Развитие промышленности полимеров в строительстве позволило применить их в качестве материалов для легких тепляков. За рубежом для тепляков используются нейлоновая и полиэтиленовая пленки, достаточно прозрачные, пригодные при отрицательных температурах и в дождливую погоду. Использование тепляков при строительстве школ в Канаде в зимнее время дало удорожание по сравнению со стоимостью работ в летнее время не более 1,5%.
При устройстве тепляков применяется также брезент (например, на стройках в Финляндии).
Электротермос. Этот способ является сочетанием термоса и электродного способа электропрогрева. По графику нарастания прочности устанавливают начальную температуру выдерживания бетона, необходимую для достижения требуемой прочности в конце твердения. После разогрева бетона до этой температуры электродным способом электроды отключают от сети и бетон продолжает твердеть в условиях термоса. Применяется при этом обычная неутепленная опалубка, а для открытых поверхностей — теплоодежда.
Периферийный электропрогрев. Он используется при прогреве массивных бетонных конструкций с модулем поверхности 2—5 в качестве дополнительного к способу термоса, когда последний по расчету не обеспечивает температурный режим твердения бетона. Электроды устанавливают по периферии прогреваемой конструкции.
Этот способ исключает охлаждение и замораживание бетона в местах соприкосновения его с опалубкой, содействует более быстрому нарастанию прочности в глубине массива, устраняет дополнительные напряжения в бетоне, являющиеся следствием разности температуры внутри и на поверхности бетона, позволяет снизить расход электроэнергии по сравнению с обычным электродным способом.
Электроды могут применяться из круглой арматурной стали, плавающие, нашивные — из круглой или листовой стали, пришиваемые к опалубке с внутренней стороны. В качестве электродной группы может быть использована арматура, которая должна соединяться с заземленной жилой сети.
Прогрев с применением стержневых электродов. Прогреваемый бетон включается в электрическую цепь с помощью стержневых электродов (из арматурной стали диаметром 6—10 мм), т. е. таких электродов, которые устанавливают перпендикулярно оси железобетонной конструкции непосредственно через открытую поверхность конструкции или через отверстия, просверленные в опалубке (колонны, балки).
Расход электроэнергии при прогреве 1 м³ бетона, например, при температуре наружного воздуха до —10° С, изотермическом прогреве до температуры 60° С для достижения прочности 70% составляет 100 кВт-ч (в среднем расход электроэнергии при этом способе составляет 80—140 кВт-ч/м³).
Прогрев с применением струнных электродов. Электроды из арматурной стали диаметром 6—10 мм укладывают строго по проекту в опалубку перед бетонированием конструкции параллельно оси ее отдельными звеньями длиной 2,5—3 м и закрепляют в опалубке изолированно от арматурного каркаса. По окончании вибрирования уложенной бетонной смеси электроды подключают к сети.
Прогрев с применением плавающих электродов. Электроды из арматурной стали диаметром 6—8 мм втапливают в уложенный бетон сразу после вибрирования на глубину 3—4 см. Этот способ применяется главным образом при необходимости прогрева таких бетонных конструкций, как полы, и при периферийном прогреве незаопалубленных верхних поверхностей массивных железобетонных конструкций.
Прогрев с использованием инвентарных нагревательных панелей. Инвентарные нагревательные панели представляют собой закрытые короба, заполненные теплоизоляционным материалом, к нижней стороне которых прикреплены три полосовых электрода с расстоянием между ними 250 мм, присоединяемые к различным фазам магистральной сети электропрогрева. Применимы панели при прогреве тонких плит ребристых перекрытий и полов по заранее продуманной схеме расположения.
Электропрогрев с использованием напыленных электродов. Этот способ отличается от обычного электродного способа прогрева только электродами. Следовательно, все требования аналогичны. Способ разработан в НИИЖБ, который рекомендует использовать его для термообработки бетона и железобетона конструкций, а также бетона, располагаемого в стыках между сборными элементами.
Заключается способ в том, что на поверхность опалубки или стыкуемых элементов наносится слой токопроводящего материала, который выполняет функцию электродов.
В качестве такого материала, по данным НИИЖБ, могут быть использованы металл (цинк, латунь и т. п.) или обладающие низким омическим сопротивлением металлополимеры, изготавливаемые на основе синтетических смол.
Согласно рекомендациям НИИЖБ для многократного использования напыленных электродов, токопроводящий слой можно наносить на поверхность тканей, фанеры, пергамина, резины. Электроды на тканевой или резиновой основе накладываются на прогреваемую поверхность, а затем при завершении прогрева могут быть свернуты в рулоны и сохранены для повторного очередного использования. По данным НИИЖБ применение напыленных электродов позволяет сократить расход металла по сравнению с обычными стержневыми электродами в 21 раз и ленточными в 8 раз.
Предварительный кратковременный электроразогрев бетонной смеси. Этот способ является отечественным изобретением (авторское свидетельство № 168173, автор Арбеньев А. С.). Он предусматривает быстрый (в течение 6—15 мин) разогрев бетона (в среднем до 60—80° С) до укладки в опалубку или форму, укладку его с уплотнением в горячем состоянии и затем выдерживание методом термоса или в среде с положительной температурой, т. е. без расхода электроэнергии.
При применении способа электроразогрева бетона, даже при самых больших скоростях подъема температуры, исключаются структурные нарушения, бетон получается высокого качества, так как характер разогрева смеси определяется стабильностью токопроводящих свойств смеси, кроме того, виброуплотнение производится при высоких температурах.
Этот способ применяется при выполнении монолитных железобетонных конструкций на строительных площадках и сборных железобетонных изделий на заводах и полигонах. Впервые он был применен Серпуховским ДСК и на заводах Кузбасса. Расход электроэнергии в среднем составляет 35—50 кВт-ч/м (при обычном электродном способе — 80— 140 кВт-ч/л(3).
При предварительно разогретых электрическим током бетонных смесях ускоряются реакции гидратации и экзотермии цемента, в 2—3 раза ускоряется твердение бетона, полностью исключается влияние арматуры на электрическое и тепловое поля. Уплотнение смеси в горячем состоянии исключает остаточное тепловое расширение бетона (при других способах имеет место) и приводит к повышению качества конструкции. К числу положительных сторон способа также можно отнести возможность отказа от подогрева заполнителей на заводе (или узле), ограничиваясь только оттаиванием их, исключение расхода металла на электроды (необходимость в них отпадает) и электрических проводов для сетей.
Как это установлено опытом, ускорение прочности изделий и уменьшение срока выдерживания в опалубке па 6—8 ч можно добиться, если после предварительно разогретого бетона в бункере опалубку выполнить теплой (обогревать ее ТЭНами или другим способом).
Электроразогрев бетонной смеси по этому способу рекомендуется осуществлять от сети переменного тока напряжением от 51 до 380 в включительно в бункерах емкостью от 0,7 до 2 м³ с установленными в них пластинчато-трубчатыми, пластинчатыми или подобными электродами.
При применении подвижных бетонных смесей с добавками, обладающими небольшим удельным сопротивлением, при малых расстояниях между электродами, а также при ограниченных мощностях рекомендуется вести подогрев при небольших напряжениях (до 150 в).
Мощность питающего трехфазного трансформатора определяется в зависимости от одновременно разогреваемой бетонной смеси и скорости подъема температуры. В целях рационального использования выделяемой мощности и загрузки трансформатора целесообразно иметь на площадке несколько однотипных бункеров электроподогрева. Это дает возможность проводить разогрев смеси с минимальными технологическими перерывами.
При разогреве бетонных смесей па портландцементе марки 400 к моменту остывания до 0°С прочность конструкции достигает 50—70%, с добавкой в бетон 1—2% хлористого кальция или натрия от массы цемента прочность может достигнуть 90%. В качестве добавок, кроме указанных выше,, можно применить нитрит натрия. В соответствии с инструкцией рекомендуется:
при конструкциях с Мп=3:8 применять деревянную опалубку толщиной 30—40лл< и слой термоизоляции для укрытия незаопалублснной части;
при конструкциях с Мп = 8ч-12 и более опалубку и открытые бетонные поверхности следует дополнительно утеплять.
По данным временной инструкции [51] для ориентировочных расчетов при разогреве обычного бетона на 55° С при начальной температуре 15°С можно пользоваться табл. 8.
Кузнецкметаллургстрой провел исследования и анализ данных, полученных на строительстве Западно-Сибирского металлургического завода. Для разогрева 1 м³ бетонной смеси до температуры 80° С требуется мощность 100—120 кВА (потребность такой мощности при разогреве жестких бетонов подтверждается и опытом стройтреста № 3 ГЛС).
Таблица 8

При наличии на строительной площадке четырех сменных бункеров емкостью по 1,1 м³ можно укладывать в смену по 40 м³. Кузнецкметаллургстроем также установлено, что время разогрева в основном зависит от расстояния между разноименными электродами и удельного сопротивления смеси. При напряжении 380 в оптимальным расстоянием является 330—350 мм. Наиболее высокая температура определена у электродов, под электродами и у дна бункера. В целях уменьшения испарения влаги электроды по длине должны быть закруглены, кромки тщательно обработаны.
Наиболее удобными следует считать бункера с тремя электродами. При расстоянии между ними 350 мм обеспечивается достаточно равномерный разогрев смеси за 10 мин при расходе электроэнергии 35—40 кВт-ч/м³. Срок эксплуатации бункеров в основном зависит от качества изоляции в местах крепления электродов. Вполне удовлетворительной является текстолитовая пластина, защищенная резиновой прокладкой.
Большое влияние на равномерность температурного поля при пользовании способом электропрогрева оказывает степень однородности электрического поля, зависящая от конструкции бункера и электродов.
ВНИИ заводской технологии сборных железобетонных конструкций и изделий предложена новая конструкция электродов (авторское свидетельство Вегенера, Винарского и др. № 245611). Такой электрод предотвращает обезвоживание и загустевание смеси в приэлектродной зоне и обеспечивает равномерный разогрев смеси по всему сечению емкости. Электрод представляет собой стальную пластину с наваренной к рабочим кромкам полой металлической трубой. При расстоянии между электродами 20, 25, 30, 40 см диаметры труб соответственно могут быть приняты 40, 50, 60 и 80 мм.
Наиболее рациональным следует считать подогрев смеси от сети напряжением 380/220 в с использованием приборов простейшей автоматики.
Автоматизация разогрева бетонной смеси, заключающаяся в отключении электродов от питающей сети при достижении заданной температуры, упрощает производство работ, позволяет в достаточно больших количествах экономить электроэнергию, способствует повышению безопасности работ.
Установки для электроразогрева бетонных смесей могут работать в следующих режимах:
порционном с нерегулируемой скоростью разогрева; установки, выполненные с таким режимом, сравнительно просты по своей конструкции и находят широкое распространение на строительных площадках; при пользовании такими установками бетонная смесь должна быть одинакового качества, т. е. иметь сравнительно стабильное удельное сопротивление;
порционный разогрев с регулируемой скоростью; установка, выполненная по такому режиму, довольно сложна, так как необходимо регулировать расстояния между электродами или напряжение;
непрерывный разогрев с нерегулируемой скоростью можно осуществить в конструктивно простых установках лоткового типа с нагревом на движущейся транспортерной ленте;
непрерывный разогрев с регулируемой скоростью; установка получается достаточно сложной и, следовательно, применима при непрерывном производстве изделий;
пульсирующий способ; бетонная смесь проходит через нагревательное устройство; энергия подается порциями ритмично с постоянными интервалами между циклами.
Способ ускоренного твердения бетона. Этот способ исследован кафедрой строительных материалов Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова. Бетонная смесь после укладки и предварительного вибрирования в форме (или опалубке) подвергается быстрому электроразогреву, а затем вновь уплотняется и выдерживается до приобретения бетоном распалубочной прочности. Установлено, что изменение температурных полей на отдельных участках изделия не превышает 8—12° С.
По выводам Горьковского инженерно-строительного института в условиях полигона, электропрогрев бетонной смеси непосредственно в формах (опалубке) более эффективен, чем горячее формование, так как исключаются потери тепла, связанные с повышенным водосодержанием бетонной смеси, с перегрузкой ее из бункера и с нагревом формы. Кроме того, формование изделий из смесей, имеющих обычную температуру, упрощает технологию производства, а сравнительно медленный их разогрев требует меньшей мощности электрооборудования в 1,5-2 раза.
Формование изделий из предварительно разогретого бетона с дополнительным обогревом. Время выдерживания изделий, отформованных из предварительно разогретых электрическим током бетонных смесей, можно сократить, применяя дополнительный обогрев (прогревая форму или помещая ее в среду с повышенной температурой). Например, на Бескудниковском заводе железобетонных изделий отформованные из разогретой бетонной смеси панели помещают в туннельную камеру, обогреваемую ТЭНами. В этой камере создаются более благоприятные условия для равномерного разогрева бетона.
Индукционный прогрев переменным током промышленной частоты. Этот метод основан на тепловом действии вихревых токов, наводимых электромагнитной индукцией. Электрическая энергия первичной обмотки (индуктора) переходит в энергию переменного магнитного потока, превращаясь внутри изделия, имеющего электропроводный материал (арматурный каркас, металлическая опалубка), вновь в электрическую, а затем тепловую.
Тепловой эффект индукционного прогрева получаем при изготовлении железобетонных изделий в деревянной опалубке (ток индуктируется в арматурном каркасе) и металлической опалубке (ток индуктируется в каркасе и металлической опалубке), а также при изготовлении бетонных изделий в металлической опалубке (ток индуктируется в опалубке).
При индукционном способе прогрева по сравнению с обычным расход электроэнергии несколько выше и составляет 110—130 кВт-ч/м³.
По данным Главмосстроя [79] расход электроэнергии при индукционном прогреве колонн объемом 0,48 м³ составлял 48 кВт-ч.
Импульсный индукционный прогрев. Принцип прогрева остается индукционный, но температурный режим осуществляется с периодическим включением индукторов. Периоды включения индукторов и твердения бетона без потребления электроэнергии определяются расчетом. Затем для каждого типа конструкций или изделий экспериментально проверяются.
Индукционный способ термообработки бетонных и железобетонных изделий с использованием установки с излучающими поверхностями. Такая установка разработана Белорусским политехническим институтом и Минским ДСК-1 и внедрена па ДСК-1. Установка представляет собой сваренную из стального листа прямоугольную камеру, в которой размещаются изделия (панели). По длине камеры снаружи по слою асбеста навита медная шина. Сущность способа заключается в том, что по индукции нагреваются стенки камеры и за счет излучения стенок нагреваются изделия.
Температура стенок камеры достигает 200° С, воздуха в камере—120°С, поверхности керамзитобетона — 80—90° С. Перепады температуры в панелях составляют 4—10° С. Расход электроэнергии в среднем 70 кВт·ч/м³. При устройстве туннельной электроиндукционной камеры потери тепла снижаются и расход электроэнергии может составить 40— 45 кВт-ч/м³. Этот способ рекомендуется применять как на заводах, так и на полигонах.
Прогрев с применением токов высокой частоты. Исследования этого способа проводились ЛИСИ в содружестве с СНИПКБ Главленстройматериалы.
14зделие помещается в специальную герметическую камеру с плоскими электродами. Конструкция камеры обеспечивает тепловлажностный режим и плавное изменение расстояния между электродами (от последнего зависит интенсивность нагрева изделия). Источником токов высокой частоты является серийно выпускаемая установка типа ЛД1-10. Температура до 85° С поднимается не более чем за 10 мин.
ЛИСИ проведено исследование предварительно разогретого бетона токами высокой частоты в специальном бункере, которое показало, что бетон практически разогревается равномерно по всему объему. Незначительные отклонения температуры в отдельных точках изделия могут быть объяснены неоднородностью бетонной смеси; влияние расположения арматуры на распределение температуры в бетоне практического значения не имеет. Бетон сохраняет необходимую подвижность для заполнения формы и формования на вибрационной площадке. Предварительно разогретая токами высокой частоты бетонная смесь, способствуя сокращению цикла термообработки, обеспечивает расчетную прочность изделия без опасения структурных нарушений.
Прогрев бетона аналогично способу электроотогрева замерзших трубопроводов. Этот способ был применен автором при прогреве стыков между плитами АЦ-1 и АЦ-2 42-метрового перекрытия теннисного корта в Ленинграде (рис. 4).

Рис. 4. Строительство теннисного корта в Ленинграде. Плиты перекрытия уложены, но еще не замоноличены.
По длине прогреваемого участка бетона предварительно до укладки бетона укладывается или утапливается (подобно плавающим электродам) в уже уплотненный бетон арматурная проволока диаметром по расчету (достаточно диаметром 6—10 м) и включается как сопротивление во вторичную цепь обычного сварочного трансформатора. При этом тепло нагретой проволоки передается бетону. Нагрев проволоки и, следовательно, температуру прогрева бетона можно регулировать величиной прогреваемого тока с помощью регулятора, имеющегося при сварочном трансформаторе.
В данном случае проволока диаметром 6 мм утапливалась в продольные и частично поперечные бетонные стыки перекрытий (марка бетона 300), затем прикрывалась кирпичом или досками для лучшего сцепления с бетоном.
С учетом возможностей производства работ к сварочному трансформатору были присоединены параллельно две проволоки длиной по 50 м, т. е. одновременно прогревались стыки длиной в 100 м.
Температура наружного воздуха была около 0°С, а температура бетона достигала плюс 50° С, нагрузка трансформатора не превышала 60 а.
В целях исключения утечек тока не допускались соединения проволоки с закладными частями плит и заложенной в места стыков сеткой.
Греющая опалубка. При этом способе можно использовать трубчатые электронагреватели (известен опыт Главмосстроя) или нагревательный провод марки КСОП, выпускаемый отечественной промышленностью и предназначенный для обогрева наземных спортивных сооружений и закрытого грунта в сельскохозяйственном производстве. Этот провод имеет константановую жилу диаметром 0,85 мм, изоляцию из стеклянного волокна, пропитанного в глифталевом лаке, и защитную свинцовую оболочку. Допустимая температура нагрева до 100° С. Можно применить провод марки ПСВХ, имеющий стальную жилу.
Безобогревный способ замоноличивания стыков железобетонных конструкций. Этот способ представляет интерес, так как не требует специального теплоносителя, в частности электроэнергии.
Способ основан на введении в растворные и бетонные смеси противоморозных добавок, таких как азотистокислый натрий (нитрит натрия), углекислый калий (поташ), алюмокалиевая сульфатокарбонатная добавка. Эти добавки не вызывают коррозии арматуры и металлических закладных частей, не дают высолов и пятен на поверхности затвердевшего бетона (раствора). Нитрит натрия снижает температуру замерзания бетона до —19,6° С, а поташ до —36,5° С. Количество добавки зависит от температуры наружного воздуха и марки бетонной смеси.
Предварительные технико-экономические расчеты показывают, что механизированный безобогревный способ замоноличивания стыков крупнопанельных зданий на 25—30% дешевле, чем прогревный способ.
Электропрогрев стыков с помощью инвентарной металлической опалубки. Этот способ, внедренный на Горьковском ДСК, позволяет осуществить электропрогрев вертикальных замоноличенных стыков при монтаже крупнопанельных домов.
Опалубка служит одновременно двумя электродами (профиль уголка). Прогрев ведется с помощью трансформатора ТСПК-20 при вторичном напряжении 36 в и силе тока 150—200 а.
Для того чтобы производить прогрев одновременно нескольких стыков, от трансформатора прокладывают магистральную линию и к пей присоединяют провода от опалубки — электродов каждого из стыков по мере окончания бетонирования.
Режим прогрева следующий: в течение 5—6 ч производится равномерный подъем температуры до 70° С и затем выдерживание (изотермический прогрев) 3—3,5 ч. Прочность бетона стыков при этом достигает не менее 35% проектной прочности.
Нагрев бетона инфракрасными лучами. При этом способе нагрев бетона, уложенного в конструкцию, в изделие в форме или встык, производится с помощью генераторов инфракрасных лучей.
В качестве генераторов инфракрасных лучей успешно применяются трубчатые электронагреватели Лианозовского завода на напряжение 75, 110, 127 и 220 в типа ЭТ, а также лампы инфракрасного излучения ЗС на напряжение 127 и 220 в мощностью 250 и 500 Вт.
Этот способ используется, когда необходимо ускорить твердение бетонных изделий.
При прогреве бетона водонапорных башен инфракрасные излучатели размещают в коробах, подвешиваемых по периметру башни с наружной стороны, и по мере бетонирования короба поднимают вверх одновременно с подвижной опалубкой.
Несмотря на большую продуваемость и охлаждение бетонных поверхностей расход электроэнергии на строительстве водонапорной башни с внутренним диаметром 10 м и высотой 53,1 м в г. Калинине, выполненной Главэлеваторспецстроем, составил 100—120 кВт-ч/м³.
Генераторы инфракрасного излучения Лианозовского завода на напряжение 220 в были помещены в короба-отражатели корытообразной формы и подвешивались на лесах по периметру башни. По мере бетонирования инфракрасные отражатели поднимались вверх одновременно с подвижной опалубкой. Во избежание пересушки в зоне термообработки поверхность их покрывалась полиамидной пленкой, которая вместе с герметизирующей резиновой лентой образовывала вокруг бетона передвижную микропропарочную камеру.

Известны исследования по термообработке бетонных стыков инфракрасными лучами, проведенные Московским инженерно-строительным институтом им. Куйбышева, УралНИИ- стромпроект, трестом Челябинскпромстрой.