Предварительный электропрогрев бетонных смесей
Сущность этого способа1 заключается в форсированном электроразогреве бетонной смеси непосредственно перед укладкой в опалубку, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании по методу термоса или с дополнительным обогревом.
Электроразогрев смеси ведут током промышленной частоты и напряжением 380 В. Температура разогретых бетонных смесей на портланддементах колеблется от 70 до 95°С, время разогрева порции смеси 5—10 мин.
С повышением температуры бетонные смеси быстро загустевают, т. е. теряют свою подвижность. Для замедления процесса загустевания в них вводят пластифицирующие добавки: сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), винсол, мылонафт, абиетат натрия и др.
Для уменьшения теплопотерь электроразогрев бетонной смеси ведут в специально оборудованных бадьях или в автосамосвалах с последующей разгрузкой смеси непосредственно в опалубку.
Бадьи для электроразогрева бетонной смеси (рис. 16-1) представляют собой поворотные бункера с сегментными затворами и тремя пластинчатыми электродами, Электроды, закрепленные к корпусу бадьи через изоляторы, имеют по контактной шпильке для включения в электросеть. Емкость таких бадей колеблется от 0,5 до 2,0 м3. Количество бадей на объекте подбирают, исходя из сменного потока бетонной смеси, вида транспортных средств, типа крана и т. п.
На объекте вблизи места бетонирования оборудуют пост предварительного электроразогрева смеси (рис. 16-2) — горизонтально спланированную площадку или деревянный боек размером 6X6 м с сетчатым ограждением по периметру высотой 1,5—1,7 м. На площадке устанавливают бадьи для электроразогрева. Щит управления разогревом выносят за ограждение.
Бетонную смесь из транспортных средств разгружают в электроразогревные бадьи и равномерно распределяют между электродами, для чего кратковременно включают вибраторы на бадьях. Для уменьшения теплопотерь бадьи утепляют, а с наветренной стороны у поста разогрева ставят деревянные щиты.
Корпуса бадей с бетонной смесью заземляют и присоединяют к ним нулевые провода от питающей сети, затем подключают к сети электроды. Для контроля за температурой разогрева в бетонную смесь устанавливают термометры или термодатчики. После проверки надежности контактов обслуживающий персонал выходит за ограждение и на электроды подают напряжение. По достижении заданной температуры смеси напряжение отключают и бадьи со смесью подают к месту бетонирования.
Укладывать бетонную смесь нужно быстро и по возможности непрерывно. С целью снижения теплопотерь промежуточные перегрузки разогретой смеси не допускаются, а высоту ее свободного падения уменьшают до 1,5 м.
При подаче бетонной смеси из транспортных средств в опалубку электроразогрев ее ведут непосредственно в автосамосвалах. Для этого на объекте оборудуют пост разогрева (рис. 16-3) — на огражденной горизонтальной площадке для выезда автосамосвала со смесью размещают тельфер, блок опускных электродов и электрощит.
Автосамосвал со смесью заводят на площадку и кузов его заземляют. С помощью тельфера в кузов со смесью опускают блок электродов, исключая касания ими кузова. После установки термометров или термодатчиков обслуживающий персонал должен выйти из опасной зоны и затем на электроды подают напряжение.
По окончании разогрева отключают ток, извлекают электроды отключают заземление кузова и бетонную смесь разгружают в опалубку. Открытые поверхности уложенного бетона закрывают слоем толя или полиэтиленовой пленки и утепляют шлаковатой, опилками или пенополистирольными плитами.
Уложенный разогретый бетон, имея значительный запас тепла и выделяя экзотермическое тепло, может твердеть без дополнительного обогрева, т. е. выдерживаться методом термоса. Этот метод при модуле поверхности конструкции не более 5 применяют практически при любых морозах. Во время выдерживания бетона нужно систематически контролировать его температуру. В случае ее падения ниже расчетной температуры бетон дополнительно утепляют.
Для выдерживания конструкций с модулем поверхности от 5 до 12 можно применить способ термоса, если температура наружного воздуха не ниже —20?25°С. При больших морозах бетон в таких конструкциях нужно дополнительно обогревать.
Метод предварительного злектроразогрева бетонной смеси в настоящее время достаточно широко распространен благодаря ряду преимуществ. К ним относятся технологическая простота, небольшой расход электроэнергии (50—90 кВт·ч/м3), небольшая длительность тепловой обработки бетона, безопасность. Этот метод позволяет также увеличить дальность транспортирования бетонных смесей.
Виброуплотнение горячей бетонной смеси повышает качество бетона, так как при этом исключается его тепловое расширение.
Обогрев бетона инфракрасными лучами
При этом методе производят периферийный обогрев уложенного бетона. Источниками инфракрасного излучения могут служить металлические трубчатые излучатели (ТЭНы) и стержневые карборундовые излучатели.
ТЭН состоит из металлической трубки диаметром 9—18 мм, внутри которой расположена нихромовая спираль, а пространство между спиралью и внутренними стенками трубки заполнено периклазом — кристаллической окисью магния. Для обогрева монолитного бетона применяют ТЭНы типа НВСЖ (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий) или НВС (нагреватель воздушный сушильный). Мощность их на 1 м длины колеблется от 0,6 до 1,2 кВт, а температура излучающих поверхностей — от 300 до 600°С. ТЭНы работают при напряжении 127, 220 и 380 В.
Карборундовые излучатели имеют мощность до 10 кВт·ч, а рабочая их температура достигает 1300—1500°С.
Инфракрасные излучатели в комплекте с отражателями и поддерживающими устройствами составляют инфракрасную установку. Эти установки имеют Сферические и трапецеидальные отражатели (рис. 16-4). Оптимальное расстояние между инфракрасной установкой и обогреваемой поверхностью 1—1,2 м.
Обогревать инфракрасными излучателями можно как открытые поверхности бетона, так и через опалубку. Для лучшего поглощения инфракрасного излучения поверхность опалубки покрывают черным матовым лаком. Температура на поверхности бетона не должна превышать 80—90°С. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые его поверхности закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом.
Для обеспечения равномерности нагрева вертикальных конструкций при условном делении их высоты на три части на нижнюю 1/3 должно приходиться 50% мощности инфракрасного излучения, на среднюю — 30%, на верхнюю — 20%. Чтобы прогреть смесь в краях установок с коробчатыми отражателями, излучатели в них размещают так, чтобы мощность краевых излучателей была не менее 50%.
Инфракрасные установки ставят на таком расстоянии друг от друга, чтобы прогреть все участки бетонной поверхности.
Прогрев бетона инфракрасными лучами условно делят на три периода: выдержку бетона и его разогрев; изотермический прогрев; остывание.
Общую продолжительность прогрева и время отдельных периодов определяют расчетом.
Инфракрасный обогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона. При использовании инвентарных излучателей не требуется дополнительно расходовать металл на электроды. Ориентировочный расход электроэнергии на прогрев бетона 120—200 кВт·ч/м3.
Способ инфракрасного обогрева применяют для термообработки бетона в тонкостенных конструкциях с большим модулем поверхности (например, стен, бетонируемых в скользящей опалубке, плит, балок). Этот метод применяют также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах, при укладке бетона в штрабы, а также для отогрева арматуры, закладных деталей и «активной» поверхности опалубки-облицовки перед укладкой в нее бетона.
Индукционный прогрев
Способ термообработки бетона в электромагнитном поле (индукционный прогрев) основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля. При этом энергия магнитного поля преобразуется в тепловую в арматуре или стальной опалубке и передается бетону.
Интенсивность термообработки при индукционном прогреве не зависит от электрофизических свойств бетона, а определяется электрическими и магнитными свойствами источников тепла, т. е. арматуры и металлической опалубки, и напряженностью магнитного поля.
Индукционный прогрев применяют для термообработки линейно протяженных железобетонных конструкций (например, колонн, балок, труб, каналов).
Различают две принципиальные схемы индукционного прогрева: по схеме индуктивной катушки с железом и по схеме трансформатора с сердечником. Более широко применяют первую схему. При этом прогреваемая конструкция находится в полости индукционной обмотки, выполненной в виде цилиндрического или прямоугольного соленоида. Тепло выделяется стальной опалубкой или арматурой, направление которой совпадает с осью соленоида.
При расчете параметров индукционной системы определяют: число витков N обмотки индуктора при заданном режиме термообработки и выбранном напряжении Uт, силу тока в индукторе I, коэффициент мощности cos?, полную мощность системы Рс.
Число витков индуктора определяют по формуле
где R0 — полное сопротивление системы, Ом; Н — напряженность магнитного поля, А/см; Uт — напряжение электрического тока, В.
Силу тока определяют из выражения
где h — длина (высота) индуктора, см.
Коэффициент мощности системы определяют по формуле
где г0 — активное сопротивление системы, Ом.
Полную мощность системы определяют по формуле
где Pas — активная электрическая мощность индуктора, кВт.
По условиям безопасности индукционный прогрев смеси ведут на пониженном напряжении от 36 до 12 В. При обеспечении надежной изоляции напряжение можно повысить до 220—380 В.
Перед началом бетонирования по наружным граням конструкции устанавливают деревянные шаблоны для размещения витков индуктора. Для компенсации теплопотерь в местах соприкасания укладываемого бетона с наружным воздухом или ранее уложенным бетоном шаг между витками уменьшают.
В пазы шаблона укладывают изолированный провод соответствующего сечения, который образует своеобразный индуктор. Для отогрева ранее уложенного бетона, арматуры и металлической опалубки включают индукционный прогрев их до бетонирования.
Для увеличения прочности бетона рекомендуется выдерживать его в течение первых 2—3 ч после укладки при минимальной положительной температуре (5—8°С). Для этого периодически включают индуктор на 5—10 мин в каждый час предварительного выдерживания.
Скорость подъема температуры бетона в зависимости от модуля поверхности, степени армирования и материала опалубки колеблется от 5 до 15°.
По достижении бетоном расчетной температуры напряжение либо отключают и бетон выдерживают методом термоса, либо переходят на изотермическое выдерживание. Для этого индуктор переключают на более низкое напряжение или переходят на импульсный режим работы, т. е. периодически включают и выключают напряжение.
Индукционный прогрев имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами электротермообработки бетона. Он обеспечивает равномерность прогрева по сечению и длине конструкции, позволяет вести без дополнительных источников тепла предварительный отогрев арматуры, металлической опалубки и ранее уложенного бетона; достаточно просто вести прогрев насыщенных арматурой каркасных конструкций; исключить расход металла на электроды.
Примерный расход электроэнергии при индукционном прогреве 120—150 кВт·ч/м3 бетона.
Целесообразно применять этот метод для термообработки бетона сильно насыщенных арматурой каркасных конструкций.
Применение термоактивной опалубки
Термоактивной называют опалубку, металлические щиты которой оснащены электрическими нагревательными элементами и утеплены.
Примером удачной конструкции термоактивной опалубки может служить конструкция, разработанная в ЦНИИОМТП (рис. 16-5) на основе стальной опалубки «Монолит-72». Ее металлические щиты с тыльной стороны имеют электрические нагреватели, выполненные из кабеля с большим омическим сопротивлением, нихромовой проволоки, тканых стальных или латунных сеток или трубчатых электронагревателей.
Электронагревательные элементы должны быть надежно изолированы от щита. На некотором расстоянии от нагревателей укладывают слой фольги, затем слой утеплителя из шлако- или стекловаты. Для защиты утеплителя от увлажнения и механических повреждений щит имеет фанерную крышку. Для включения в' электрическую сеть щит опалубки имеет вилку инвентарного разъема, на которую выведены все концы электронагревателей.
Термоактивная опалубка потребляет электрический ток напряжением 40—121 и 220 В.
Мощность, потоебляемая термоактивной опалубкой на 1 м2 поверхности, колеблется в значительных пределах (табл. 16-1).
Паропрогрев бетона ведут путем пуска пара в тепляки и паровые рубашки (рис. 16-6, а — г), а также с помощью специальной капиллярной опалубки (рис. 16-6, д).
Способ паропрогрева в тепляках (рис. 16-6, а, б) применяют для выдерживания бетона фундаментов, башмаков и фундаментных плит. Пар подают в тепляки по шлангам; тепляки устраивают из подручных материалов или делают переносными, обеспечивая при этом достаточную теплоизоляцию бетона.
Паровые рубашки (рис. 16-6, в, г) устраивают при бетонировании колонн, ригелей, балок и плит междуэтажных перекрытий с модулем поверхности 10—20 м—1. Такие рубашки представляют собой пространство, образованное опалубкой и паронепроницаемой обшивкой, по которому циркулирует пар. Обшивку ведут по ребрам или хомутам опалубки. Для снижения теплопотерь обшивку обивают пергамином или полиэтиленовой пленкой и утепляют. Пар в рубашку подают по шлангам снизу; для его прохождения в горизонтальных ребрах (хомутах) устраивают отверстия. При прогреве в паровых рубашках горизонтальных конструкций пар подают через 1,5—2,0 м длины конструкции.
Недостаток паровых рубашек — неравномерность прогрева и большой расход пара.
Для прогрева колонн и стен применяют более эффективную капиллярную опалубку (рис. 16-6, д). Она конструктивно несколько проще, чем паровые рубашки, и на ее устройство требуется меньше материалов. Деревянные щиты со стороны, обращенной к бетону, имеют треугольные или прямоугольные пазы, которые зашивают стальными полосками. Внизу щита устроен горизонтальный распределительный короб со штуцером для шланга-паропровода.
Щиты капиллярной опалубки устанавливают так, чтобы пазы-капилляры были вертикальны. После закрепления щитов их утепляют плитами из шлако- или стекловаты. Паропрогрев в такой опалубке более эффективен вследствие лучшей теплоотдачи. Однако отдельные капилляры могут закупориваться конденсатом и ухудшать процесс термообработки бетона. Несмотря на сложность, паропрогрев применяют благодаря хорошему качеству термообработки.
Охрана труда
При бетонировании в зимних условиях рабочие чаще всего получают в стесненных условиях тепляков ожоги паром, нередки случаи электротравматизма и отравления хлористым кальцием.
К бетонированию в зимних условиях допускают рабочих, получивших специальный инструктаж и обеспеченных необходимой спецодеждой и средствами индивидуальной защиты. К обслуживанию паровых сетей, электроустановок и контролю за режимами термообработки допускают только специально подготовленных рабочих (электриков, операторов, лаборантов).
При бетонировании в тепляках между рабочими, которые находятся там, и машинистами кранов бетононасосов или транспортеров должны быть установлены зрительная, звуковая или радиосвязь.
В случае приготовления бетонной смеси с добавкой хлористого кальция необходимо исключить попадание его раствора или паров в помещение операторской.
При предварительном электроразогреве бетонной смеси запрещается подавать напряжение на электроды без предварительного заземления бадей или кузова автосамосвала и выхода обслуживающего персонала за пределы огражденной опасной зоны. Входить в эту зону для замеров температуры бетонной смеси и других целей разрешается только после снятия напряжения.
Подключать и обслуживать электронагреватели инфракрасного излучения разрешается только специально обученному персоналу. При этом должны быть приняты меры против ожогов и электротравматизма.
Места термообработки бетона индукционным способом (при напряжении 220—380 В), а также с применением термоактивной опалубки необходимо ограждать и в ночное время включать сигнальное освещение.
Все подающие паропроводы должны быть тщательно изолированы и при необходимости испытаны. При появлении утечки пара подачу его нужно временно прекратить для устранения утечки. Выходить рабочим в тепляки разрешается только после отключения подачи пара и снижения температуры в нем до 50°С.
Примечания
1. В отдельных работах этот метод называют методом горячего термоса.