Инфракрасный
нагрев бетона
Он основан на передаче лучистой энергии от
генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную
среду.
Инфракрасный нагрев применяют при термообработке монолитных стыков
сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с укладываемым;
он рационален для нагрева горизонтальных тонкостенных конструкций (плит,
оболочек), обогрева «активной» поверхности железобетонной несъемной опалубки и
др.
Обогревают инфракрасными лучами как открытые поверхности бетона, так и
закрытые опалубкой.
В качестве генераторов излучения используют трубчатые, стержневые
карборундовые излучатели. Удельная мощность таких излучателей – 0,6¸1,2 кВт/м, температура – 1300¸1500 °С.
Для работы излучателей инфракрасного нагрева применяются напряжения 127,
220, 380 В.
Генераторы излучения помещают в металлический сферический или
трапецеидальный отражатели.
Преимуществами метода являются:
простота изготовления и эксплуатации;
электробезопасность;
отсутствие необходимости в переоборудовании опалубки;
возможность отогрева основания, удаление наледи до бетонирования.
К числу недостатков можно отнести:
существенная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и
подключением к электрической сети инфракрасных излучателей;
высокий удельный расход электроэнергии.
Применение противоморозных добавок
Противоморозные добавки снижают температуру замерзания воды, ускоряют
процесс твердения бетона.
Противоморозные добавки применяют в количестве 3¸10 % от массы цемента; количество
добавок зависит от температуры бетона, вида добавки.
К химическим добавкам, ускоряющим твердение бетона, относятся: хлористые
соли – NaCl (хлорид натрия) и CaCl2 (хлорид кальция), NaNO3 (нитрат натрия), Na2SO4 (сульфат натрия).
К добавкам, снижающим температуру замерзания воды в бетоне относятся: К2СО3
(углекислый калий или поташ), NaNO3,
комплексные добавки NaNO3 CaCl2, NaCl
CaCl2.
При бетонировании армированных конструкций необходимо применять добавки,
не вызывающие коррозию арматуры и не дающие высоты на поверхности бетона; к ним
относятся хлористые соли; нитрат натрия и поташ.
Добавку поташ применяют при наружной температуре до -25 °С.
Когда химические добавки вводят в бетонную смесь в количестве 10¸15 % массы цемента, то получают
холодный бетон. Холодный бетон в 28 суточном возрасте приобретает не более
половины проектной прочности.
Противоморозные добавки нельзя применять: в
конструкциях, работающих в агрессивной среде, содержащей примеси кислот,
сульфатов, щелочей; в конструкциях, подверженных в период эксплуатации тепловым
воздействиям более 60 °С; при расположении конструкций на
расстоянии менее 100 м от источника высокого напряжения.
Производство бетонных работ в условиях жаркого климата
Особенности производства работ
Условиями сухого жаркого климата являются условия, отличающиеся высокой
температурой (средняя в 13 ч дня – выше 25 °С) и низкой относительной влажности воздуха (меньше 50 %).
В условиях жаркого климата качество бетона зависит от качества
приготовления, транспортирования, подачи, укладки и ухода за ним. На всех этих
этапах необходимо создать технологические условия, снижающие процесс
обезвоживания бетона.
На технические и технологические свойства бетонной смеси в условиях
сухого жаркого климата оказывают существенное влияние выбор исходных материалов,
состав бетона, режим ухода за ним.
Выбор исходных материалов для приготовления бетонной смеси
Если конструкция не находится под водой или во влажной среде, то не
допускается применение шлакопортландцемента или пуццоланового портландцемента
класса ниже В30. Лучше всего применить высокоактивный портландцемент, который
обладает высоким темпом начального твердения и меньшей влагоотдачей.
Особые требования выдвигаются и к крупным заполнителям.
Если бетонная смесь используется для наземных конструкций, подверженных
частому циклическому нагреву, то следует использовать крупный заполнитель с
почти таким же коэффициентом теплового расширения, как и для цементно-песчаной
смеси. Для бетонных конструкций класса до В 22,5 необходимо применять вместо
гравия щебень; гравий обладает меньшей величиной сцепления с цементным
раствором и снижает прочность бетона на растяжение и трещиностойкость.
Особое внимание необходимо обратить на бетонные смеси с пористыми
заполнителями. Они, с одной стороны, в результате отсоса заполнителями части
связанной воды, при высокой температуре и низкой влажности теряют свою
подвижность; с другой стороны, бетон на пористых заполнителях в процессе
твердения меньше, чем бетон на тяжелых заполнителях испытывает отрицательное
влияние жаркой и сухой погоды.
В условиях высокой температуры и низкой влажности в бетонную смесь,
независимо от вида крупного заполнителя, необходимо вводить химические добавки;
они уменьшают водопотребность бетонной смеси и снижают потерю подвижности.
В условиях жаркого климата на твердеющий бетон оказывают влияние
нижеперечисленные факторы:
выделение тепла бетоном вследствие гидратации цемента;
передача тепловой энергии излучением из окружающей среды;
накопление бетоном теплоты за световой день;
выделение теплоты с поверхности бетона в окружающую среду конвективным
путем (собственное излучение и отражение).
При ведении бетонных работ надо обеспечить необходимую подвижность
бетонной смеси перед ее укладкой.
Существуют различные способы сохранения требуемой подвижности бетонной смеси:
увеличение расхода воды, но это вызывает соответствующий расход цемента;
снижение температуры бетонной смеси в процессе ее приготовления; и
обеспечение сохранности консистенции бетонной смеси при транспортировании и
укладки.
Снизить температуру смеси можно:
смачиванием заполнителей охлажденной водой;
обдуванием заполнителей холодным воздухом;
добавлением льда в количестве до 50 % массы воды;
добавлением в бетонную смесь жидкого азота;
введением в бетонную смесь при приготовлении поверхностно-активных
добавок – 0,4¸0,5 %
массы цемента.
Важной технологической задачей является предохранение бетонной смеси от
обезвоживания после укладки в опалубку.
С этой целью применяют следующие способы:
периодический полив водой;
укрытие гидрофильными материалами: песком, опилками, мешковиной,
соломенными и камышовыми матами, с последующим постоянным увлажнением;
укрытие пароводонепроницаемыми материалами: брезентом, полимерной
пленкой, с обеспечением замкнутого пространства;
пропитывание полимеризующимися гидрофобными композициями;
нанесение на поверхность пленкообразующих составов;
укрытие поверхности теплоизоляционными материалами: полимерной пеной,
термовлагоизоляционными покрытиями.
Как показывают результаты исследований, полив бетона не только не
предохраняет бетон от обезвоживания, а вызывает так называемый термический удар
через 10¸15 минут после полива: интенсивная
потеря влаги, ухудшение поровой структуры и возникновение растягивающих
напряжений в поверхностных слоях бетона более чем на 50 % больше допустимых.
При производстве бетонных работ в условиях высоких температур и низкой
влажности используют в основном искусственные пленки. Правильный выбор пленки
является весьма важным. Например, полиамидные пленки, являются прочными,
эластичными, прозрачными, но под влиянием солнечной радиации у них появляются
микро и макро трещины; они разрушаются при деформациях.
Для обеспечения в условиях жаркого климата нормальных
температурно-влажностных режимов, используют пленки с функциональным защитным
покрытием с коэффициентом лучистой энергии до 80 %; такое покрытие обеспечивает
снижение скорости подъема температуры в 4 раза, но такие покрытия разрушаются
при воздействии воды.
При бетонных работах в условиях сухого жаркого климата начальная усадка
бетона и скорость ее протекания увеличиваются почти в два раза по сравнению с
твердением бетона в летний период с умеренным климатом. В этой связи
необходимо, чтобы промежуток времени между укладкой бетона в опалубку и началом
ухода за ним был наименьшим.
Интенсификация твердения бетона
В условиях высокой температуры воздуха и низкой влажности путем
сокращения сроков выдерживания бетона можно снизить уровень его обезвоживания.
С этой целью используют методы интенсификации твердения бетона. Методы
ускоренного твердения позволяют бетону достигнуть проектной или критической
прочности.
Вместе с тем величина критической прочности не должна быть ниже 50 %
проектной прочности.
Применяются следующие методы ускоренного твердения в условиях сухого
жаркого климата:
метод предварительного форсированного электроразогрева бетонной смеси;
применение ускорителей твердения в композициях с пластифицирующими
добавками;
метод тепловой обработки;
применение высокоактивных цементов.
Из перечисленных методов наиболее эффективным в некоторых случаях
оказывается метод тепловой обработки, т. к. обеспечивает получение бетоном в относительно
сжатые сроки необходимой прочности. Известно, что если бетон набрал 70¸80 % проектной прочности, то в
дальнейшем, в условиях сухого климата, отпадает необходимость в специальном
уходе.
В районах с сухим жарким климатом один из путей снижения энергетических
затрат является использование энергии солнечной радиации. Так, например,
свежеуложенный бетон покрывают светонепроницаемой полиэтиленовой пленкой; она
пропускает лучистую энергию, но предотвращает потерю воды.
На заводах
железобетонных конструкций при полигонном изготовлении сборных конструкций
используют гелиоформы со светопрозрачными и теплоизолирующими покрытиями. Такие
установки обеспечивают получение в течение суток почти половины проектной
прочности. Этой величины достаточно для распалубливания бетонной конструкции.
Интересным и простым решением в использовании солнечной энергии является
прогрев бетона в результате выдерживания в «парниковом режиме» под
светопрозрачными пленочными покрытия. Этот дешевый и доступный метод может быть
широко применен для конструкций любой конфигурации, но наиболее эффективен он
для распластанных конструкций.
Методы ускоренного твердения бетона могут быть наиболее эффективными при
возведении многоэтажных зданий, высотных сооружений, в условиях сухого жаркого
климата.[11]
Часть II. «Бетонирование в условиях
отрицательных температур»
Особенности бетонирования в зимних условиях.
Понятие «зимние условия» при производстве бетонных
работ несколько отличается от общепринятого – календарного. Зимние условия
начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до 5
°С, а в течение суток наблюдается падение температуры ниже 0 °С.
Неукрытый бетон при температуре ниже 0 ∘С замерзает, физико-химические
процессы взаимодействия воды и цемента прекращаются, твердение бетона
приостанавливается. Одновременно внутри бетона появляются силы смерзания и
внутреннего давления, вызываемые увеличением объема воды при замерзании
примерно до 10 %.
При оттаивании твердение бетона в условиях
положительных температур возобновляется, но его прочность оказывается ниже
требуемой, снижается сцепление бетона с арматурой, уменьшается его плотность и
стойкость к воздействию внешних факторов. Однако опыт показывает, что если
бетон замерзнет не сразу после укладки, а через некоторое время, в течение которого
он успеет набрать определенную прочность, в последующем отрицательная
температура наружного воздуха не оказывает существенного влияния на
продолжающиеся процессы твердения, и бетон в конструкции приобретает заданную
прочность.
Минимальная прочность бетона к моменту возможного
замерзания называется критической. Для бетонов марок М100…М150 она не должна
быть менее 50 % проектной прочности, для марок М200…М300 – 40 %, для марок
М400… …М500 – не менее 30 %, но в любом случае не меньше 5 МПа; для конструкций
с предварительно напряженной арматурой, пролетных строений мостов и других
особо ответственных железобетонных сооружений – не менее 80 % проектной
прочности и 100 % для конструкций, подвергающихся сразу после выдерживания
действию расчетного давления воды.
Многолетняя практика производства работ в зимних
условиях, основанная на исследованиях советских ученых и опыте
строителей-производственников, дала возможность разработать современную
технологию зимних бетонных работ, предусматривающую специальные приемы подачи и
укладки бетонной смеси и особые условия выдерживания бетона.
Задача состоит в
том, чтобы искусственно создать и поддерживать температурно-влажностный режим
для твердения бетона, выдерживаемого при низких температурах воздуха, в течение
времени, требуемого для достижения бетоном критической или проектной прочности,
стремясь к ускорению срока распалубки конструкций.
Применяют несколько различных технологических приемов
создания искусственной среды для выдерживания бетона в зимних условиях. Это –
безобогревные методы, к которым относятся методы термоса и термоса с
химическими добавками, и методы искусственного подогрева конструкций,
включающие электротермообработку бетона, паро- и воздухопрогрев. В последнее
время расширяется область применения тепляков.
Подготовительные и транспортные работы.
До начала бетонных работ необходимо:
установить арматуру;
смонтировать опалубку;
подготовить и проверить исправность технологического оборудования для
подачи бетона в опалубку;
проверить и подготовить к работе вибраторы;
проверить наличие гидроизоляционного материала и утеплителя для укрытия
неопалубленных поверхностей и соответствие их требованиям технологической
карты;
проверить общее состояние нагревателей, термоактивных щитов и т.д.;
проверить соответствие омического сопротивления нагревателей и их
удельной мощности паспортным данным, электрическое сопротивление изоляции
нагревателей и коммутирующей разводки (величина сопротивления должна быть не
менее 0,5 Мом).
Для перевозки бетонной смеси в зависимости от осадки конуса, сроков
схватывания, дальности перевозок, состояния дорог, а также факторов окружающей
среды могут применяться следующие транспортные средства: автобетоносмесители,
автобетоновозы, автосамосвалы.
Средства, предназначенные для транспортирования бетонной смеси, должны
обеспечить сохранность ее свойств во время транспортирования, а также исключить
возможность влияния факторов окружающей среды. Доставка бетона к месту укладки
организуется таким образом, чтобы на месте укладки он имел заданную подвижность
и однородность, а изготовленный бетон отвечал бы требованиям проекта.
Выбор
рациональных маршрутов и разработку графиков доставки бетонной смеси с завода
на строительные объекты рекомендуется осуществлять в едином диспетчерском
центре с помощью автоматической системы управления (АСУ) бетонорастворными
заводами на электронно-вычислительных машинах.
Если количество объектов
незначительное и поток бетона мал, разрешается графики доставки бетона
разрабатывать вручную по специально составленным программам математическими
методами линейного и динамического программирования. Для сохранения технологических
свойств бетонной смеси необходимо соблюдать следующие требования:
. Транспортирование смеси осуществлять по дорогам с жестким покрытием и
без каких-либо дефектов.
. Стремиться к сокращению перегрузочных операций, желательно бетон
укладывать непосредственно в опалубки или в бетоноукладочное оборудование.
. С целью предотвращения расслаивания при выгрузке ограничить высоту
свободного падения бетона до 1,5 м, в противном случае обеспечить строительную
площадку вибролотками или виброхоботами.
При выборе автотранспортных средств для перевозки бетонной смеси необходимо
учитывать расстояние (или время) транспортирования, класс дороги, погодные
условия, подвижность смеси. Максимально допустимое расстояние перевозки
бетонной смеси (
табл. 1
табл. 2
Методы и режимы выдерживания бетона при отрицательных температурах.
Широкому развитию зимнего бетонирования способствовали
исследования советских ученых А. В. Барановского, А. В. Вавилова, Н. Н.
Данилова, А. М. Зеленина, А. Е. Кириенко, Б. А. Крылова, С. А. Миронова, В. В.
Михайлова, В. М. Москвина, В. Н. Сизова, Б. Г. Скрамтаева, И. Г. Совалова, В.
Ф. Утенкова, С. В. Шестоперова и др.
Как известно, бетон является искусственным камнем,
получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды н
заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение
цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и
кристаллических структур.
В стадии образования коагуляционной (связной)
структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг
них так называемые сельватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с
другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации.
Ускорение или замедление процесса образования и
твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей
способности цемента, определяемой его минералогическим составом.
Для твердения цементного камня наиболее благоприятная
температура от 15 до 25°С, при которой бетон на 28-е сутки практические
достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода,
содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на
9%.
В результате микроскопических образований льда в
бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи,
которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не
восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя
обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е.
монолитность бетона.
При оттаивании замерзшая свободная вода, вновь
превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за
ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже
прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15…20%. Особенно
вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.
Прочность, при которой замораживание бетона уже не
может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют
критической.
Таким образом, при бетонировании в зимних условиях
технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов
ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом
конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.)
или критической прочности.
Критическая прочность для бетонов марок ниже М200
должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок
М200…М300 – не ниже 40%, для бетонов марок М400…М500 – не ниже 30%. Для
предварительно напряженных конструкций прочность бетона к моменту замораживания
не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.
Тепляки
Конструкция тепляка обычно состоит из трубчатого
каркаса, обшитого фанерой и легким утеплителем.
Для бетонирования линейных сооружений можно применять
катучие тепляки, передвигающиеся по рельсовому пути.
Эффективность искусственных тепляков может быть
повышена при использовании в качестве укрытий пневматических конструкций.
Метод «термоса» наиболее эффективен для конструкции с
модулем поверхности меньше 6. Однако благодаря правильному выбору расчетных
параметров процесса термосного выдерживания бетона область применения метода
может быть значительно расширена.
Оптимальные значения расчетных параметров режима
термосного выдерживания могут быть выбраны с помощью математического
моделирования. В данном случае математические модели могут быть представлены в
виде системы взаимосвязанных параметров. При этом в качестве критерия
оптимальности принимают минимальную себестоимость 1 м3 бетона монолитных
конструкций.
Эффективность метода «термоса» в значительной мере
зависит от температуры бетона в момент его укладки в опалубку. Во избежание
потери подвижности температура бетона при выходе из бетоносмесительной машины
не должна превышать 35…45°С. В процессе перевозки и укладки смеси при
температуре ниже -20°С бетонная смесь остывает на 15…20°С.
В условиях, очень низкой температуры воздуха особенно
эффективен метод форсированного предварительного электроразогрева бетонной
смеси. Сущность метода заключается в том, что бетонную смесь перед укладкой в
опалубку в течение 5…15 мин интенсивно разогревают до 70…
Исследования показали, что электротепловой импульс,
внесенный в смесь до начала структурообразования, ускоряет гидратацию и
экзотермию, а виброуплотнение горячей смеси способствует образованию более
плотной структуры бетона. Выдерживание его в малотеплоемкой опалубке снижает
аккумуляцию тепла и теплоотдачу опалубки.
Недостатком существующих методов предварительного
электроразогрева бетонной смеси является перераспределение тепла в ней в
процессе разогрева и после отключения тока, что приводит к снижению
фиксированной к концу разогрева температуры. Это явление может быть устранено
при использовании кондуктивного разогрева бетонной смеси.
Суть метода сводится
к тому, что смесь разогревают в емкости с помощью низковольтных термоэлементов,
выполненных в виде стальных параллельно расположенных в емкости пластин. Тепло
от горячих пластин кондуктивно передается бетонной смеси, разогревая ее
равномерно по всему объему.
Следует иметь в виду, что при электроразогреве
бетонная смесь быстро теряет свои пластические свойства, поэтому необходимо так
организовать работу, чтобы время оперирования разогретой смесью не превышало 15
мин. Применение электроразогретых смесей при соответствующей технологии
бетонирования позволяет сократить время выдерживания бетона, улучшить его
качество и повысить коэффициент использования электроэнергии.
Наряду с этим
появляется возможность транспортировать бетонную смесь зимой на значительные
расстояния, укладывать ее на мерзлое основание и широко пользоваться
высокооборачиваемой металлической опалубкой. Кроме того, электроразогрев
наиболее экономичен по затратам электроэнергии, расход которой при температуре
наружного воздуха -15°С не превышает 40…
60 кВт-ч на 1 м3 бетона. Рациональная
область бетонирования с электроразогревом смеси – среднемассивные конструкции при
температуре до -40°С. Для массивных конструкций разогретые смеси применяют с
соблюдением мероприятий, исключающих трещинообразование в бетоне.
Эффективность метода повышается при использовании
быстротвердеющих цементов и химических ускорителей твердения.
При методе предварительного электроразогрева благодаря
тому, что бетонная смесь имеет высокую начальную температуру, бетон в
среднемассивных конструкциях приобретает до замерзания не менее 50% проектной
прочности в значительно более короткие сроки, чем при обычном выдерживании
бетона методом «термоса».
Расчеты показывают, что метод для конструкций
массивных и средней массивности оказывается экономичнее электропрогрева.
При применении предварительного разогрева бетонной
смеси метод «термоса» может быть использован для конструкций с модулем
поверхности до 10… 12.
В отдельных случаях выдерживания конструкций
используют метод электротермоса. Сущность этого метода заключается в том, что
смесь интенсивно разогревают электродами устанавливаемыми в бетонируемой
конструкции, с последующим термосным выдерживанием.
При выдерживании методом «термоса» температуру бетона
проверяют не менее 2 раза в сутки. Для этого термометры устанавливают в
специальные отверстия, созданные в бетоне с помощью деревянных пробок. После
измерения температуры отверстия закрывают паклей. Результаты температурных
замеров записывают в журналы бетонных работ.
При бетонировании в зимних условиях широко применяют
изотермический прогрев смеси электрическим током.
Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций
основан на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении
электрического тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов
включается в качестве сопротивления в электрическую цепь.
Для электропрогрева применяют одно- или трехфазный
переменный ток нормальной частоты (50 Гц), так как постоянный ток вызывает
электролиз воды в бетоне.
Электропрогрев бетона осуществляют при пониженных
напряжениях (50… 100 В).
Для прогрева малоармированных конструкций (с
содержанием арматуры до 50 кг на 1 м3) в исключительных случаях применяют
бестрансформаторный прогрев с напряжением электрического тока 120…220 В.
По способу расположения в прогреваемой конструкции
различают электроды внутренние (стержневые, струнные) и поверхностные
(нашивные, плавающие).
Стержневые электроды изготовляют из арматурной стали
диаметром 6… 10 мм. Их устанавливают через открытую поверхность бетона или
отверстия в опалубке с выпуском на 10…15 см концов для подключения к сети.
Стержневыми электродами прогревают фундаменты, балки, прогоны, колонны,
монолитные участки узлов пересечений сборных и других конструкций.
Термоактивная опалубка работает от электрического тока
напряжением 40…121 и 220 В, ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3
прогреваемого бетона 100…160 кВт-ч.
При использовании термоактивной опалубки температура
бетонной смеси в момент укладки не должна быть ниже 5°С. Прогрев ведут в
зависимости от модуля поверхности при 35…60°С со скоростью подъема
температуры 5…10°С/ч.
Для уменьшения теплопотерь и создания в прогреваемой
зоне режима пропаривания бетонируемые участки конструкций в процессе прогрева
рекомендуется укрывать полиэтиленовой пленкой, брезентом или рубероидом. Это же
рекомендуется и после снятия термоактивной опалубки, что исключает резкое
охлаждение бетона и появление трещин в результате температурных напряжений.
Стыки и другие участки железобетонных конструкций, где
применение термоактивной опалубки неудобно, а прогрев электродами может
привести, к пересушиванию бетона, прогревают другими способами. К ним,
например, относится прогрев стыков колонн в опалубке, состоящей из короба,
заполненного опилками, смоченными токопроводящим раствором.
Электрообогрев горизонтальных поверхностей
тонкостенных конструкций можно также осуществлять с помощью электрических
отражательных печей, цилиндрических приборов сопротивления и других
нагревательных приборов.
Инфракрасный обогрев относится к радиационным методам
прогрева. Его применяют для прогрева монолитных заделов стыков сложной
конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с вновь укладываемым и
других труднодоступных для прогрева мест. Генератор выполнен в виде закрытой
изоляцией электроспирали, помещенной в металлический рефлектор на расстоянии
5…
Имеется опыт использования инфракрасного обогрева и
при возведении тонкостенных сооружений в скользящей опалубке, где из-за
непрерывного бетонирования исключается контактный электропрогрев. При средней
скорости подъема скользящей формы около 2,5 м в сутки инфракрасные установки
обеспечивали прогрев бетона до 80°С и прочность бетона (к моменту остывания до
0°С) около 70% проектной. При этом расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого
бетона составил около 140 кВт-ч.
Индукционный метод прогрева бетона, или прогрев в электромагнитном
поле, относится к контактным методам. Он заключается в том, что вокруг
прогреваемого железобетонного элемента устраивают обмотку-индуктор из
изолированного провода и включают ее в сеть.
Под воздействием переменного
электромагнитного поля за счет перемагничивания и вихревых токов металлическая
опалубка и арматура нагреваются и передают тепловую энергию бетону. При этом
благодаря генерации тепла внутри конструкции (в арматуре) и снаружи (в
опалубке) в прогреваемом железобетонном элементе устанавливаются благоприятные
термовлажностные условия для твердения бетона.
Режим электропрогрева зависит от конструкции,
требуемой прочности бетона к концу прогрева, возможности менее интенсивного
остывания и за счет этого наращивания прочности после отключения электрического
тока, объема одновременно прогреваемых конструкций, наличия мощностей,
необходимых для электропрогрева, максимальной (пиковой) нагрузки сети.
Чем режим прогрева более интенсивен, тем он менее
энергоемок. Однако при, интенсивном подъеме температуры не исключено
пересушивание бетона и появление трещин в поверхностных слоях его при
остывании. Поэтому при электропрогреве нербходимо учитывать следующие
ограничения: скорость подъема температуры для массивных конструкций с Мп<
Паровой прогрев бетона позволяет обеспечить мягкий
режим выдерживания с наиболее благоприятными тепловлажностными условиями для
твердения бетона. Однако этот вид прогрева требует большого расхода пара
(0,5…2 т на 1 м3 бетона), а также большие затраты материалов на устройство
паровых рубашек, трубопроводов и т. д.
Максимальная температура при паропрогреве не должна
превышать 70…80°С при использовании портландцемента и 60…70°С –
шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.
Наиболее эффективно пропаривание конструкций с
Мп>8…10, имеющих относительно большие поверхности обогрева. Существуют
следующие способы паропрогрева:
прогрев в паровой бане, при котором пар подают в
огражденное пространство, где находится прогреваемое сооружение. Этот способ
требует повышенного расхода пара. Ограждение должно отстоять от опалубки на 15
см и быть паронепроницаемым, для чего устраивают пароизоляцию из толя.
Способ парового прогрева может оказаться эффективным
при бетонировании высотных конструкций в скользящей или переставной опалубках.
В этом случае пар подают под закрепленный к опалубке и свисающий вокруг
возводимой конструкции фартук.
Применение бетонов с противоморозными добавками
осуществляется при возведении монолитных бетонных и железобетонных сооружений,
монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных
конструкций, при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и
конструкций в условиях полигона при установившейся среднесуточной температуре
наружного воздуха и грунта не ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже
0 °С.
В настоящее время наиболее эффективными и проверенными
в производственных условиях противоморозными добавками являются
добавки-электролиты: поташ П, НН1, ХК, НК, ННК, ННХК, их комплексы НК ХН, НК М,
ННХК М и другие.
Все перечисленные добавки одновременно являются и
добавками-ускорителями схватывания и твердения бетонов и растворов, однако их
концентрация в «холодных» бетонах значительно (в 2…3 раза) превышает ту,
которая необходима для ускорения процессов твердения бетонов при температуре
выше 0 °С.
Кроме перечисленных к противоморозным добавкам также
относятся:
Карбамид (мочевина) М. Бесцветные кристаллы СО(NН2)2,
хорошо растворимые в воде.
Соединение нитрата кальция с мочевиной НКМ.
Нитрит натрия НН. Продукт в виде кристаллов NаNO2
белого цвета с желтоватым оттенком, а также в виде водных растворов.
Ускоряющая противоморозная добавка УПДМ.
Сбалансированная по компонентному составу жидкая смесь из отходов производства
ацетоуксусного эфира, ацетилацетона и нитрохлорактинида, взятых в соотношении
7:3:1 по объёму. Раствор темно-коричневого цвета.
Формиат натрия спиртовой ФНС. Отход нефтехимического
производства, представляющий 30. ..40 % водный раствор натриевых солей
муравьиной и серной кислот. Прозрачная жидкость от соломенного до
темно-коричневого цвета. Рекомендуемая дозировка 2…6 %, добавка вводится в
бетонную смесь с водой затворения.
Асол-К. Продукт из органических и неорганических
компонентов: водного раствора поташа, ингибиторов коррозии и модификаторов.
Добавка обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. При
положительных температурах вызывает быстрое схватывание смесей (от 5 до 30
мин).
Гидробетон – С-ЗМ-15. Противоморозная добавка для
бетонов и растворов с пластифицирующим действием. Жидкость темно-коричневого
цвета 34…36 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до
-15 °С.
Гидрозим. Жидкий антифриз для бетонов и растворов в
виде раствора 50 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре
до -15 °С. Не вызывает коррозии арматуры в бетоне.
Лигнопан-4. Противоморозная добавка для бетона и
железобетона с пластифицирующим действием. Водный раствор 40 % концентрации.
Обеспечивает твердение бетона при температуре до -18 °С. Дозировка: 2 % при
температуре до -5 °С, 3 % до -10 °С, 4 % до -15 °С.
ПОБЕДИТ-Антимороз. Противоморозная добавка для сухих
строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка –
2…8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения.
Аммиачная вода. Продукт (NH4OH),
представляющий собой аммиачный газ NН3, растворенный в обычной воде.
Добавки зарубежных производителей:
Бетонсан (Betonsan). Сухая бессолевая противоморозная
добавка, относящаяся к ускоряющим модификаторам, для строительных растворов.
Обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. Дозировка: 1…2 %
массы цемента. Производитель: ЗАО «Компания Конвент ЦЕНТР».
Сементол Б (Cementol В). Противоморозная
добавка-антифриз для бетонов и растворов. Обеспечивает твердение бетона при
температуре до 5 °С. Рекомендуется для бетонов на высокомарочном цементе с
повышенной экзотермией. Дозировка: 0,2…0,8 % массы цемента. Производитель:
Фирма ТКК (Словения).
Экономически рациональной противоморозной добавкой
является аммиачная вода, так как по сравнению с водными раствора поташа и
хлорида кальция имеет значительно меньший процент объёмного расширения и
поэтому является наименее опасной в отношении возможных деформаций от
расширения жидкой фазы с образованием льда.
В зависимости от расчетной минимальной температуры
наружного воздуха назначается определенная концентрация раствора аммиачной воды
затворения. В отличие от других противоморозных добавок аммиачная вода не
только не вызывает коррозии арматуры, но может служить анодным ингибитором
стали от коррозии в железобетонных конструкциях, содержащих хлористые соли.
Добавка не ухудшает сцепление арматуры с бетоном, не снижает морозостойкости
бетона, не вызывает высолов и образования пятен на поверхностях конструкций.
Аммиачная вода несколько замедляет сроки схватывания цементов, что позволяет
сохранять удобоукладываемость бетонной смеси от 4 до 7 ч.
Подбор и обоснование конструкции опалубки для бетонирования конструкции.
Применение индустриальных методов строительства обусловливает
использование инвентарной опалубки унифицированной конструкции, содержащей
ограниченное количестве элементов. Выбор типа опалубки определяется видом и
геометрическими размерами бетонируемых конструкций, принятыми способами
выполнения арматурных и бетонных работ.
Опалубка и опалубочные работы должны
выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 23478-79 «Опалубка для
возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Классификация и
общие технические требования», а также СНнП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие
конструкции».
В зависимости от используемых для изготовления материалов
опалубка бывает: деревянная, металлическая, пластмассовая, из материалов на
основе цементных вяжущих, из мягких материалов или комбинированная (рис.9).
Материал опалубки определяется заданием на проектирование.
Рис. 9. Классификация опалубки по материалам.
По функциональным и конструктивным признакам различают опалубки:
разборно-переставную, блочную, горизонтально перемещаемую, объемно-переставную,
скользящую, несъемную, пневматическую в термоактивную (рис. 10). Для возведения
монолитных конструкций целесообразно применять унифицированные конструкции
опалубки, которые содержат ограниченное количество элементов и их типоразмеров
с максимальным использованием взаимозаменяемых профилей, деталей, узлов, что
способствует более эффективному производству работ.
Рис. 10. Классификация опалубки по конструктивным признакам.
Опалубка из унифицированных элементов может быть:
мелкощитовой с установкой отдельных щитов вручную, а также после
укрупнения мелких щитов в плоские панели или пространственные блоки с помощью
крана;
крупнощитовой – только для установки краном со щитами, имеющими длину
2,1-9м и размеры по высоте 2,8 или 3м;
готовых арматурно-опалубочных блоков (армокаркасов с навешенной на них
опалубкой) с установкой их также с помощью крана. В опалубке смешанной
конструкции в качестве палубы могут быть использованы доски толщиной 28 мм,
сплоченные в четверть или в шпунт, древесноволокнистые плиты, листы пластика,
водостойкой фанеры или металлические листы толщиной 2 мм.
При проектировании рекомендуется применять щиты комбинированные с
обвязкой из уголков и палубой из древесноволокнистых плит.
При использовании мелкощитовой опалубки для возведения серии однотипных
монолитных конструкций продуктивнее применять крупноразмерные панели и блоки,
предварительно собираемые из мелких элементов опалубки. Это значительно снижает
трудоемкость устройство опалубки и повышает производительность труда
опалубщиков.
Минимальная трудоемкость опалубочных работ возможна при
использовании крупноэлементных видов опалубки из крупных щитов и блок-форм. При
применении крупнощитовой опалубки для временного крепления и выверки ее щитов
для первого яруса опалубки используют встроенные инвентарные подкосы-упоры, а
для последующих – растяжки.
При бетонировании фундаментов под каркас здания и
одиночные стойки или колонны эффективно применение жестких металлических
блок-форм при количестве однотипных монолитных конструкций не менее 30-ти при
их высоте до 2 м и объеме 4-8. При разнотипных конструкциях н количестве
однотипных конструкций менее 30-ти целесообразнее использовать универсальные
блок-формы, выполненные из набора унифицированных крупноразмерных элементов,
монтируемых и соединяемых в различных сочетаниях.
Универсальная
блочно-раздвижная опалубка содержит трансформирующиеся панели с последующей их
фиксацией. Такую опалубку для возведения столбчатых фундаментов можно применять
с незначительной переналадкой при бетонировании симметричных и несимметричных
конструкций с любым количеством и различными размерами.
Горизонтально
перемещаемые опалубки (катучая, тоннельная, горизонтально скользящая) используют
для возведения горизонтальных конструкций высотой до б м. Минимальная
непрерывная протяженность для эффективного использования опалубки при высоте
возводимых конструкций до 6 м должна составлять не менее 40 м, а при высоте 2 м
– не менее 80 м.
При возведении монолитных конструкций в стесненных условиях,
т. е. при затрудненном демонтаже опалубки, а также сжатых сроках производства
работ рационально обустройство несъемной опалубки, остающейся в теле
сооружения. Это позволяет сэкономить строительные материалы и существенно
сократить трудоемкость и сроки производства работ за счет исключения
распалубливания конструкций и ряда дополнительных работ после него (затирки
поверхности бетона, срезки и удаления опалубочных креплений, заделки отверстий
от элементов крепления, различных пустот).
В качестве несъемной опалубки
используют плиты: железобетонные толщиной 80-300 мм, армоцементные толщиной
25-35 мм, стеклоцементные толщиной 10-18 мм, фибробетонные толщиной 20-30 мм, а
также унифицированные дырчатые бетонные блоки (УДБ), асбесто-цементные плиты и
трубы, металлические листы, тканую металлическую сетку.
Для щитов из
армоцемента оптимальная единичная площадь 0,5-0,6 м2, а для щитов из
стеклоцемента 0,8 – 0,9 м2. При устройстве несъемных опалубок предпочтение
отдают, как правило, железобетонным оболочкам толщиной 20-30 мм,
изготавливаемым методом пневматического набрызга с нарезкой щитов требуемых
размеров с помощью алмазно-абразивных кругов.
Это исключает обустройство
доборной опалубки, а также перепуски несъемной. При бетонировании фундаментов
под колонны несъемную опалубку собирают в опалубочные блоки. При сборке блоков
конструкции опалубки крепят прихваткой на сварке выпусков опалубки с арматурой
возводимой конструкции.
При сжатых сроках производства работ и невозможности или
нецелесообразности изготовления отдельных видов несъемной опалубки (например,
при небольших объемах или отсутствии полигона) для устройства монолитных
конструкций применяют в качестве несъемной опалубки типовые сборные
железобетонные конструкции: плиты, фундаментные блоки, лотки, тюбинги.
При выполнении работ на месте возведения монолитных конструкций
целесообразно их устройство с использованием армоопалубочных блоков.
При возведении железобетонных конструкций в зимнее время и интенсификации
твердения бетона применяют термоактивную опалубку с наружными электродами и
нагревательными элементами. Наружные электроды выполняют с наружной стороны
фанерной опалубки в виде нашивных металлических пластин или путем
металлизированного покрытия.
По сравнению с нашивными пластинами при втором
способе снижаются трудоемкость, материалоемкость и стоимость работ. В качестве
нагревателей, обычно устанавливаемых на металлической опалубке, целесообразно
использовать стандартные нагревательные элементы: греющие провода ПОСХВ,
ПОСХВТ, нагревательные кабели типа КННС, ТЭНы, углеграфитные нагреватели.
Нагревательные провода применяют при невысокой температуре изотермической
выдержки бетона (40…50°С), кабель типа КННС – в многооборотных инвентарных
опалубках при высоких температурах прогрева, ТЭНы-в конструкциях крупногабаритных
опалубок. Разработанные НИИСПом Госстроя УССР на базе углеграфитных тканей в
термоактивной опалубке применяют углеродистые нагреватели.
Модульные
нагреватели выполняются эластичными, гибкими и жесткими. Температура нагрева
достигает 180″С. Их сравнительно высокая стоимость компенсируется
многократной оборачиваемостью и долговечностью. Монолитные конструкции возводят
обычно в один ярус.
Применение же поярусной схемы возведения таких конструкций
возможно только при технической неприемлемости одноярусного возведения. При
этом следует руководствоваться следующими рекомендациями: при высоте
конструкций 4-8,5 м – два яруса, а более 6 м – три яруса.
При производстве опалубочных работ на высоте до 3 м используют небольшие
подставки в виде инвентарных столиков, а на высоте более 3 м-блочные подмости.
Перед бетонированием все виды опалубочных щитов, за исключением
несъемных, покрывают антиадгезионными покрытиями, в качестве которых служат
водостойкая фанера, резина, полиэтилен или полипропилен. Предпочтительнее
покрытия, обладающие большей долговечностью и наименьшей адгезией к бетону,
например полиэтиленовые листы толщиной 3-5 мм.
После выбора и обоснования
принятой опалубки определяют ее объемы, а также подсчитывают объемы работ по
устройству лесов, поддерживающих опалубку. Поддерживающие элементы опалубки
обычно изготавливают из металла. В большинстве случаев инвентарные
металлические леса изготовляются централизовано, совместно с заготовкой щитов
опалубки.
Конструкция поддерживающих опалубку устройств (лесов) зависит от типа
опалубки, пролета и др. При ее расчете следует выбирать наиболее невыгодные
сочетания нагрузок. Прогиб элементов опалубки под воздействием воспринимаемых
ими нагрузок не должен превышать следующих значений: для опалубки открытых
лицевых поверхностей конструкций – 1/400 пролета элемента опалубки, а для
скрытых поверхностей конструкций- 1/250 пролета элемента опалубки; для упругого
прогиба или просадки поддерживающих опалубку, щитов – 1/1000 свободного пролета
соответствующий конструкции.
Основные указания по ТБ при производстве СМР в условиях отрицательных
температур.
При
производстве бетонных работ в зимних условиях необходимо соблюдать требования
ГОСТ 12.1.013-78
<#”888346.files/image016.gif”>.=B
n=
– площадь охлаждаемой поверхности констр. V-объем бетон. констр.
Схема подключения электродов.
табл.4
Скорость подъема температуры при тепловой обработке бетона должна
составлять: при модуле поверхности Mnдо 4 – не более 5 °С/ч, при Mn
от 5 до 10 – не более 10 °С/ч, при Mnравном 10-15 °С/ч.
Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки
для конструкций с модулем поверхности Mn:
до 5 – не более 2…3 °С/ч;
от 5 до 10 – не более 5 °С/ч;
свыше 10 – не более 10 °С/ч.
Температура изотермического прогрева бетона tmaxне должна превышать значений,
приведенных в табл.5
tmax=80 °С
Принимаем ЦЭ=0
Rр=18%
Rо=72%
Rи=Rтреб-
(Rр Rо)=70-18-72=-
Задание 2
Рассчитать режим электродного прогрева при бетонировании монолитного
железобетонного ростверка, определить требуемую электрическую мощность для
прогрева и необходимое напряжение на электродах в период подъема температуры и
изотермического прогрева.
Требуемая мощность трансформатора считается по формуле:
тр=Руд
Значение удельного электрического сопротивления считается по формуле
Соответствие номеров графиков и удельных электрических сопротивлений
Графики зависимостей расстояний между электродами и удельной тепловой
мощности.
Условные обозначения, I-2, I-3, I-4, I-5 – при напряжении 49 В; II-1,
II-2, II-3, II-4, II-5 – 60 В; III-1, III-2, III-3, III-4, III-5 – 70 В; IV-1,
IV-2, IV-3, IV-4, IV-5 – 35 В; V-1, V-2, V-3, V-4, V-5 – 103 В; VI-1, VI-2,
VI-3, VI-4, VI-5 – 121 В; расчетное удельное электрическое сопротивление 1, 2,
3, 4, 5 – соответственно 2, 4, 8, 12, 16 Ом · м; при ширине полосовых
электродов 0,02 м – 1′, 2′, 3′, 4′, 5′ и 0,05 м –
1″, 2″, 3″, 4″, 5″
Руд=6,95 Pтр=Руд3. lэл=15 см. lкр.=7,5 см.
=121 В.
Выбираю трансформатор ТМ 63/6.
Пример схемы подключения электродов.
Задание 3
Требуется разработать конструктивные решения опалубки при условии, что
бетон должен приобрести требуемую прочность течение заданной продолжительности
остывания при использовании способа термоса.
Исходные данные:
Табл.6
Определяем объем бетона в конструкции:
V=h
Определяем площадь поверхности охлаждения конструкции:
F=2(
Определяем модуль поверхности конструкции:
– коэффициент теплопередачи через опалубку, кВт/(м2 °С)
Теплопроводность материалов:
Толщина теплоизоляционного слоя:
В итоге установлено, что конструкция опалубки должна состоять из сосновой
доски толщиной 25 мм, одного слоя толя толщиной 1 мм, слоя минеральной ваты
толщиной 17 мм и фанеры толщиной 4 мм.
Список использованной литературы
1. Руководство
по производству бетонных работ в зимних условиях, районах дальнего Востока,
Сибири и Крайнего Севера. Центральный научно-исследовательский и
проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической
помощи строительству (ЦНИИОМТП) Госстроя СССР: Москва Стройиздат 1982
. Руководство
по прогреву бетона в монолитных конструкциях. РАСН, НИИЖБ, под редакцией Б. А. Крылова;
С. А. Амбарцумяна; А. И. Звездова Москва 2005г. 270с.
. СНиП
III-15-76. Бетонные и железобетонные конструкции монолитные
. Черкаев
Юрий Павлович, Жихарев Александр Александрович. Расчет параметров
электропрогрева при бетонировании конструкций в зимних условиях: методические
указания к практическому занятию по дисциплине «Строительство в зимних
условиях» для студентов направления «Строительство», образовательная программа
«Промышленное и гражданское строительство», всех форм обучения / сост.: Ю. П. Черкаев,
А. А. Жихарев.- Кемерово: КузГТУ, 2021.
. Черкаев
Юрий Павлович. Бетонные работы в условиях отрицательных температур:
методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Строительство в
экстремальных условиях» для студентов направления подготовки «Строительство» /
Ю. П. Черкаев. – Кемерово: КузГТУ, 2021
. Черкаев
Юрий Павлович. Методические указания к практическому занятию по дисциплине
«Строительство в зимних условиях» для студентов специальности 270102
«Промышленное и гражданское строительство» всех специализаций и форм обучения.
Ю. П. Черкаев. – Кемерово: КузГТУ, 2021
. СНиП
12-03-2002 Безопасность труда в строительстве, часть 1. Государственный комитет
Российской Федераций по строительству и жилищно-коммунальному комплексу
(ГОССТРОЙ РОССИИ) Москва 2001
. СНиП
12-04-2002 Безопасность труда в строительстве, часть 2. Государственный комитет
Российской Федераций по строительству и жилищно-коммунальному комплексу
(ГОССТРОЙ РОССИИ) Москва 2002
