Электрообогрев бетона

в) с помощью высокотемпературных нагревателей инфракрасного излучения

Краткая характеристика и рациональная область применения: обогрев бетона осуществляется по периферийным зонам конструкции путем подачи тепла непосредственно на бетон или опалубку. Применяется при возведении монолитных конструкций различной конфигурации и армированных по любой схеме, а также при сушке теплоизоляционного бетона и штукатурки.

Ориентировочный   расход  электроэнергии     на 1 м3 бетона, кВт/ч: 120 -200

Примечание: Обогрев осуществлять с обязательной защитой неопалубленных поверхностей от потерь влаги. Температура на обогреваемой поверхности не должна превышать 80-90°С. В качестве нагревателей используются лампы, трубчатые, спиральные, проволочные и другие нагреватели — с температурой на поверхности нагревателя выше 300°С.

4. Нагрев бетона в электромагнитном поле (индукционный)

Краткая характеристика и рациональная область применения: Нагрев железобетонных конструкций линейного типа с равномерно распределенной по сечению арматурой путем устройства индуктора вокруг элемента. Применяется при прогреве густоармированных монолитных конструкций, с равномерно распределенной по сечению арматурой, таких как: колонны, ригели, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, стволы труб и силосов, коллекторы и опускные колодцы, сваи и перемычки, а также при замоноличивании стыков каркасных конструкций.

Ориентировочный   расход  электроэнергии     на 1 м3 бетона, кВт/ч: 110 -150

Примечание: режимы прогрева — мягкие. Скорость подъема температуры — не выше 20°С/ч. Нагрев бетона происходит от нагреваемой в электромагнитном поле арматуры или обогрев бетона от металлической опалубки. Нагревание бетона через арматуру или обогрев его опалубкой производить по мягким режимам. Температура на контакте арматуры или опалубки с бетоном не должна превышать 80°С.

5. Конвективный прогрев с применением электрокалориферов

Краткая характеристика и рациональная область применения: Применяется для обогрева бетона в перекрытиях, стенах, перегородках (замкнутые пространства)

Ориентировочный   расход  электроэнергии     на 1 м3 бетона, кВт/ч: 120 — 200

Примечание: режимы прогрева мягкие. Прогрев бетона осуществляется нагретым воздухом, перемешиваемым вентиляторами. Нагретый воздух может подаваться по шлангам в местные брезентовые тепляки вокруг прогреваемых конструкций.

Интенсификация твердения бетона при применении методов электротермообработки является следствием повышения химической активности воды и вследствие этого ускоренного протекания физикохимических процессов при повышении температуры (как и при других методах термообработки бетона).
В этом случае образующиеся при твердении бетона фазовый состав новообразований и структура при обеспечении соответствующих температурно-влажностных условий идентичны таковым у бетонов, твердеющих в нормальных условиях.
Электротермообработка при оптимальных режимах прогрева, обеспечивает получение бетонов с заданными физико-механическими свойствами (прочностью на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкостью, сцеплением с арматурой и др.), существенно не отличающимися от свойств бетонов, твердевших в нормальных условиях.

Особенности методик

Прогрев бетона с помощью сварочного аппарата обладает своими особенностями:

• время нагрева бетонной конструкции серьезно зависит от температуры окружающей среды;
• залитую цементно-песчаную смесь следует накрывать тонким слоем опилок, дабы избежать чрезмерного испарения воды из толщи цементно-песчаной смеси;
• следует избегать чрезмерного перегрева конструкции.

Технология прогрева бетона электродами включает два вида:

1. Сквозной.
   Подобный вид нагрева применяется для бетонных конструкций, имеющий сложную форму или большую толщину. Как правило, при таком методе прогрева все электроды устанавливаются на расстоянии не менее 30 миллиметров от опалубки.
2. Периферийный.
   Электроды устанавливаются на поверхности конструкции. Метод позволяет извлечь нагревающие элементы после застывания залитой бетоном площадки.

При осуществлении прогрева электродами следует учитывать следующие факторы:

• испарение влаги, вследствие которого необходимо все время регулировать подаваемый на электроды ток;
• нагреваемая поверхность должна быть полностью накрыта теплоизоляционным материалом, чтобы повысить КПД электродов и уменьшить тепловые потери;
• при стержневом прогреве все электроды следует располагать на одинаковых расстояниях, во избежание перегревов отдельных участков;
• неэффективность электродного прогрева для малых конструкций;
• необходимость замера текущей температуры цементно-песчаной смеси через определенные промежутки времени;
• схема подключения токопроводящих элементов для прогрева бетона электродами должна быть разработана для каждого случая индивидуально.

Прогрев бетона сварочным аппаратом.

При использовании сварочного устройства специалисты рекомендуют:

• изолировать поверхность прогреваемой конструкции для избегания серьезных тепловых потерь;
• стараться ограничить потерю воды при применении сварочного устройства для прогрева железобетонного сооружения;
• подключать к сварочному аппарату только подходящие для текущих работ электроды;
• устанавливать контрольную лампу накаливания, для проверки напряжения;
• постоянно следить за температурой конструкции и не допускать перегревов;
• не замыкать сварочную цепь на внутрибетонную арматуру, поскольку такой метод невероятно энергозатратен.

Прогрев бетонных конструкций при помощи специальных кабелей обладает серьезными преимуществами, перед нагревом с использованием трансформаторного сварочного устройства:

• питание от бытовой электрической сети 220 вольт;
• существенное сокращение времени застывания бетона;
• высокая экономность;
• сравнительно простая конструкция;
• возможность автоматической поддержки температуры в монолитной конструкции.

Твердение и набор бетоном прочности при низких температурах

При снижении температуры бетона ниже +50С его твердение и нарастание его прочности резко замедляются, а при температуре равной температуре замерзания практически прекращаются. При отрицательных температурах вода в свежеуложенном бетоне может и замерзнуть. Одновременно прекращается не только твердение бетона, но и под воздействием льда может начаться разрушение слабой структуры бетона. После оттаивания и дальнейшего твердения такой бетон будет иметь пониженную прочность, что объясняется разрывом кристалликами льда связей между зернистым наполнителем и цементным камнем. Для того чтобы свежий бетон был устойчив к замерзанию используют специальный состав бетонной смеси и обеспечивают твердение при положительной температуре. Ниже приведены данные о времени, необходимом для достижения стойкости к замерзанию (с учетом норм СНиП 3.03.01-87, таб. №6):

Есть 3 способа создать благоприятные условия для твердения бетона зимой при отрицательных температурах окружающего воздуха:

1. Бетонирование производят предварительно разогретой бетонной смесью, а далее сохраняют тепло в бетоне;
2. Используют обогрев сформированных бетонных конструкций;
3. Для приготовления бетонной смеси используют противоморозные химические добавки.

Чаще всего зимнее бетонирование производят с использованием сочетания вышеперечисленных мероприятий.

Разогрев бетонной смеси

Станция для прогрева бетона СПБ-35 Дуга

Производят в процессе приготовления бетона. Температуру разогрева выбирают в зависимости от длительности и способа транспортировки бетона к месту укладки и температуры окружающего воздуха

Важно, чтобы к моменту окончания формирования монолитной бетонной конструкции температура в теле бетона не опустилась ниже +150С. После кладки бетонной смеси конструкцию накрывают теплоизолирующим материалом, чтобы твердение бетона происходило при положительной температуре

Бетонирование массивных монолитных конструкций производят с учетом температуры, выделяющейся при гидратации цемента. Для определения точной температуры внутри твердеющего бетона в него помещают датчики температуры.

Применение противоморозных добавок

используют для предотвращения замерзания бетона при транспортировке и укладке бетонной смеси. В качестве противоморозных добавок для приготовления бетона используют:

• хлорид кальция (ХК);
• нитрат кальция (НК);
• смесь, состоящую из нитрита кальция и нитрата кальция (ННК);
• смесь из нитрита, нитрата и хлорида кальция (ННХК);
• хлорид натрия (ХН);
• нитрит натрия (НН);
• сульфат натрия (СН);
• карбамид (мочевина);
• поташ (П);
• формиат натрия;
• фильтрат технического пентаэритрита.

ХК и СН – наиболее эффективные противоморозные добавки. При этом они могут вызывать коррозию арматуры и образовывать высолы (белый налет) на поверхности. Поэтому их применение строго ограничено. Бетонные смеси с входящими в их состав небольших дозировок НК и формиата натрия можно использовать при температуре окружающего воздуха до -200С, не опасаясь коррозии арматуры и появления высолов на поверхности бетона.

Противоморозные добавки исполняют сразу две функции: они укоряют твердение бетона и одновременно понижают температуру замерзания воды. Вода остается в жидком виде, что позволяет бетону твердеть и при температурах ниже нуля.

.

Трансформатор для прогрева бетона

Для прогрева бетона используют разные виды трансформаторов, предназначенные для определенных работ. С технической точки зрения такие агрегаты одинаковы и состоят из защитного шумопоглощающего кожуха, активной части, блока управления и выключателя. Они позволяют создавать монолитные конструкции при минусовой температуре, существенно ускоряют созревание раствора и сроки работ.

Трансформаторы для прогрева жидкого бетона имеют разное входное напряжение и номинальную мощность. На масштабных объектах часто практикуется одновременное использование нескольких агрегатов, что еще больше увеличивает скорость и объемы работ. Эта техника может продолжительно работать на открытом воздухе в температурном диапазоне +20°С до — 45°С, что делает ее незаменимой в условиях климата России.

Чтобы эксплуатация трансформатора была безопасной, нужно соблюдать определенные правила:

• монтаж проводов и непосредственную работу с оборудованием должны осуществлять только квалифицированные специалисты;
• запрещено использовать трансформатор в условиях среды, где возможны удары, тряска, вибрации и взрывы;
• нельзя транспортировать оборудование, которое включено в сеть;
• нагревательный кабель можно подключать к установке только при отключенной сети;
• категорически запрещено прогревать бетон трансформатором без заземления и защитного кожуха.

Подбирая нагревательную станцию, необходимо учитывать ее конструктивные особенности и будущие условия эксплуатации. Квалифицированный выбор трансформатора исключает кристаллизацию воды, гарантирует качество монолитной конструкции и быстрый срок сдачи объекта.

Технология укладки и прогрева ПНСВ

Прежде чем проложить греющий кабель для бетона, необходимо выполнить ряд подготовительных работ:

• Установите опалубку (можно инверторную) и арматурный каркас (следите, чтобы на этих элементах не было наледи).
• На уровне верхнего и нижнего армокаркаса разложите кабель (сильно натягивать нельзя) с шагом раскладки от 80 до 200 мм (в зависимости от температуры воздуха). Следите, чтобы провода ни в коем случае не пересекались и не соприкасались. Кабель крепится к арматуре при помощи проволочных скруток (1,2 мм), пластмассовыми хомутиками или стальными скрепками.

Полезно! Оптимальная схема укладки провода – «змейкой» (как показано на картинке). Длина петли 28-36 м.

• Установите трансформатор на дальше 25 м от рабочего участка и уложите рядом с ним резиновые коврики.
• Оборудуйте ограждение вокруг участка, на котором будет производиться обогрев бетона нагревательными проводами.
• Изготовьте секции шинопроводов (по схеме, приведенной ниже) и установите их вдоль захватки.

• Подключите провода ПНСВ к секциям шинопроводов.
• Подключите шинопровод к трансформатору и опробуйте его на холостом ходу.

Варианты схем подключения

При прогреве бетона кабелем чаще всего применяют схемы подключения типов «Звезда» или «Треугольник».

По схеме «треугольник» кабель разделяется на 3 одинаковые группы проводов, соединяющиеся параллельно. Получившиеся наборы соединяются концами в узлы и подключаются к 3 выходным зажимам КТП ТО-80/86.

Если вы используете схему соединения «звездой», то три равных отрезка проводов необходимо соединить одним концом в узел, а затем соединить три свободных «хвостика» в узлы и подключить к выходным зажимам КТП.

Когда все готово, можно переходить к укладке бетонного раствора и включению нагревающего провода.

Важно! Процесс нагрева нельзя начинать, если бетонная смесь уложена только частично

Технология прогрева

Прежде чем подключать оборудование, стоит уточнить время прогрева бетона:

Начальный период – разогрев. В этот отрезок времени температура должна оставлять не более 10 оС за 2 часа.
Промежуточный этап – нагрев по изотерме. Это очень важный момент на протяжении которого нельзя допускать температуры 80 оС и более.
Заключительный этап – остывание

В этот отрезок времен важно следить, чтобы скорость остывания бетона составляла не более 5 оС/ч.

Полезно! Не рекомендуется продолжать работы по прогреву бетона, после того, как раствор наберет 50% прочности.

Таким образом, бетон будет прогреваться от нескольких часов до трех дней, в зависимости от особенностей и типа строительного объекта.

Технология прогрева

Места проведения коммуникаций и расположение отверстий в бетонной поверхности нужно продумать до начала заливки состава. После установки системы и покрытия ее цементной смесью, любые работы с поверхностью могут повредить провода. Например, перед выполнением алмазного бурения материала нужно убедиться, что отверстие не будет проходить через кабель для обогрева бетона.

Правила укладки системы

Перед размещением обогревающей системы устанавливаются арматура и опалубка. Затем проводится раскладка ПНСВ, между витками проводов должен быть интервал 8−20 см. Величина промежутка зависит от ветра, температуры снаружи и влажности.

Кабель прицепляется зажимами к арматуре, без натяжения. Оптимальный радиус изгибов — больше 25 см. Ведущие ток жилы не должны пересекаться, расстояние промежутков между ними — 1,5 см, такое расположение позволяет избежать короткого замыкания.

Необходимо проверить следующие моменты перед заливкой раствора:

• температура подготовленной смеси выше +5 °C;
• в опалубке нет льда;
• схема правильно подключена;
• холодные концы имеют оптимальную длину.

К кабелю ПНСВ прилагается инструкция, которую важно соблюдать при установке системы обогрева. Существуют два варианта подключения через шинопровода — по схемам «звезда» и «треугольник»

При первом способе три однотипных кабеля объединяются в узел, затем свободная тройка контактов подсоединяется к трансформатору. Устройство питания размещается на расстоянии до 25 м от места соединения. Участок материала, который будет нагреваться, защищается ограждением.

Подключение системы производится только после окончания заливки раствора. Использование прогревочного кабеля для бетона ПНСВ включает следующие этапы:

1. Ведется разогрев, в час температура должна повышаться на 10 °C. Большая скорость нарушит равномерность прогревания материала.
2. Нагревание осуществляется при постоянном значении температуры. Бетону необходимо набрать половину от показателя технологической прочности. Оптимальная температура 60 °C, максимально возможная — 80 °C.
3. Материал медленно остывает. Скорость его охлаждения не должна превышать 5 °C в час, иначе произойдет растрескивание структуры.

Если все работы были проведены правильно, то бетон достигнет соответствующей марки прочности. После проведения нагрева кабель остается в материале и играет роль вспомогательной армирующей конструкции.

Кабели ВЕТ и КДБС можно подключать через розетку или щитовую к сети 220 В, они также имеют деление на секции, что предотвращает перегрузки. Но их стоимость значительно выше, чем проводов ПНСВ.

Прогревать бетон также можно с применением трубчатого электронагревателя (ТЭН) и электродов. В раствор вставляется арматура и подключается к источнику питания — сварочному аппарату или другому понижающему трансформатору. Для этого варианта нагревательный кабель не нужен, но потребуются значительные затраты энергии. Проводником в бетоне выступает вода, а при затвердевании материала сопротивление будет возрастать.

Расчет длины ПНСВ

На определение длины кабеля ПНСВ влияет несколько факторов. Большое значение имеет количество тепла, которое будет подаваться на материал для затвердевания. На этот показатель влияют теплоизоляция, температура воздуха, форма и размеры конструкции, влажность.

Длина петли должна составлять в среднем 28−36 м. Если температура выше -5 °C, то укладка делается с шагом 20 см. При охлаждении, через каждые 5 градусов промежуток между жилами сокращается на 4 см. На отметке -15 °C он будет равен 12 см.

Важна также потребляемая мощность кабеля ПНСВ, она зависит от диаметра:

• 1,2 мм — 0,015 Ом/м;
• 2 мм — 0,044 Ом/м;
• 3 мм — 0,02 Ом/м.

Для этого сила тока в квадрате умножается на удельное сопротивление. Суммарная мощность находится из произведения полученного значения и общей длины провода. Напряжение трансформатора рассчитывается аналогично. Сила тока умножается на сопротивление, чтобы получить величину рабочего напряжения.

Провод ПНСВ — наиболее дешевый вариант для нагревания бетонной смеси. Но для его использования необходимы специальное оборудование и соответствующие знания. Теплоизоляция также снижает затраты на обогрев материала и позволяет повысить качество бетона благодаря равномерному остыванию.

Электродный прогрев.

Это наиболее популярная технология прогрева бетона. Она основана на выделении теплоты в процессе прохождения электрического тока через бетонную массу.

С этой целью в уложенный бетон помещаются электроды по определенной схеме. Расположение электродов должно быть таким, чтобы тепло, излучаемое ими, распределялись равномерно в среде бетонной массы.

Подогрев бетона в зимой производится на пониженном напряжении. Источником электрического тока могут быть понижающие силовые трансформаторы (однофазные или трехфазные), с напряжением вторичных обмоток от 50 до 127 В.

Мощность устанавливается с учетом условий окружающей среды. При низких температурах мощность увеличивается. Для того чтобы поддерживать температуру прогрева бетона в заданных величинах, трансформаторы снабжены регулировочными устройствами, с помощью которых можно регулировать величину тока.

Режим подогрева выбирается исходя из применяемых типов электродов. Наиболее популярные следующие типы электродов:

1. стержневые электроды. Обычно их изготавливают из стальной арматуры. Схема размещения и расчетный шаг определяется таким образом, чтобы участки подогрева перекрывали друг друга;
2. пластинчатые электроды. Такие электроды представляют собой поверхностные пластины, выполненные из кровельного железа или стали. Размещаются на каждой внутренней стороне опалубки. Каждая группа электродов подключается к различной полярности (фаза-ноль). Таким образом, ток начинает проходить по бетонной смеси от одной полярности к другой. Выделяемая при этом теплота будет подогревать бетон. Такие электроды применяются для прогревания слабоармированных конструкций небольших размеров;
3. полосовые электроды. Они размещаются по одну сторону конструкции. При этом разноименные полюса электрической цепи подключаются к рядом расположенным (соседним) электродам. Такая схема обеспечивает периферийный подогрев бетона. Электродная технология нашла применение при зимнем бетонировании плит, стен, полов, имеющих толщину не более 20 см;
   струнные электроды. Этот тип электродов применяется при прогреве бетона в зимнее время участков, длина которых намного превышает их поперечное сечение (колонны, стойки, балки и другие вертикальные сооружения). Для достижения оптимальной температуры прогрева струнные электроды располагаются по центру конструкции. К ним подключается фазный провод. Для создания разности потенциалов, нулевой провод подключается к опалубке. При этом опалубка должна быть металлической или деревянной обшитой кровельным железом. В некоторых случаях нулевой провод подключается к арматуре. В таком случае подогреваются и армирующие стержни.

К схемам подключения и размещениям электродов предъявляются следующие требования:

1. мощность установки должна обеспечить время прогрева бетона до температуры застывания;
2. схема подключения должна быть такой, чтобы максимально можно было снизить расход металла. С этой целью электроды рекомендуются располагать снаружи прогреваемой конструкции;
3. монтаж схемы подключения для прогрева бетона в зимнее время следует проводить до начала заливки.

Разновидности электролитов для прогрева бетона в зимнее время

Электропрогрев бетона выполняется с применением разных типов электродов.

Среди них:

1. Струнные модели. Создаются из прочной арматуры, длина которой составляет 2-3 м, а диаметр — 10-15 мм. Подходит для колонн и других объектов с вертикальным строением.
2. Стержневые. Выполнены в виде отрезков арматуры, толщиной 6-12 мм. Размещаются в растворе рядами. Расчет расстояния между электродами определяется опытным путем. Первый и последний элементы присоединяются к одной фазе, а остальные — ко 2 и 3.
3. На основе пластин. Фиксируются на разных краях опалубки без погружения в бетонную смесь и работают от разных фаз. Во время работы элементы формируют электрическое поле, под воздействием которого происходит прогревание бетона.
4. Полосовые. Являют собой металлические полоски, шириной 20-50 мм. Размещаются на поверхности раствора и запитываются от разных фаз. Подходят для обустройства или других горизонтальных конструкций.

Зачем прогревать бетон

Особенно такие условия актуальны при укладке бетона в зимнее время. Технология бетонирования в зимних условиях требует особой подготовки. Это вызвано следующими физическими свойствами компонентов бетонной смеси:

• в условиях отрицательных температур вода переходит в лед. Таким образом, в твердом состоянии она не может вступать в химическое соединение с цементом. В итоге не происходит реакция гидратации;
• одновременно в бетонной смеси, при переходе воды в лед, увеличивается ее объем. Этот процесс вызывает повышение внутреннего давления, что может вызвать разрушение замороженного бетона;
• после оттаивания воды и превращение ее в жидкое состояние процесс гидратации может возобновиться, но ранее разрушенные связи в замороженном бетоне зимой уже не восстановятся;
• нарушаются связи между цементным раствором, металлическими элементами армирования бетона и заполнителем. Это происходит потому, что замерзая, вода образует возле арматуры и заполнителей ледяные включения, которые постепенно расширяясь, снижают процесс адгезии.

Перечисленные факторы в конечном результате резко снижают технические параметры бетона (прочность, плотность, стойкость и долговечность). С другой стороны, если свежий бетон уже приобрел стабильное состояние, то вышеупомянутые неблагоприятные условия ему уже не опасны.

Таким образом, при работах с бетоном в зимний период следует создавать такие температурные условия, при которых бетонная смесь приобретет заданную прочность без разрушений структуры.
Следовательно, уход за бетоном в зимнее время заключается в правильном выборе технологии его обогрева.

Для этого разработаны ряд технологических процессов приготовления, подачи и укладки бетона при пониженных температурах. Учитывая специфику каждого процесса можно разработать график прогрева бетона в зимнее время.

Существует несколько способов прогрева бетона в зимнее время:

1. поддержание первоначальной теплоты ингредиентов бетонной смеси. Это значит, что сначала отдельно подогревается вода и заполнитель, а затем приготавливается заливочная смесь. При этом подогрев цемента не допускается;
2. использование тепла, выделяющегося при затвердевании бетона – метод «термоса»;
3. технология прогрева бетона при отрицательной температуре искусственным методом.

Как же прогревать бетон в зимнее время?

Существуют несколько технологий искусственного прогрева бетона зимой. О них далее.

Методика прогрева и укладки провода

Подготовительные работы, которые проводятся перед монтажом схемы:

1. Сборка опалубки и армирующего каркаса. Все элементы этих конструкций должны быть освобождены от наледи.
2. Провод укладывается на одном уровне с верхним и нижним рядами армирующего каркаса, без натяжения и сильного провисания, шаг укладки – 80-200 мм, конкретное расстояние зависит от погодных условий и уличной температуры. Пересечений и соприкосновений провода допускать нельзя, крепить кабель к арматуре следует пластиковыми хомутами, в крайнем случае – проволокой в изоляции или металлическими скрепками.

Крепление греющего провода к арматуре каркаса

Калькулятор расчета

Крепление провода стальными скрепками

1. Понижающий трансформатор должен находиться от стройплощадки на расстоянии ≥ 25 м.
2. Вокруг участка, на котором будет производиться бетонирование и обогрев раствора, устанавливается ограждение.
3. ПНСВ подключается к секциям шин, к которым подключено питание от трансформатора.
4. Шинопровод подключается к трансформатору, производится пробный холостой запуск электрической схемы на предмет проверки правильности сборки.

Схема должна учитывать реальное время прогревания бетонной смеси:

1. Первоначальный период – это разогрев. Увеличение температуры в этом временном отрезке должно быть в пределах 10°С за 120 минут.
2. Основной рабочий период – нагревание, при котором нельзя греть провод выше 80°С.
3. Последний период работы схемы – остывание. В это время бетон должен остывать со скоростью ≤ 5°С в час.