Ускорение твердения бетона методами электротермообработки
Электротермообработка является основным методом интенсификации твердения бетона при возведении монолитных конструкций зданий и сооружений в зимнее время. Не менее эффективной она оказалась и в летнее время, поскольку обеспечивает быстрое твердение бетона при незначительных затратах электроэнергии. В районах с сухим и жарким климатом применение электротермообработки позволяет благодаря интенсификации твердения связать значительную часть воды затворения химически и физически и тем самым избежать трещинообразования в конструкциях при высыхании бетона в раннем возрасте. Электротермообработка бетона объединяет группу методов, основанных на использовании тепла, получаемого от превращения электрической энергии в тепловую. Это может происходить или непосредственно в материале, когда электрический ток пропускается через бетон, или в различного рода электронагревательных устройствах, от которых тепло подводится к бетону радиационно, кондуктивно или конвективно.
Разнообразие методов электротермообработки позволяет в каждом конкретном случае (в зависимости от вида конструкции, ее размеров, конфигурации, характера армирования и т.д.) выбирать наиболее эффективный из них.
Выбор наиболее рационального метода электротермообработки бетона диктуется не только особенностями прогреваемой конструкции, но и возможностями самого метода, которые следует хорошо знать. Для этого, крайне необходима классификация методов электротермообработки, которая поможет грамотно выбрать такой из них, который будет для конкретных условий наиболее выгоден и с технической и с экономической точек зрения.
Существующие методы электротермообработки бетона можно разделить на три большие группы, если в основу положить принцип превращения электрической энергии в тепловую: непосредственно в бетоне или бетонной смеси (электродный прогрев), электрообогрев, индукционный прогрев.
Электродный прогрев бетона осуществляется непосредственно в конструкции и относится к наиболее эффективным и экономичным видам электротермообработки.
При этом методе представляется возможным поднимать температуру материала до требуемого уровня за любой промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов.
Электрообогрев с помощью электронагревательных устройств осуществляется путем подачи тепла к поверхности бетона радиационно или конвективно от источников превращения электрической энергии в тепловую - нагревателей инфракрасного излучения или низкотемпературных нагревателей (сетчатых, коаксиальных, ТЭНов и др.). Во внутренние слои конструкции тепло передается путем теплопроводности. При установке нагревателей непосредственно в бетон, передача тепла осуществляется кондуктивно.
Прогрев бетона в электромагнитном поле производится путем передачи тепла кондуктивно от разогревающихся вихревыми токами стальных элементов опалубки, арматуры и закладных частей. Непосредственного воздействия на бетон электромагнитное поле с применяющимися на практике параметрами не оказывает и во внутренние слои материала тепло передается путем теплопроводности. Рассмотрим подробнее основные методы электротермообработки бетона и области их применения.
1. Электродный прогрев
а) сквозной
Краткая характеристика и рациональная область применения: прогрев монолитных бетонных конструкций и малоармированных железобетонных конструкций путем пропускания тока через всю толщу бетона. Применение наиболее эффективно для ленточных фундаментов, а также колонн, стен и перегородок толщиной до 50 см, стен подвалов.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 80 - 110
Примечание: Режимы прогрева мягкие. Скорость подъема температуры должна быть по возможности мягкой 8-10°С/ч, но не превышать 20°С/ч. В качестве электродов используются стержни и струны диаметром не менее 6 мм, пластины или полосы шириной не менее 20 мм, выполненные из листовой стали и закрепленные на опалубке.
б) периферийный
Краткая характеристика и рациональная область применения: Прогрев периферийных зон бетона массивных и средней массивности бетонных и железобетонных монолитных конструкций. Применяется в качестве одностороннего прогрева конструкций, имеющих толщину не более 20 см и двухстороннего прогрева при толщине конструкции более 20 см. К таким конструкциям относятся: ленточные фундаменты, бетонные подготовки и полы, плоские перекрытия и доборные элементы, стены, перегородки и т.д.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 90 - 120
Примечание: При прогреве массивных конструкций необходимо поддерживать температуру в периферийных слоях на 5-10°С ниже или на уровне температуры в ядре. Режимы прогрева - мягкие. Скорость подъема температуры - не выше 15°С/ч. В качестве электродов применяются полосы, ленты из сплошного или напыленного металла, закрепленные (напыленные) на опалубку или на специальные щиты, устанавливаемые на неопалубленную поверхность конструкции (при прогреве бетона в конструкциях с большой открытой поверхностью).
2. Форсированный электроразогрев:
а) предварительный электроразогрев бетонной смеси
Краткая характеристика и рациональная область применения: бетонная смесь быстро разогревается вне опалубки, быстро укладывается, уплотняется в горячем состоянии и укрывается. Применяется при возведении массивных монолитных бетонных и железобетонных конструкций.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 40-80
Примечание: Для конструкций с Мп<6 требуемая прочность достигается путем термосного выдерживания. Для конструкций с Мп>6 необходим дополнительный прогрев или обогрев бетона.
б) форсированный электроразогрев бетона в конструкции с повторным уплотнением
Краткая характеристика и рациональная область применения: бетонная смесь в холодном состоянии укладывается и уплотняется в опалубке, а затем быстро разогревается и повторно уплотняется. Применяется при возведении монолитных бетонных и мало армированных железобетонных конструкций, дорожных покрытий.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 40-60
Примечание: Для конструкций с Мп<6 требуемая прочность достигается путем термосного выдерживания. Для конструкций с Мп>6 необходим дополнительный прогрев или обогрев бетона.
3. Электрообогрев:
а) с помощью низкотемпературных электронагревателей
Краткая характеристика и рациональная область применения: обогрев монолитных конструкций с помощью вмонтированных жестких в виде пластин электронагревателей в опалубку или гибких - в греющие маты и одеяла. Применяются практически для всех видов конструкций.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 100-130
Примечание: Обогрев осуществляется по мягким режимам. Опалубка или маты с вмонтированными электронагревателями должны иметь теплоизоляцию с наружной стороны для предупреждения больших теплопотерь в окружающую среду. В качестве нагревателей используются:
A) трубчатые ТЭНы, трубчато-стержневые, уголковостержневые, коаксиальные и др.;
Б) плоские - сетчатые, пластинчатые и др.;
B) струнные – стальная или нихромовая проволока и др.
б) с помощью греющего провода
Краткая характеристика и рациональная область применения: прогрев бетона с помощью греющего провода, закладываемого в бетон. Применяется для прогрева бетона в любых конструкциях.
Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 80-110
Примечание: Обогрев греющим проводом, устанавливаемым в бетон прогреваемой конструкции. Эти нагреватели имеют температуру на контакте с бетоном - не выше 80°С, а в воздушной среде она может подняться до 300°С.
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.