11.5. Электротермообработка

Электротермообработку бетона применяют с целью ускорения его твердения за счет использования теплоты, получаемой от превращения электрической энергии в тепловую.

Методы электротермообработки классифицируют на три следующие группы: электродный прогрев (собственно электропрогрев); обогрев различными электронагревательными устройствами; нагрев в электромагнитном поле.

Электродный прогрев бетона осуществляют непосредственно в конструкции или до его укладки в опалубку, пропуская электрический ток через бетон или бетонную смесь. Так как выделение теплоты происходит непосредственно в бетоне при пропускании через него электрического тока, КПД использования электрической энергии значительно выше; температурное поле распределяется в бетоне равномерно. Одним из основных исходных параметров при расчете электродного прогрева бетона является его удельное электрическое сопротивление р , величина которого зависит от состава и количества жидкой фазы в единице объема. На удельное сопротивление бетона большое влияние оказывает также степень его уплотнения. Так, изменение коэффициента уплотнения бетонной смеси на 1% вызывает изменение р на 3%. Электроды, применяемые при электрообогреве бетона, подразделяются на пластинчатые, полосовые (ленточные), стержневые и струнные.

Наиболее эффективны пластинчатые электроды, располагаемые на двух противоположных плоскостях конструкции и подключаемые к разным фазам.

При контактном электрообогреве осуществляется непосредственная теплопередача от греющих поверхностей к прогреваемому бетону. Распределение теплоты в бетоне происхо­дит преимущественно путем теплопроводности.

Электрообогрев изделий и конструкций может выполняться с помощью различных нагревателей: проволочных, греющих кабелей и проводов, стержневых, трубчато-стержневых и уголково-стержневых, трубчатых (ТЭНы), индукционных, сетчатых, пластинчатых, пленочных.

Возможен также прогрев путем кондуктивной теплопередачи от нагретой поверхности термоактивной опалубки. Источником теплоэнергии служит поверхность щита, которая включается в электрическую сеть через понижающий трансформатор. Сила тока в стальном листе достигает 5000... 10000 А, напряжение 0,7. ..3,0 В.

Прилегающие к опалубке слои бетона нагреваются со скоростью 15...25 °С/час, в период изотермического выдерживания температуру поддерживают периодическим включением электрической цепи. Для обработки изделий в воздушной среде с температурой 100.. 150 °С и низкой относительной влажностью применяют инфракрасный прогрев. Инфракрасная установка состоит из инфракрасных излучателей в комплекте с отражателями и поддерживающих устройств. Используют различные излучатели: трубчатые (ТЭНы), стержневые карборундовые, керамические электрические лампы инфракрасного излучения. Излучатели с поддерживающими устройствами размещены во внутренней плоскости сферических и трапецеидальных отражателей. Сферические отражатели применяются для передачи энергии излучением на расстояние до 3 м, а трапецеидальные - до 1 м.

При тепловой обработке инфракрасными лучами прочность бетона во многом зависит от условий облучения (режима прогрева, расположения излучателей), а интенсивность теплового потока на поверхности материала - от расстояния до источника излучения (в обратной пропорции). При инфракрасном прогреве можно совмещать термовлажностную обработку и подсушку изделий.

Индукционный метод термообработки бетона основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для нагрева стали вследствие теплового действия электрического тока, наводимого электромагнитной индук­цией. Сущность метода заключается в следующем. Бетонные конструкции, находящиеся в ферромагнитных формах, помещаются в переменное электромагнитное поле индуктора. На поверхности опалубки укладывают витками изолированный провод и пропускают по нему переменный ток, тогда в арматуре и в опалубке (стальной) начинают циркулировать вихревые токи. Выделяемая в результате этого арматурой и стальной опалубкой теплота расходуется на прогрев бетона конструкции.

Вихревые токи, возникающие в загрузке, циркулируют не по всей ее толщине. При попадании электромагнитной волны на поверхность металла амплитуда плотности вихревых токов по сечению загрузки убывает от поверхности вглубь, причем около 90 % всей теплоты выделяется с поверхностного слоя. Так как электрическое сопротивление в стыке значительно выше сопротивления при движении тока по стенкам опалубки, то ток воз­вращается по внутренней ее поверхности, которая и выделяет теплоту.

Для устранения перепадов температуры, обусловленных неравномерным распределением напряженности поля, витки индуктора на различных участках длины (высоты) конструкции укладывают с различным шагом.

Возможно применение индукционного прогрева при изготовлении изделий по кассетной или пакетной технологии с установкой индукционных нагревателей между изделиями. Такой нагреватель состоит из обмотки, образующей замкнутый магнитопровод с металлом стальной опалубки или с арматурой, если опалубка выполнена из дерева. Индукционный нагреватель реализует комбинированный способ преобразования электрической энергии в тепловую, за счет активного сопротивления стального токопровода, активного сопротивления «загрузки» вихревым токам и гистерезиса строительной стали.