2. Прогревные методы

2.1. Режимы тепловой обработки бетона

Сущность методов электротермии заключается во внесении тепла в бетон после укладки смеси в опалубку. Эти методы позволяют активно регулировать температуру бетона на протяжении всего цикла тепловой обработки.

В целом, режим выдерживания бетона при его тепловой обработке состоит из трех периодов:

• период подъема температуры: характеризуется начальной t_б.н и средней t_ср температурой , скоростью U и продолжительностью τ_п подъема температуры;

• период изотермического выдерживания: характеризуется температурой t_и и продолжительностью τ_и выдерживания при постоянной температуре;

• период остывания: характеризуется продолжительностью остывания τ_о и средней температурой t_б.ср.

Принятый температурный режим должен обеспечить достижение бетоном требуемой прочности к концу тепловой обработки.

Приведенный на рис. 2.1а режим содержит все три периода, применяется для конструкций с М_п = 4-10м^-1, требуемая прочность достигается к концу периода остывания.

Для конструкций с М_п >10 м^-1 в расчетах учитываются только периоды подъема температуры и изотермического выдерживания (рис. 2.1б). Период остывания не учитывается вследствие достаточно быстрого остывания конструкций малой массивности и незначительного (в пределах точности расчетов) прироста прочности за это время.

Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки регламентируется в зависимости от массивности конструкций:

М_п < 4 м^-1 определяется расчетом;

М_п = 5-10 м^-1 не более 5 °С/ч;

М_п > 10 м^-1 не более 10 °С/ч.

Допустимая разность температур наружных слоев бетона и воздуха при распалубке конструкций определяется их массивностью и коэффициентом армирования μ:

М_п = 2-5 м^-1 при μ < 1 % не более 20 °С;

μ < 3 % не более 30 °С;

μ > 3 % не более 40 °С;

М_п > 5 м^-1 при μ < 1 % не более 30 °С;

μ < 3 % не более 40 °С;

μ > 3 % не более 50 °С.

а)

t

б)

Рис. 2.1. Температурные режимы тепловой обработки бетона

а – для конструкций с модулем поверхности М_п = 4-10м^-1; б – для конструкций с М_п >10 м^-1

Назначение режима тепловой обработки

Принятый режим тепловой обработки бетона должен обеспечить набор требуемой прочности в заданные сроки.

Порядок назначения режима тепловой обработки бетона одинаков для всех прогревных методов.

Исходные данные:

• габаритные размеры конструкции;

• вид, марка и расход цемента;

• конструктивные характеристики опалубки;

• требуемая прочность бетона R_тр;

• начальная температура бетона t_б.н;

• температура наружного воздуха t_н.в и скорость ветра.

Расчет параметров режима тепловой обработки ведется в следующей последовательности.

1. Рассчитываются площадь F, объем бетона в конструкции V_б и модуль М_п поверхности по формуле (1.1).

2. По табл. П3.1-П3.3 приложения 3 или, при отсутствии сходства с приведенными конструкциями, по формуле (1.2) определяется коэффициент теплопередачи опалубки К.

3. В зависимости от модуля поверхности конструкции М_п принимается вид режима тепловой обработки в соответствии с вариантами, приведенными на рис. 2.1.

4. Назначается скорость подъема температуры U бетона исходя из приведенных ниже допусков:

М_п < 5 м^-1 U ≤ 5 °С /ч;

М_п = 5-10 м^-1 U ≤ 10 °С /ч;

М_п > 10 м^-1 U ≤ 15 ° С /ч;

Для стыков U ≤ 20 °С /ч.

Во всех случаях рекомендуется применять мягкие режимы тепловой обработки, характеризующиеся скоростью подъема температуры в пределах 2-5 °С /ч. Это позволяет снизить величину температурных градиентов в бетоне, сократить материальные затраты (расход стали на электроды, количество греющего провода), при тех же свободных электрических мощностях и оборудовании одновременно вести тепловую обработку большего объема бетона, для коммутации использовать провода меньшего сечения.

5. Температура изотермического выдерживания t_и не должна превышать 80°С. Рекомендуется назначать мягкие режимы с температурой изотермического выдерживания в пределах 40-60°С, что позволяет избежать формирования в теле конструкции неравномерных температурных полей. Высокие значения t_и целесообразно принимать только при жестких требованиях по срокам достижения требуемой прочности.

6. Определяется продолжительность периода подъема температуры τ_п и средняя температура бетона t_ср в этот период:

, ч (2.1)

, (°C) (2.2)

При отсутствии конкретных данных начальная температура бетона t_б.н принимается в пределах 5-15°C.

7. При модуле поверхности М_п < 10 м^-1 режим тепловой обработки учитывает период остывания (рис. 2.1б), средняя температура t_б.ср и продолжительность τ_о которого рассчитываются по формулам:

t_б.ср = t_б.к + , ^оС (2.3)

t_о = , час (2.4)

где t_б.к – температура бетона к концу остывания (принимается равной 0 °С); t_и – температура изотермического выдерживания, °С; С_б – удельная теплоёмкость бетона, принимаемая равной 1,05 кДж/кг·^оС; g = 2400кг/м³ – плотность бетона; К – коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м²·°С.

8. По графикам нарастания прочности бетона (приложение 11) исходя из R_тр определяется продолжительность периода изотермического выдерживания τ_и в следующей последовательности:

• методом графической интерполяции вычерчиваются графики набора бетоном прочности при температурах, соответствующих рассчитанным значениям t_ср, t_б.ср и t_и;

• по кривой, соответствующей температуре t_ср, в зависимости от продолжительности периода подъема температуры τ_п определяется прирост прочности бетона за этот период;

• исходя из требуемой прочности бетона R_тр по кривой, соответствующей средней температуре бетона за время остывания t_б.ср., определяется прирост прочности бетона за время остывания τ_о;

• на оси ординат выделяется участок, соответствующий приросту прочности в период изотермического выдерживания (требуемая прочность R_тр за вычетом прироста прочности в периоды подъема температуры и остывания);

• на температурной кривой, соответствующей значению температуры t_и, выделяется отрезок соответствующий приросту прочности бетона за период изотермического выдерживания: проекция этого отрезка на ось абцисс и составит искомую величину продолжительности периода изотермического выдерживания τ_и.

При модуле поверхности М_п > 10 м^-1 период остывания не учитывается (рис. 2.1а) вследствие быстрого остывания конструкции и незначительной величины прироста прочность за это время. Графические построения при поиске τ_и в этом случае имеют отличия: не проводятся действия связанные с поиском прироста прочности бетона за период остывания.

9. Общая продолжительность тепловой обработки рассчитывается как сумма отдельных периодов:

τ = τ_п + τ_и + τ_о , час (2.5)

10. Принятый режим тепловой обработки бетона выражается в графическом виде (в координатах температура – время) с указанием всех параметров.