§5. Прогрев бетона греющими проводами
При возведении в зимних условиях конструкций с развитыми открытыми или опалубливаемыми поверхностями: плит, стен, перегородок, перекрытий, стыков элементов или конструкций, бетонируемых в контакте с мерзлым основанием: подготовок под полы, дорожных оснований и т.п., может быть применен относительно простой, но эффективный технический прием – прогрев бетона, закладываемыми в него электрическими проводами.
Сущность способа заключается в передаче выделяемой проводами при прохождении по ним электрического тока теплоты (в соответствии с законом Джоуля-Ленца) непосредственно бетону контактным путем, которая далее распространяется по сечению конструкции, в основном, путем теплопроводности. Провода с металлической токонесущей изолированной жилой, подключаемые в электрическую сеть, работают как нагреватели активного сопротивления. Нагревательные провода могут быть заложены непосредственно в массив монолитной конструкции или располагаться в ее поверхностных слоях.
Греющие
провода можно применять для обогрева
монолитных конструкций различного
типа, с любой степенью армирования, с
модулем поверхности от
и выше при температуре внешней среды
до 50
оС.
Однако экономически наиболее целесообразно
их использовать для обогрева бетона,
уложенного в стыки, швы и местные заделки,
тонкостенные густоармированные
конструкции, подливки под оборудование,
подготовки под полы и дорожные основания
толщиной до 300мм,
колонны, перекрытия, перегородки – в
конструкции с большими поверхностями
теплосъема.
Обогрев бетона греющими проводами может быть совмещен с другими способами интенсификации твердения бетона: с предварительным разогревом бетонной смеси, с использованием химических добавок – как ускорителей твердения, так и противоморозных, термообработкой в греющей опалубке и т.п.
Греющие
провода расширяют область применения
метода «термос» и позволяют возводить
монолитные конструкции с модулем
поверхности до
.
Проволочные нагреватели, заложенные в
бетон или уложенные на открытой
поверхности (чуть утопленные)
забетонированных конструкций, позволяют
независимо от изменения температуры
окружающей среды компенсировать
теплопотери и выдерживать температуру
бетона в заданных пределах, регулировать
скорость и продолжительность остывания
монолитных конструкций по заданным
режимным параметрам.
Чаще всего для обогрева бетона используется нагревательный провод марки ПНСВ с жилой из стальной оцинкованной проволоки диаметром 1 – 2мм, покрытой слоем изоляции из поливинилхлоридного пластиката толщиной 0,8мм. Могут использоваться аналогичные по конструкции трансляционные провода марок ПВЖ, ПГЖ, ПРСП и нагревательные провода марок ПОСХВ, ПОСХВП и др., применяемые для животноводческих комплексов.
В качестве изоляции жилы применяют пластифицированный поливинилхлорид или модифицированный полиэтилен, полипропилен или резину. Полиэтилен и поливинилхлорид являются химически стойкими термопластичными материалами, однако температура размягчения их составляет соответственно 70 и 170оС. Нагревательные провода с поливинилхлоридной изоляцией применяют для обогрева армированных монолитных конструкций, а провода с полиэтиленовой изоляцией – для неармированных. Это вызвано тем, что при критическом нагреве и максимально допустимой нагрузке на провода, полиэтилен, в отличие от поливинилхлорида, плавится и возникает опасность прореза токопроводящей жилой изоляционного слоя и замыкания на арматуру. С другой стороны, при температуре ниже –10 оС провода с поливинилхлоридной изоляцией, в отличие от полиэтиленовой, теряют гибкость, и при монтаже могут растрескиваться.
Электропитание
нагревательных проводов, как правило,
осуществляют при пониженном напряжении
.
При соответствующем обеспечении условий
техники безопасности принципиально
возможно использование сетевого
напряжения
.
Основными требованиями для обеспечения нормального обогрева с помощью нагревательных проводов, закладываемых в бетон, являются отсутствие механических повреждений изоляции и устранение возможности коротких замыканий токонесущей жилы с арматурой, стальной опалубкой и другими металлическими элементами в процессе монтажа опалубки и укладки бетонной смеси.
К дополнительным достоинствам греющих проводов можно отнести то обстоятельство, что их действие является автономным – оно не связано ни с консистенцией уложенной бетонной смеси, ни с физико-механическими или электрическими характеристиками бетона. Будучи уже использованными для выполнения своей основной функции – обогрева бетона в процессе его твердения, но оставшиеся в его теле (поскольку в подавляющем большинстве случаев греющие провода являются неизвлекаемыми), они могут быть вновь включены при изменении технологической ситуации: необходимость дополнительного обогрева при резком снижении температуры воздуха; необходимость отогрева образовавшихся наледей; необходимость подсушки поверхностного слоя и т.п.
При
подключении к напряжению U
провода длиной L
и сечением S,
материал токоведущей жилы которого
имеет удельное электрическое сопротивление
,
выделяется активная мощность Р,
определяемая выражением:
(5.1)
где – удельное электросопротивление металлической жилы ;
Зная величину мощности Р, требующейся для реализации заданного режима прогрева, характеристики выбранного провода – S и , и выбрав напряжение U, получим длину провода L:
(5.2)
которая и обеспечит выделение требуемой мощности.
При этом следует иметь в виду, что при больших токовых нагрузках (высокой погонной мощности, приходящейся на единицу длины провода) температура провода может стать очень высокой, что может приводить к местным перегревам бетона и возникновению в нем структурных нарушений.
Провод нагревается:
при
погонной нагрузке
10
- до 50
;
при погонной нагрузке 20 - до 75 ;
при погонной нагрузке 30 - до 92 ;
при погонной нагрузке 40 - до 103 ;
при погонной нагрузке 50 - до 112
Если
при получившейся при расчете по (5.2)
длине провода L,
погонная мощность
превышает максимально допустимую
величину
,
производят перерасчет, следуя условию:
(5.3)
При
этом определяют минимально допустимую
длину провода
,
найденную по (5.3):
(5.4)
и
уже по величине
и заданной величине мощности Р
определяют напряжение
,
удовлетворяющее условиям задачи:
(5.5)
или другую величину сечения греющего провода S:
(5.6)
Задача
№4.
Рассчитать длину нагревательного
провода, который при подключении к
напряжению U,
обеспечил бы выделение мощности Р =
4000Вт (что примерно соответствует скорости
подъема температуры 1 м³
бетона 5
в
час). Провод сечением S
=
с удельным сопротивлением
.
Температура на проводе не должна
превышать 100
.
Решение.
1. Начнем расчет с напряжения 110В и рассчитаем требуемую длину провода, воспользовавшись (5.2):
2. Погонная нагрузка на провод составит
,
что значительно превышает предельно допустимую величину 30-35 .
3. Найдем длину нагревательного провода , исходя из предельной погонной нагрузки 33 :
;
4. По (5.5) найдем требующееся для обеспечения режима напряжение:
.
Результаты расчета показывают, что нельзя произвольно задаться всеми технологическими параметрами одновременно, и, помимо всего прочего, должна быть учтена реально допустимая линейная (погонная) мощность провода .
На рис.3 показана схема расположения нагревательного провода при прогреве по режиму задачи бетонной плиты толщиной 80 мм. Плита размером 10м∙3,75м (10000мм∙3750мм ) бетонируется тремя захватками, каждая из которых имеет размер 10м∙1,25м и, соответственно, при толщине 0,08м – объем 1м³. Плеть нагревательного провода общей длиной 121м уложена по длине захватки с шагом 11 см и подсоединена к источнику напряжения 220 В, так что плеть первой захватки подсоединена к 1 и 2 фазе, плеть второй захватки ко 2 и 3 фазе, и третья плеть – к 3 и 1 фазе. Таким образом обеспечена равномерная загрузка фаз. При переходе на изотермический режим может быть понижено напряжение или произведена перекоммутация со схемы треугольника на схему звезды ( 1ф – 0; 2ф – 0; 3ф – 0) .
Рис. 3. Схема расположения нагревательного провода и его коммутация
для условий задачи №4
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Методические рекомендации Методические рекомендации по производству бетонных работ с применением суперпластификаторов и других эффективных добавок
Методические рекомендации Методические рекомендации по производству бетонных работ способом пневмобетонирования
Рекомендации Рекомендации по проектированию и строительству монолитных конструкций монолитных и сборно-монолитных зданий
Рекомендации 102-04 Рекомендации по бетонированию конструкций с помощью автобетононасоса при транспортировке бетонной смеси автобетоносмесителями
Рекомендации 7348 Рекомендации по технологии возведения конструкций из монолитного бетона и железобетона (с рассмотрением опалубочных систем Пери, Мева, Ное, Дока, Дплли и т.д.).
Инстpукция 23-02 Инструкция по транспортировке и укладке бетонной смеси в монолитные конструкции с помощью автобетоносмесителей и автобетононасосов
Руководство по применению химических добавок в бетоне (без номера --)
Рекомендации Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения
Рекомендации Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения
ТСН 12-336-2007 Производство бетонных работ при отрицательных температурах среды на территории Республики Саха (Якутия)
Руководство Руководство по бетонированию фундаментов и коммуникаций в вечномерзлых грунтах с учетом твердения бетона при отрицательных температурах
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, в районах
Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера. М.Стройиздат.1982. 313стр.
2. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. М. РААСН-НИИЖБ.
2005. 275 стр.
3. Б.М.Красновский. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования.
М. ГАСИС. 2007. 512 стр.
4. СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.
|
|