книги / Организация и технология ремонта зданий и сооружений

При глубине промерзания 0,5—0,7 м отогревание грунта можно произвести с помощью горизонтальных электродов, которые укла­ дывают на поверхность грунта и укрывают слоем опилок толщиной 20 см, смоченных водным раствором соли с концентрацией 0,5%. Электрический ток нагревает токопроводящий слой влажных опи­ лок до температуры 80—90°С. Затем по мере оттаивания грунта и высыхания слоя опилок токопроводящим слоем становится грунт, а слой опилок выполняет только функции защиты грунта от тепловых потерь. Оттаивание грунтов происходит сверху вниз. Расход элект­ роэнергии при применении горизонтальных электродов максималь­ ный.

При глубине промерзания грунта более 0,7 м электроды забивают в мерзлый грунт на глубину 15—20 см в шахматном порядке. По­ верхность грунта утепляют опилками, смоченными раствором соли. По мере оттаивания электроды погружают на все большую глубину. Предельная глубина погружения электродов 1,3—1,5 м. Режим про­ грева определяется проектом производства работ.

Отогревание грунта происходит сверху вниз и продолжается в течение 1—2 суток после отключения электродов от сети энерго­ снабжения. Расход электроэнергии при этом методе снижается на 15-20%.

Для отогревания грунта снизу вверх требуется утеплить отогрева­ емый участок, в мерзлом грунте пробурить скважины для электро­ дов до талого грунта, электроды погрузить на 20—30 см в талый грунт и подключить их к электрической сети. Расход электроэнер­ гии при этом методе оттаивания грунта сокращается в 2—3 раза.

Из-за необходимости использовать буровую технику и высокой трудоемкости подготовительных работ отогревание грунта снизу вверх не получило широкого применения.

Защита грунтов от промерзания является наиболее эффектив­ ным методом подготовки грунтов для разработки в зимнее время. При производстве ремонтно-строительных работ наиболее успешно могут применяться утепление дешевыми утеплителями поверхно­ стей грунтов на участках производства работ. Утепление поверх­ ностей производят отсыпкой шлака, опилок, стружки слоем 20— 40 см. Весьма эффективным оказалось покрытие защищаемых от промерзания участков слоем замерзающей пены, которую наносят после установления отрицательных температур воздуха. Слой пены, приготовленной из 14-окисей алкилдиметиламинов и водного ра­ створа эмульгатора, нанесенный с помощью пеносепараторной установки толщиной 30—50 мм, отдаляет замерзание грунтов до середины зимы.

15.2. Бетонирование конструкций с электропрогревом.

При реконструкции и капитальном ремонте зданий и сооруже­ ний сравнительно широко применяют монолитные конструкции. Ос­ новным методом, обеспечивающим нормальные условия твердения бетона в конструкциях ремонтируемых в зимних условиях зданий

439

при Мп>8, является электропрогрев. Суть его состоит во включении сформованной из бетонной смеси конструкции в качестве сопро­ тивления в электрическую цепь переменного тока.

Втечение всего периода укладки бетонной смеси в конструкции

ивыдерживания их с электропрогревом ведут «Журнал бетонных работ» по утвержденной форме.

При электропрогреве источником тепла, предохраняющим бетон от замерзания и способствующим его быстрому твердению, служит

электрическая энергия.

Обогрев бетона с использованием электроэнергии может осуще­ ствляться:

а) пропусканием тока непосредственно через свежеуложенный бетон с применением электродов и использованием выделяющегося при этом тепла;

б) электрическими нагревательными приборами или термоакгивным слоем опилок.

Прогрев бетона при помощи электродов должен осуществляться при пониженных (50—100 Вт), но возможен и при повышенных (120— 220 Вт) напряжениях. В п е р в о м с л уч ае обогрев производят при помощи понизительных трансформаторов, а во в т о р о м — пря­ мым включением в электрическую сеть.

На распределение тока в железобетоне в значительной степени влияет арматура, вследствие чего в сильноармированном бетоне при повышенных напряжениях возникают значительные местные пере­ гревы, вызывающие интенсивное испарение влаги, что снижает проч­ ность бетона. Поэтому электропрогрев железобетонных конструк­ ций следует вести при пониженных напряжениях, обеспечивающих возможность более точного соблюдения заданного режима.

Неармированные конструкции с успехом можно прогревать и при повышенных напряжениях.

Для мелких железобетонных изделий (ступеней, плит, блоков и др.) может применяться электропропаривание (прогрев изделий во влажных опилках, нагреваемых электрическим током).

Преобразование электрической энергии в тепловую достигается включением бетонной смеси в качестве сопротивления в цепь пере­ менного тока промышленной частоты с помощью металлических электродов, при этом бетонная смесь нагревается.

Основным проводником тока в бетонной смеси является вода с растворенными в ней минеральными веществами.

Удельное омическое сопротивление бетонной смеси уменьшает­ ся с увеличением количества воды, цемента и уменьшением крупно­ го заполнителя бетонной смеси и повышением ее температуры. Вблизи электродов создается большая плотность тока и значительно повы­ шается температура бетонной смеси, что в конечном результате при­ водит к пересушиванию твердеющего бетона.

Удельное сопротивление свежеуложенного бетона, приготовлен­ ного на портландцементе, колеблется в пределах 900—1200 Ом • см. По мере твердения бетона удельное сопротивление повышается и достигает 2000—3000 Ом • см и более.

440

Электрическое сопротивление прогреваемого элемента зависит от удельного омического сопротивления бетона, геометрической формы и размеров элементов, типа и расположения электродов и количества арматуры в элементах.

В процессе прогрева, по мере твердения, электрическое сопро­ тивление бетона возрастает, следовательно, уменьшается сила тока. Соответственно, понижается и температура прогреваемого бетона. Это является нежелательным, так как получение бетоном необходи­ мой прочности в наиболее короткий срок связано с применением режима прогрева при заданной постоянной температуре. Для под­ держания ее на требуемом уровне необходимо увеличение в процес­ се прогрева подводимого напряжения, которое регулируется транс­ форматорами.

В бетонном элементе при сплошных пластинчатых электродах ток распределяется довольно равномерно и осуществляется равно­ мерный прогрев всей массы элемента. В железобетоне распределе­ ние тока будет иным ввиду наличия двух совершенно различных по омическому сопротивлению материалов — бетона и стали. Арматура отрицательно влияет на характер электрического поля в бетоне, сни­ жает равномерность прогрева конструкций.

Более неравномерное, чем при паропрогреве, распределение тем­ пературы в прогреваемых элементах приводит к выпариванию влаги, которое при паропрогреве не имеет места. Причиной выпаривания влаги является разность парциальных давлений паров в бетоне и окружающей его среде при относительно малой влажности послед­ ней. Потеря влаги бетоном при электропрогреве весьма существен­ но влияет на его конечную прочность.

Интенсивность выпаривания зависит от температуры и длитель­ ности прогрева, вида цемента, формы элемента, степени армирова­ ния, расположения электродов, плотности бетона (чем она меньше, тем выпаривание больше) и от его утепления. При неблагоприятных сочетаниях указанных факторов выпаривание может привести к пе­ ресушиванию бетона. Последнее чаще имеет место при электропро­ греве тонких конструкций и особенно отрицательно влияет на проч­ ность бетона при применении пуццолановых и шлакопортландцементов, содержащих тонкомолотые добавки.

Увлажнение бетона, частично предохраняющее его от высыхания, обеспечивают укрытием поверхностей опилками или мешковиной и периодическим их увлажнением при выключенном электрическом токе. Однако увлажнение утеплителей снижает их теплоизоляционные свойства, а поливка водой приводит к излишним затратам электроэнер­ гии. Поэтому лучше сначала укрыть бетон пароизоляционным слоем (под которым образуется среда, насыщенная водяными парами, и бе­ тон увлажняется за счет их конденсата), а затем сухим утеплителем. При этом не только сокращаются влагопотери и расход электроэнер­ гии, но и повышается культура производства.

Чем выше (в допустимых пределах) температура прогрева, тем меньше времени необходимо для достижения бетоном заданной проч­ ности и ниже расход электроэнергии.

441

Обычно электрический ток подводят к бетону через электротранс­ форматор.

Ток в бетон вводится через электроды, располагаемые в нем или на его поверхности. Соседние или противолежащие электроды со­ единяют с проводами разных фаз; между электродами в бетоне, та­ ким образом, образуется электрическое поле.

Иногда в монолитных конструкциях можно использовать арма­ туру в качестве электродов. При электропрогреве, например, колон­ ны нужно установить по ее центру дополнительный арматурный стер­ жень и присоединить его к одной, а арматуру — к другой фазе элек­ трического тока.

При использовании несимметрично расположенной арматуры в качестве электродов конструкция прогревается неравномерно, а про­ цесс прогрева не поддается регулированию.

Электроды бывают поверхностные и внутренние. К поверхност­ ным относятся нашивные, полосовые и плавающие электроды.

Нашивные электроды изготовляют из круглой стали диаметром 6—8 мм или полосовой стали толщиной 1,5—2 мм и шириной от 30 до 60 мм. Электроды укрепляют через 10—20 см на внутренней сто­ роне вертикальных поверхностей опалубки, концы их загибают и выводят наружу для присоединения к ним проводов. При возмож­ ности электроды следует использовать многократно. Нашивные элек­ троды применяют при прогреве слабоармированных стен, ленточ­ ных фундаментов и балок, армированных плоскими сварными кар­ касами с защитным слоем не менее 5 см.

Полосовые электроды употребляют главным образом при про­ греве плит перекрытий и иных горизонтальных элементов, допуска­ ющих быструю ликвидацию коротких замыканий, а также при про­ греве бетона, соприкасающегося с мерзлым грунтом.

Вцелях лучшего соприкасания электродов с бетоном их реко­ мендуется изготовлять из трехмиллиметровой стали и для удобства укладки и включения монтировать на щитах-панелях, укладываемых на поверхность прогреваемых конструкций сразу после бетонирова­ ния. В случае, если между электродами и бетоном нет надлежащего контакта, надо приподнять щит и в месте неполного соприкасания уложить слой жирного раствора.

Вкачестве электродов можно использовать обрезки сортовой ста­ ли (уголок, швеллер), укладывая их плоской стороной на поверхнос­ ти бетона.

Одной из новых разновидностей являются гибкие электроды, пред­ ставляющие собой тонкий слой (12—200 мк) напыленного металла или другого материала с высокой теплопроводностью, наносимого на опа­ лубку, ткань и т. д. Как показали производственные эксперименты, расход металла в данном случае сокращается в 10—20 раз.

Плавающие электроды втапливают на 2—3 см в бетон после его укладки и применяют главным образом при прогреве подготовки под полы и верхних поверхностей массивных конструкций.

К внутренним относятся стержневые электроды, которые пред­ ставляют собой короткие стержни из обрезков арматурной стали,

442

погружаемые в тело бетона перпендикулярно продольной оси эле­ мента. Их, как правило, нужно изготовлять из стали диаметром 4—6 мм. К концам электродов, выступающим на 10—15 см из опа­ лубки, присоединяют электрические провода.

Стержневые электроды широко применяют при прогреве отдель­ ных фундаментов колонн, балок, плит толщиной 15—20 см, боковых поверхностей массивных конструкций, пересечений и узлов.

При бетонировании конструкций малого сечения и значительной протяженности применяют одиночные стержневые электроды.

Один из главных недостатков стержневых электродов заключа­ ется в том, что стержни после термообработки остаются в теле бетона.

Струнные электроды изготовляют из 3—4-миллиметровой про­ волоки в 2—3 нитки, что при меньшем весе дает большую поверх­ ность соприкосновения бетона с электродами. Струны устанавлива­ ют по длине или высоте подогреваемого элемента звеньями длиной 2,5—3 м, концы их загибают под прямым углом, выводят наружу и включают в электрическую цепь.

Установку струн производят непосредственно перед бетонирова­ нием. При этом не допускается их контакт с арматурой прогревае­ мой конструкции. Электроды можно крепить также к специальным стержням из обрезков арматурной стали, вставляемым сквозь опа­ лубку, по которым подается электрический ток.

Достоинствами данных электродов являются более равномерный нагрев конструкций и меньший расход металла.

Струнные электроды применяют при прогреве слабоармированных стен, ленточных фундаментов небольшого сечения, колонн, рам (при размере одной из сторон не менее 30—40 см), массивных балок и ригелей. Струнные электроды нашли применение и при перифе­ рийном прогреве массивных бетонных фундаментов.

Использование электрического тока для прогрева бетона основа­

где: () — количество теплоты, выделяемое при прохождении тока, Дж;

I— сила тока, А;

К— сопротивление прогреваемого бетона, Ом;

Т— время прохождения тока через бетонную конструкцию, ч.

На выбор режимов электропрогрева влияют следующие факторы: массивность конструкций, температура окружающей среды, матери­ ал опалубки, особенности утепляющих слоев, вид и марка цемента, требования к конечной прочности бетона и т. д.

Электропрогрев можно вести по следующим стандартным схемам: а) электротермос применяется для конструкций с Мп>10 и со­ стоит из периода разогрева в течение тр от до 1тах и остывания в течение т0СТ. час (рис. 15.2). Прочность бетон набирает при разо­

греве и остывании конструкции до 1б к

443

и.„. — температура бетона начальная (в момент укладки);

— температура бетона конечная (после остывания); М„ — модуль поверхности конструкции.

Электрическая мощность для создания необходимой температу­ ры выдерживания бетона:

где: Р] — электрическая мощность, необходимая для нагревания бе­ тонной смеси;

Р2 — то же, для нагревания формы; Рз — то же, для восполнения теплопотерь;

Р4 — мощность, восполняемая процессом экзотермии цемента.

444

где Рп — требуемая мощность в период изотермического прогрева.

Р„=1,16 • 10~3 • К • Мп • а, кВт/м3 (15.6)

Удельный расход электроэнергии для прогрева монолитных кон­

После определения требуемой электрической мощности произ­ водится расчет электропрогрева.

Изотермический режим (рис. 15.2.6) состоит из периода разогре­ ва конструкции от 1б н до {щах и изотермического прогрева при этой же температуре, продолжительность которого назначается из усло­ вий требуемой прочности.

Этот режим в основном применяется для немассивных конструк­ ций с МПМ5.

Изотермический режим с остыванием (рис. 15.2.в) (комбина­ ция двух предыдущих методов). Предназначен для конструкций с Мп= 8—15.

Ступенчатый режим (рис. 15.2.г). Применяется для тепловой об­ работки массивных (Мп< 8), а также средней массивности преднапряженных конструкций.

Расчет электропрогрева производят с целью определения расхода электроэнергии на процесс, разработки схемы установки электродов и определения времени выдерживания бетонной или железобетон­ ной конструкции под напряжением.

Отправной величиной в расчетах электропрогрева является удель­ ное электрическое сопротивление бетона.

445

б) I, °С

к .

Т1

Рис. 15.2. График электропрогрева бетона:

а) методом электротермоса: кн. — начальная температура прогрева бетона; Г™* — максимальная температура нагревания бетона; и.к. — температура бетона при прекра­ щении электропрогрева; тР — продолжительность нарастания температуры бетона при электропрогреве; Тост- — продолжительность остывания бетона при термосном выдер­ живании;

б) в изотермическом режиме: кн. — начальная температура прогрева бетона; (б пии — максимальная температура выдерживания бетона; Т| — продолжительность нарастания температуры; 1„ — температура выдерживания бетонной смеси;

в) в изотермическом режиме с остыванием: кн. — начальная температура выдер­ живания бетона; кт** — максимальная температура выдерживания бетона; к*. — ко­ нечная температура выдерживания бетона; Т| — продолжительность нарастания тем­ пературы бетона; Т2 — продолжительность выдерживания бетона при постоянной мак­ симальной температуре; Тэ — продолжительность понижения температуры бетона;

г) в ступенчатом режиме: к н — начальная температура выдерживания бетона; кср. — постоянная температура бетона во второй период выдерживания; ктм — макси­ мальная температура бетона в четвертый период выдерживания; к*. — конечная тем­ пература выдерживания бетона; Т1 — продолжительность нарастания температуры бе­ тона в первый период выдерживания; тг — продолжительность выдерживания бетона при средней температуре; т3 — продолжительность повторного подъема температуры бетона; Т4 — продолжительность выдерживания бетона при максимальной температу­ ре; Т5 — продолжительность понижения температуры бетона.

р — удельное электрическое сопротивление, Ом • м; / —длина рассматриваемого участка, м; ^ — поперечное сечение конструкции, м2

Электропроводность воды тем больше, чем больше содержание растворенных в ней солей. С повышением температуры понижается удельное электрическое сопротивление воды.

446

Для электропрогрева сильноармированных и тонкостенных кон­ струкций применяют наружные пластинчатые электроды. Электри­ ческое сопротивление системы с двумя электродами, подключенны­ ми к разным фазам сети:

где: р — удельное электрическое сопротивление бетона, Ом • м;

в— расстояние между электродами, равное ширине конст­ рукции, м;

I и Н — длина и ширина электрода, м.

Мощность, эквивалентная теплу, выделенному в бетоне:

где: II — электрическое напряжение, В;

р— удельное электрическое сопротивление;

в— расстояние между электродами, Ом.

Расчеты по этой формуле при известном напряжении дают воз­ можность построить график для определения расстояний между элек­ тродами при электропрогреве бетонных конструкций (рис. 15.3).

Рис. 15.3. График для определения необходимого расстояния между электродами при электропрогреве бетона в зависимости от потребляемой электрической мощности.

447

Полосовые электроды применяют только как наружные с зак­ реплением их на внутренней поверхности формы или опалубки. Раз­ личают одностороннее размещение электродов и двухстороннее.

При одностороннем размещении электродов соседние полосо­ вые электроды подключают к разным фазам сети. Прогрев с одно­ сторонним расположением электродов применяют для изделий срав­ нительно небольшой толщины (150—200 мм).

При прогреве с односторонним расположением электродов (рис. 15.4.1):

Аналогичным образом по формуле мощности рассчитывают гра­ фики, по которым в дальнейшем по заданным напряжению и мощ­ ности можно определять требуемое расстояние между электродами (при разной ширине полос).

Прогрев с двухсторонним расположением электродов встречает­ ся редко, чаще применяют сквозной прогрев, при котором одна плос­ кость изделия соприкасается с системой одноименных полосовых электродов, а другая — с пластинчатым электродом.

При двухстороннем расположении электродов:

где: V — электрическое напряжение;

В— размер изделия в направлении, перпендикулярном осям полосовых электродов;

в— расстояние между электродами;

Ь— длина изделия.

Одиночные стержневые электроды используют в качестве внут­ ренних.

448