КРАСОВСКИЙ_УП

Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные провода (рис. 10.28).

Рис. 10.28. Общий вид греющей опалубки

В современных опалубках в качестве нагревателей используют греющие провода и кабели, сетчатые нагреватели, углеродные ленточные нагреватели, токопроводящие покрытия и др. Наиболее эффективно применение кабелей, которые состоят из константановой проволоки диаметром 0,7…0,8 мм, помещенной в термостойкую изоляцию. Поверхность изоляции защищена от механических повреждений металлическим защитным чулком. Для обеспечения равномерного теплового потока кабель размещают на расстоянии 10…15 см ветвь от ветви.

Сетчатые нагреватели – полосы тканых сеток из металла (латунь, железо, нержавеющая сталь, нихром), соединенные последовательно с помощью медных шин.

Полосы сеток изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита тоже асбестовым листом и покрывают теплоизоляцией (рис. 10.29).

Пластинчатые нагреватели состоят из двух пластин электроизоляционного материала с зигзагообразно уложенной между ними металлической лентой. Ленты нагревателя укладывают на расстоянии 10 см одна от другой, их ширину принимают в зависимости от токовой нагрузки, напряжения и конструктивных особенностей (рис. 10.30).

151

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ния. В качестве гидроизоляции используют прорезиненную ткань. Покрытие можно располагать на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях конструкций. По окончании работы с покрытием на одном месте его снимают, очищают и для удобства транспортировки сворачивают в рулон. Наиболее эффективно применять ТАГП при возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др.

10.6.11. Индукционный нагрев бетона

Индукционный способ термообработки бетона основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для нагрева стали вследствие теплового действия электрического тока, наводимого электромагнитной индук-

цией [46,47].

При индукционном нагреве энергия переменного электромагнитного поля преобразуется в арматуре (жестком каркасе) или стальной опалубке в тепловую и передается теплопроводностью бетону

(рис. 10.31).

Индукционый нагрев позволяет вести термообработку бетона монолитных железобетонных каркасных конструкций (колонны, ригели, балки, прогоны, элементы рамных конструкций); сталебетонных и сборно-монолитных конструкций; монолитных железобетонных сооружений, возводящихся в скользящих, подъемно-переставных и катучих опалубках – стволы труб, силосов, ядер жесткости и т. п.

152

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Индукционный нагрев насыщенных арматурой каркасных конструкций и конструкций, возводящихся в стальной опалубке, обладает рядом достоинств:

–достаточно просто осуществляется собственно прогрев бетона насыщенных металлом конструкций;

–обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле;

–легко и быстро без дополнительных источников тепла осуществляется отогрев арматуры, жесткого каркаса, металлической опалубки, а также при необходимости отогрев ранее уложенного и замороженного бетона;

–исключается расход стали на электроды.

В отличие от диэлектрического или конденсаторного нагрева, применяемого для нагрева плохо проводящих электрический ток материалов за счет электрической составляющей электромагнитного поля, индукционный нагрев основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля.

Индукционный нагрев нашел широчайшее применение в металлургической, металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности. По сравнению с другими способами нагрева он дает возможность концентрировать чрезвычайно большую мощность на единицу поверхности обрабатываемого материала Р, что дает возможность нагревать поверхность изделия до температуры 1000 оС и выше.

В зависимости от вида и конструктивных особенностей железобетонных конструкций термообработка их индукционным способом может быть осуществлена по одной их двух принципиальных схем: по схеме индуктивной катушки с железом (воздушный трансформатор) и по схеме трансформатора с сердечником.

10.6.12. Инфракрасный обогрев бетона

Инфракрасный способ термообработки бетона основан на использовании энергии инфракрасного излучения (электромагнитные колебания с длиной волны от 0,76 до 1000 мкм), подаваемого на открытые (но защищенные влагонепроницаемыми прозрачными пленочными материалами) или опалубленные поверхности обогреваемых конструкций и превращающегося на этих поверхностях, в результате поглощения, в тепловую энергию, передающуюся далее теплопроводностью вглубь бетона (рис. 10.32) [48].

При производстве бетонных работ в условиях отрицательных температур наружного воздуха инфракрасный обогрев применяют:

∙для отогрева промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаления снега и наледи и т. д.;

∙для интенсификации твердения конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклон-

153

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ных конструкций, бетонируемых в металлической или конструктивной (в том числе и несъемной) опалубках;

∙ для предварительного отогрева зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорения твердения бетона или раствора заделки;

∙ для ускорения твердения бетона или раствора при укрупнительной сборке большеразмерных железобетонных конструкций, а также при изготовлении железобетонных изделий в полигонных условиях;

∙ для создания тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления и т. п.

В качестве источников (генераторов) инфракрасного излучения в технологии зимнего бетонирования применяют металлические (стальные, латунные, мед-

ные) трубчатые электронагреватели (ТЭН) с температурой излучающей поверхности от 300 до 600 оС; керамические стержневые излучатели с температурой излучающей поверхности от 1300 до 1500 оС; кварцевые трубчатые излучатели с температурой спирали 2300 оС; карборундовые излучатели с температу-

рой 1300…1500 оС.

Для создания направленного лучистого потока излучатели помещают в параболические, сферические или трапециевидные отражатели. При этом излучатели помещают в фокус параболы или центр сферы, расположение излучателей и трапециевидных отражателей определяется расчетом.

10.6.13.Предварительный разогрев бетонной смеси в автобетоносмесителях

Опыт зимнего бетонирования показал, что во многих случаях наиболее простым и экономичным методом выдерживания бетона, позволяющим ему до замерзания приобрести требуемую прочность, является метод термоса. Однако применение его требует выполнения следующих четырех условий:

∙бетон, укладываемый в конструкцию, должен приготовляться на высокоэкзотермичных цементах (портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, ТМЦ);

∙конструкции должны быть достаточно массивными (Мп ≤ 5), чтобы остывание их шло как можно медленнее;

∙теплоограждение должно быть достаточным и надежным;

154

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

∙ начальная температура бетона должна быть достаточно высокой, с тем чтобы, во-первых, обеспечить более высокую среднюю температуру бетона за время остывания, во-вторых, увеличить продолжительность остывания и, в-третьих, стимулировать экзотермию цемента. Обычно требуется, чтобы начальная температура бетона была не ниже 20…25 оС.

Последнее условие, касающееся начальной температуры бетонной смеси, очень трудно выполнить при централизованных поставках бетонной смеси, транспортировании их на большие расстояния, при транспортировании в неутепленных емкостях при низких отрицательных температурах и др.

Более удобным является повышение температуры бетонной смеси непосредственно перед ее укладкой «в дело». При этом способ, позволяющий достичь этого, должен удовлетворять следующим основным требованиям:

–разогрев должен быть кратковременным, чтобы не терялась подвижность смеси, и были минимальными тепло- и влагопотери;

–пункт разогрева должен располагаться по возможности ближе к месту укладки бетона с целью достижения минимального интервала времени между окончанием разогрева смеси и ее укладкой.

Предложенный А.С. Арбеньевым метод предварительного разогрева, представляющий кратковременный электроразогрев бетонной смеси на строительной площадке на специально оборудованном посту электроразогрева в кузове самосвала или в специально оснащенных бункерах, как никакой другой удовлетворял этим условиям (рис. 10.33) [49].

Рис. 10.33. Схема бетонирования конструкций с предварительным разогревом бетона: 1 – бетонный завод; 2 – бетоновоз; 3 – электробадья; 4 – распределительное устройство; 5 – кран; 6 – укладка бетона; 7 – электроды

Разогретая до 60…90 °С смесь укладывается в опалубку, уплотняется, после чего осуществляется ее термосное выдерживание.

Предварительный разогрев позволяет осуществлять форсированный подъем температуры бетонной смеси до ее уплотнения и обеспечить снижение деструктивных процессов за счет уменьшения перепада температур и влажности по

155

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

сечению конструкции, при этом удается избежать развитого трещинообразования и уменьшить размеры и количество пор и каверн. Кроме того, в конструкциях, забетонированных горячими смесями, интенсифицируется выделение экзотермического тепла и максимум экзотермии наступает через 6…8 часов, что может привести к существенной экономии энергии.

Практика показала, что укладка предварительно разогретых бетонных смесей обеспечивает к моменту остывания бетона до нулевых температур получение критической прочности при возведении конструкций с модулем поверхности Мп до 12, а в ряде случаев и выше. При бетонировании более массивных конструкций возможно получение более высокой прочности. Установлено [39], что методом «горячего термоса» для конструкций Мп ≈ 6 можно получить до 80…85 % от R28 при применении портландцементов марок 400 и выше.

Электроразогрев бетонной смеси в автобетоносмесителях. Принципи-

альное отличие механизма разогрева бетонной смеси в бункерах, бадьях, кузовах автосамосвалов от разогрева в барабанах автобетоносмесителях состоит в том, что в первом случае производится разогрев статичной, неподвижной относительно электродов, смеси, в то время как во втором случае между лопастями

Пароразогрев бетонной смеси в автобетоносмесителях. Пароразогрев бетонных смесей основан на непосредственном вводе пара в смесь при ее перемешивании. Разогрев бетонной смеси паром, поступающим в смесительный барабан, происходит за счет тепла фазового перехода, выделяющегося при конденсации пара, соприкасающегося с холодными составляющими бетонной смеси, а также со стенками и лопастями смесительного барабана. При конденсации 1 кг пара выделяется около 2250 кДж тепла. В процессе разогрева бетонной смеси пар, конденсируясь, не только нагревает ее, но и образует часть воды затворения. К моменту завершения приготовления бетонная смесь при максимальной

156

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

структурной и температурной однородности должна иметь заданную температуру, определенное водосодержание и соответствующую консистенцию.

Процесс перемешивания в реверсивном автобетоносмесителе значительно отличается от процесса перемешивания в стационарных смесителях тем, что лопастное оперение в них, в отличие от применяемого в стационарных бетоно-

ние слоя, контактирующего с поверхностью барабана, и перераспределение полученного тепла во внутреннем объеме, делает возможным использование для предварительного разогрева внешних источников тепла, таких как индукционный и инфракрасный нагрев, пламенные нагреватели, выхлопные и отходящие газы, пар и т. п. Однако при разогреве бетонной смеси возможны и другие варианты и в частности применение химических добавок, обеспечивающих высокое тепловыделение в результате химических реакций, достигающее 60…160 тыс. кДж на 1 м3 бетонной смеси.

10.6.14.Использование для разогрева бетонной смеси тепла химических реакций

Полная теплота гидратации цемента складывается из совокупности индивидуальных тепловых эффектов [39, 50]:

–теплоты смачивания порошкообразных веществ водой;

–теплоты растворения цементных минералов в воде;

–теплоты химических реакций присоединения воды с образованием гидратов (химическая теплота гидратации);

–теплоты кристаллизации и других фазовых переходов, протекающих в твердеющем цементном камне;

–теплоты адсорбции воды на продуктах гидратации;

–кроме теплоты гидратации непосредственно цемента, сюда можно добавить еще теплоту реакций нейтрализации щелочей и кислот.

Совокупное тепловыделение в зависимости от вида и активности цемента может достигать величины порядка 400 кДж/кг. Суммарное действие тепловы-

157

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

деляющих добавок и активизированной ими теплоты гидратации цемента позволило бы получать бетон с более высокой начальной температурой твердения.

Включение в технологическую цепочку бетонных работ автобетоносмесителей позволяет воспользоваться тем резервом технологически активного времени, которым располагают эти бетонно-транспортные машины и, более того, всю реакцию осуществить в барабане автобетоносмесителя, как в технологическом реакторе.

Активизацию реакции в условиях недостаточного количества Ca(OH)2 про-

изводят за счет добавления NaOH . Образующийся гидрооксид алюминия Al(OH)3 реагирует с избытком щелочи NaOH , присутствуюшим в растворе,

образуя гидроксоалюминат:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4 ]+ 3H2 + 828 кДж.

Опыт показал, что введение комплекса добавок Al + NaOH + H2O (из расчета

2…3 кг Al на 1 м3 бетонной смеси) непосредственно в готовую бетонную смесь приводит к настолько быстрому ее загустеванию, даже при введении пластификатора С-3 до 1 % от массы цемента, что оказывается невозможным формование и последующее уплотнение разогретой смеси непосредственно в конструкции.

При введении тепловыделяющего комплекса в смесь крупного и мелкого заполнителей, содержащего около 20 % воды затворения с последуюшим, после достижения смесью в барабане расчетной температуры, введением расчетной массы цемента и остатка воды затворения с пластифицирующей добавкой подвижность готовой смеси сохраняется достаточное для укладки и уплотнения время. При этом в суточном возрасте бетон набирает 25…35 % от прочности бетона нормального твердения. В двадцативосьмисуточном возрасте прочность составляет 75…85 % от марочной.

Несомненно, что комплекс Al + NaOH + H2O не является единственным тепловыделяющим комплексом, должна быть продолжена работа по изысканию новых ТВХК – менее дефицитных и более дешевых и, вероятно, с большей интегральной величиной тепловыделения и меньшим угнетающим эффектом по отношению к скорости набора прочности.

Контрольные вопросы

1.По каким двум направлениям развиваются способы зимнего бетонирования?

2.От чего зависит выбор метода зимнего бетонирования?

3.Какие условия диктует перевод зимнего бетонирования на современные ускоренные методы набора прочности?

4.В чем заключается метод пропаривания?

5.Что такое прогрев в паровых рубашках?

6.Как провести пропаривание в капиллярной опалубке?

158

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

7.В чем особенность воздушно-сухого прогрева?

8.В чем заключается метод тепляков?

9.Как ведется зимнее бетонирование с антиморозными добавками?

10.В чем заключается метод термоса и электропрогрев бетона?

11.Как осуществляется контактный нагрев и нагрев в греющей опалубке?

12.Что собою представляет индукционный и инфракрасный нашнрев бетона?

13.Как производится разогрев смеси в бетоносмесителе?

14.Расскажите об использовании для нагрева бетона тепла химических ре-

акций?

11. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

К легким относят бетоны с объемной массой не более 1800 кг/м3. Объемная масса бетона зависит в основном от плотности и расхода заполнителей, занимающих большую часть в его объеме. Во всех случаях получают структуру, насыщенную воздушными порами, пустотами или ячейками. Благодаря этому легкие бетоны приобретают свойства, выгодно отличающие их от тяжелого бетона.

Если в качестве заполнителя используют легкие пористые материалы природного или искусственного происхождения, то получают легкий бетон на пористых заполнителях. В ячеистом бетоне крупный заполнитель вообще отсутствует, а взамен него структура бетона заполнена многочисленными воздушным ячейками. Для получения крупнопористого бетона из состава намеренно исключают мелкий заполнитель (песок), благодаря чему создается значительный объем межзерновых пустот. Такой бетон называют беспесчанным.

11.1. Легкие бетоны на пористых заполнителях

Отличительный признак такого бетона – наличие в его составе пористых заполнителей, которые не только легче заполнителей из плотных прочных пород, но и обладают рядом особенностей, сказывающихся на свойствах легкобетонной смеси и затвердевшего бетона.

Природные заполнители получают путем дробления и фракционирования пористых горных пород магматического или осадочного происхождения: вулканического туфа, пемзы, известкового туфа, известняка-ракушечника и других. Природные пористые заполнители являются местными материалами; их использование в легком бетоне ограничивается в основном районом месторождения.

Искусственные пористые заполнители, специально изготовляемые, и от-

ходы промышленности получили гораздо большее распространение. К ним относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит, вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий и др. Сюда же относят отходы промышленности – гранулированные металлургические шлаки, топливные шлаки и золы.

159

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Керамзит изготовляют путем обжига вспучивающихся глин. Этот легкий и прочный заполнитель в виде гранул диаметром 5…40 мм насыпной массой не более 800 кг/м3 применяется чаще других. Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен гравия до крупности 0,14…5 мм либо путем обжига шихты во взвешенном состоянии методом кипящего слоя.

Аглопорит изготовляют обжигом на спекательных решетках глиносодержащего сырья, топливных зол или шлаков с добавкой 8…10 % угля в виде пористого щебня, гравия или песка.

Вспученный перлит и вермикулит получают высокотемпературной обработкой сырья, содержащего небольшое количество химически связанной воды. Сырьем являются вулканические стеклообразные породы (перлит, обсидиан), а для вспученного вермикулита – гидрослюды. В результате получают легкие щебень и песок, которые используют в производстве теплоизоляционного легкого бетона.

Шлаковую пемзу изготовляют на металлургических заводах путем поризации шлакового расплава при быстром его охлаждении. Простая и доступная в переработке шлаковая пемза относится к числу наиболее дешевых пористых заполнителей.

Зольный гравий получают обжигом окатанных гранул, состоящих из пылевидной золы ТЭС с небольшой добавкой топлива. Возможно получение безобжигового зольного гравия путем использования цементных вяжущих.

Топливные шлаки образуются в топках в результате спекания и вспучивания неорганических примесей, содержащихся в угле. Материал крайне неоднороден, что сильно ограничивает его применение в качестве пористого заполнителя.

Зола-унос образуется при сжигании угля в пылевидном состоянии. Её использование в качестве мелкого заполнителя допускается, если содержание вредных примесей (в том числе несгоревшего угля) не превышает установленных размеров.

Основная характеристика пористых заполнителей – объемная насыпная масса в сухом состоянии, в зависимости от которой установлены следующие марки заполнителей (кг/м3): 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000 и 1200.

Прочность заполнителя определяют раздавливанием пробы в стальном цилиндре; получаемые при испытании значения предела прочности могут быть от 4 до 300 кгс/см2 (от 0,4 до 20 МПа).

Быстрый отсос воды и развитая шероховатая поверхность заполнителей делают легкие смеси недостаточно удобоукладываемыми. Поэтому при изготовлении легких бетонов особенно эффективным является применение гидрофобнопластифицирущих добавок (мылонафта, кремнийорганических жидкостей и др.).

Легкие бетоны на пористых заполнителях в зависимости от объемной массы

иназначения разделяются на следующие группы:

∙теплоизоляционные с объемной массой менее 500 кг/м3, применяемые исключительно для теплоизоляции строительных конструкций;

160

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com