2.3. Выдерживание бетона

Раздел содержит много расчётов. Рекомендуется выполнять температурно-прочностное моделирование и электрический расчёт мощностей с использованием специальной программы для ЭВМ (о такой возможности будет сказано на занятиях). Ниже приводится схема ручного расчёта и внедрённая таблица Excelдля автоматизации ручных вычислений.

2.3.1. Выбор метода и расчёт температурно-прочностного режима выдерживания

Бетонная подготовка должна иметь не менее 50%Rmдо начала устройства на ней гидроизоляции и бетонной стяжки.

Бетонная плита может быть распалублена через 12ч с начала выдерживания, но должна иметь к моменту замерзания прочность не менее критической (для В25 - 40%Rm).

Обоснование применяемого метода также осуществляется в ходе расчёта температурно-прочностного (TR) режима выдерживания бетона. Расчёт режима выполняется только для плиты. Обоснование метода выдерживания подготовки и стяжки допускается выполнять без выполнения расчёта.

В зависимости от толщины плиты и температуры наружного воздуха принимается к расчёту метод термос и обогрев нагревательными проводами. Для нерасчётных случаев можно дополнительно рассматривать: термос с ПМД, обогрев греющими покрытиями, стержневыми электродами, обогрев тёплым воздухом в тепляке.

===========================================================

Теплотехнический расчёт.

===========================================================

Оставлять только те данные, которые относятся к Вашей конструкции и участвуют в Вашем расчёте!

А. Термосное выдерживание(п.А.3.1-А.3.2. – по методике Скрамтаева С.Г.)

А.1. Задаются:

А.1.1. начальной температурой бетона Uнач, оС (в пределах +10…+35оС),

А.1.2. температурой наружного воздуха Uнв, оС (по заданию),

А.1.3. скоростью ветра V, м/с (в пределах 1…5м/с)

А.1.4. ограждениями (опалубка/утепления):

вид i-го ограждения, его

δi(м) – толщина и

λi(Вт/м*оС) – теплопроводность,

А.1.5. параметрами бетона:

Yb(кг/м3) – удельный вес бетона (принять 2400),

Сb(кДж/кг*оС) – уд. теплоёмкость бетона (принять 0,84),

вид (В25 на ПЦ400) и

Z(кг/м3) – расход цемента (принять 420), его

Qmax(кДж/кг) – максимальное тепловыделение (принять 340),

bt(оС-1) – коэф-т интенсивности тепловыделения (принимается при средней температуре выдерживания для вида цемента – для ПЦ400: приUср=1, 5, 10, 15, 20, 40оС равенbt=0,001, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,102).

А.2. Предварительно вычисляют:

А.2.1. объём бетона плиты Vb,м³,

А.2.2. суммарную площадь теплоотдающих поверхностей (исключая контактирующую с основанием):

S= ∑Si, м², где

Si– площадь каждого вида ограждения, м²,

А.2.3. модуль охлаждаемой поверхности:

Моп=Vb/S, м^-1,

А.2.4. коэффициент теплоотдачи с поверхности (приближенно по α_к):

α = 3+10*√V, Вт/м2*оС,

А.2.5. приведённое термическое сопротивление ограждений:

, м2*оС/Вт, где

Ri=δi/λi(м2*оС/Вт) – термическое сопротивление каждого вида ограждения,

А.3. Определяют:

А.3.1. среднюю температуру за период остывания:

, оС, где

Uн– начальная температура остывания, оС (Uнач),

Uк– конечная температура остывания, оС (0оС),

А.3.2. продолжительность остывания:

, час, где

Э = Qmax*[1-(bt*T+1)*exp(-bt*T)](кДж/кг) - тепловыделение цемента за время тверденияT(час) со средней температуройUср. ПринятьТ=24ч, а коэф-тbtв зависимости отUср (приUср=1, 5, 10, 15, 20, 40оСbt=0,001, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,102).

А.3.3. прочность, набранную бетоном за время остывания (интерполяцией по графику изотермического твердения):

Б. Определение режима и требуемой активной мощности прогрева(для прогрева проводами и электродами).

Б.1. Задаются:

Б.1.1. время, отведённое на прогрев (Т) - согласно принятой технологии работ;

Б.1.2. требуемая прочность бетона (R) к концу обогрева;

Б.1.3. допустимые скорость нагрева (V+) и остывания (V-), перепад «бетон-воздух» при распалубке (dU), также учитывается максимально допустимая температура нагрева (Uмах) - это всё нормативные данные;

Б.1.4. начальная температура бетона (Uнач), температура воздуха (Uнв) - прогнозируемые в период выполнения работ;

Б.1.5. интенсивность твердения используемого бетона - это справочные данные (графики), см. п.А.3.3.

Б.2. Расчёт режимаудобно выполнять графическим способом:

Б.2.1. Определить требуемую среднюю температуру прогрева (U) по значению требуемой прочности (R) и времени на прогрев (Т) с использованием графика нарастания прочности бетона применяемой марки при различной изотермической температуре.

Б.2.2. Определить требуемую тепловую работу бетона (S) в градусо-часах:

S = U * Т.

Б.2.3. Откорректировать "прямоугольный" режим, учитывая:

- скорость нагрева (V+) - проводим линию от точки начальной температуры бетона Uнач с соответствующим наклоном;

- температурный перепад «бетон-воздух» (dU) - конечная температура прогрева (Uкон) находится как dU + Uнв;

- скорость остывания (V-) - проводим линию от точки конечной температуры бетона Uкон с соответствующим наклоном.

Температура изотермического прогрева (Uиз) находится из условия равенства тепловой работы бетона (S=S’), при этом Uиз, должна быть не более Umax. Одновременно здесь получается и время - разогрева, прогрева и остывания (T=Траз+Тпр+Тост).

Если Uиз превысила Uмах или лучи U+ и U- пересеклись ранее, чем получена Uиз, это значит, что запланированного времени (Т) на выдерживание недостаточно, и его следует увеличить. Эту коррекцию удобно выполнять также графически.

Б.3. Расчёт требуемой активной мощности:

Б.3.1. Задаютсяпо п.1.1. тем, чем не задались в п. Б.1.

Б.3.2. Предварительно вычисляютпо п.А.2.

Б.3.3. Определяют:

Б.3.3.1. мощность, эквивалентную суммарной теплоотдаче с поверхности конструкции в окружающую среду (усреднено за время нагрева при ΔU):

, кВт/м3, где

ΔU= (Uиз – Uнв)/2 (оС),

Б.3.3.2. мощность, эквивалентную экзотермическому теплу вследствие гидратации цемента:

, кВт/м3, где

Т(час) – время тепловыделения (принять равным времени разогрева Траз);

bt(оС-1) – коэф-т интенсивности тепловыделения (см. п.А.3.2, принять в зависимости отU(приU=10, 15, 20, 40, 60оСbt=0,02, 0,03, 0,04, 0,102, 0,145).

Б.3.3.3. мощность, требуемую на разогрев бетона с заданной скоростью V(+):

, кВт/м3

или Qраз=0,56*V(+), кВт/м3

Б.3.3.4. суммарную требуемую удельную мощность на прогрев:

Pуд=Qout+Qраз-Qэкз, кВт/м3

Б.3.3.5. расход электроэнергии на прогрев (произведение мощности на время активного прогрева):

W=Pуд*(Траз+Тпр), кВт*ч/м3

Прим.: Рекомендуется Wопределять по фактически подобранной Руд (см. электрический расчёт по п.2.3.2.)

===========================================================

Конец теплотехнического расчёта.

===========================================================

По результатам выбора методов и режимов выдерживания необходимо привести схемы (А4) TR-режимов с указанием времени и мощности активного прогрева.

2.3.2. Реализация метода выдерживания

По результатам выбора методов и режимов выдерживания необходимо привести электрический расчёт (при наличии обогрева), технологические схемы (А4) устройства утеплений, размещения и коммутации нагревателей (при наличии), и дать краткие текстовые указания, включающие сроки существования ограждений, прогрева и набранные бетоном промежуточные прочности.

===========================================================

Электрический расчёт.

===========================================================

В. Электрический расчёт прогрева нагревательными проводами.

В.1. Расчёт выполняется на основе справочных данных электрического сопротивления материала используемых нагревателей (ρ0, Ом*мм2/м). С учётом диаметра жилы (d, мм) находится сопротивление погонного метра провода (ρ):

, Ом/м

На производстве ρ также может быть найдено экспериментально - путём замера сопротивления отрезка провода. Для нагревательных проводов ПНСВ-1.2 можно ориентировочно принять расчётное сопротивление погонного метра (ρ) равным 0,15Ом/м.

В.2. При известном рабочем напряжении (U, В) определяется:

- либо длина отрезка провода (L, м) по задаваемой погонной нагрузке (Рпог, Вт/пм),

- либо погонная нагрузка (Рпог), по задаваемой длине провода (L).

- величина тока (I, А) на пряди греющего провода:

, м;, Вт/пм;, А.

Для нагревательных проводов ПНСВ-1.2 погонная нагрузка (Рпог) должна лежать в пределах 25...45Вт/пм (L=20...40м, U=55...95В), а ток I=12...18А.

В.3. Удельная мощность (Руд, кВт/м3) может быть найдена:

- для плоских конструкций - по погонной нагрузке (Рпог, кВт/пм) на провод с учётом шага (b, м) раскладки провода (с одной стороны конструкции, если с двух сторон, то b=b/2) и толщины конструкции (B, м);

- для конструкций типа балок, колонн и т.п. - исходя из фактического объёма отдельной конструкции (Vb, м3) и числа прядей греющего провода в ней (n, шт) с известными длиной (L, м) и погонной нагрузкой (Рпог, кВт/пм):

, кВт/м3;, кВт/м3.

Руд должна быть примерно равна вычисленной по п.2.3.3.4 (привести сравнение).

Шаг раскладки проводов обычно лежит в пределах b=100...400мм, мощность прогрева Руд=0,8...2,5кВт/м3, расход проводов 40...80пм/м3. Концы нагревательных проводов с токоведущей магистралью соединяют посредством монтажных поводов (обычно медных), поскольку нагревательный провод под рабочей нагрузкой в воздухе перегорает.

Г. Электрический расчёт прогрева стержневыми электродами.

Удельная мощность (Руд, кВт/м3) может быть найдена по одной из стандартных расчётных схем размещения электродов в конструкции. Ниже представлены основные три для стержневых электродов (Вт/м3):

где

U - рабочее напряжение, В;

ρ - удельное электрическое сопротивление бетона, Ом*м, принято принимать фиксированным, для тяжёлого бетона ρ=0.8*ρнач, можно ориентировочно принять ρ=10Ом*м;

В - толщина конструкции, м;

b - расстояние между электродами, м;

h - расстояние между электродами в группе, м;

d - диаметр стержня электрода, м;

α - коэф-т рода тока: 1,5 - для трёхфазного; 2 - для двухфазного.

Для расчёта следует задаться шагом электродов (b=0,15...0,4м) и напряжением (U=55...65В). Последовательно варьируя шаг электродов, находят требуемое значение мощности. Мощность прогрева стержневыми электродами обычно лежит в пределах 2...3кВт/м3. Руд должна быть примерно равна вычисленной по п.2.3.3.4 (привести сравнение).

Ток на электродах при прогреве стен и колонн должен находиться в пределах I=25...60А, его можно вычислить как:

I=Руд/U или I=U/(b*ρ*L), А;

где L - длина электрода в бетоне, м.

Примечания: Удельное электрическое сопротивление бетона ρ при прогреве сильно изменяется - падает в первые 4...6 часов на 40...60% от начального, а далее возрастает. Из-за сильного повышения сопротивления бетона электропрогрев затухает, его целесообразно вести только в первые 24ч твердения бетона. Площадки изотермического прогрева метод не имеет, и ручной счёт не позволяет учитывать эту специфику режима.

Д. Расчёт потребности материалов и электрооборудования.

Д.1. Количество тепло-влагозащитных материалов.

Рассчитывается общее требуемое количество (м2) каждого материала для производства работ на всех захватках. Для этого суммируются площади захваток, укрываемые этими материалами, которые выдерживаются одновременно.

Д.2. Количество трансформаторов для прогрева бетона.

Определяется общее требуемое количество (шт) для прогрева бетона на всех захватках. Для этого определяют:

- суммарную мощность (Pпр, кВт/м3), требуемую для обогрева бетона, выполняемого в одно время (обычно: 1-2 захватки ф.плиты; 1захватка стен/колонн с электропрогревом и 2 захватки перекрытий с проводами),

- суммарный объём (Vпр, м3) прогреваемого в одно время бетона,

- номинальную мощность трансформатора (допускается принять КТПТО-80 на Pном=80кВт),

- количество трансформаторов:

Nтрансф=(Рпр*Vпр)/Рном

Д.3. Количество коммутационных проводов.

Д.3.1. кабель силовой для подключения КТПТО: кабель КГ в резиновой оболочке, медный (многопроволочный), 1х120мм2 (385А) или 3х120мм2 +1х50мм2.

Определяется из расчёта – точка подключения не более чем в 50пм от трансформатора:

Lктп=50м*Nтрансф, пм (для 3-х жильного 3х120мм2),

Lктп=50м*3*Nтрансф, пм (для 1 жильного 1х120мм2),

Д.3.2. кабели (провода) силовые (монтажные) для устройства э/магистралей: кабель КГ в резиновой оболочке, медный (многопроволочный), 1х25мм2 (140А); или провод ПВ-3 в оболочке из ПВХ-пластиката, медный (многопроволочный); или провод ПВ-1 в оболочке из ПВХ-пластиката, медный (однопроволочный); или АПВ в оболочке из ПВХ-пластиката, алюминиевый (однопроволочный), 1х50мм2 (165А).

Определяется общее требуемое количество (шт) для прогрева бетона на всех захватках (из расчёта, что прогреваемые конструкции на удалении от трансформатора не более, чем на 25м и подключены не более, чем в 2 параллельные линии):

Lмаг=25м*2линии*Nтрансф, пм (для 3-х жильного),

Lмаг=25м*2линии*3*Nтрансф, пм (для 1 жильного),

Д.3.3. провода монтажные для коммутации нагревательных проводов: провод ПВ-3 в оболочке из ПВХ-пластиката, медный (многопроволочный), 1х1,5мм2 (23А).

Определяется общее требуемое количество (пм) для обогрева запланированного объёма бетона (ф.плиты, этажа и т.п., из расчёта, что подключается 2 конца каждого отрезка с помощью проводов по 0,5м):

Lкгп=0,5м*2*(Lгп/L)*1.2, пм, где

Lгп – суммарное количество нагревательных проводов (пм) по п.3.4,

L– длина нагревательного провода (пм), по п.1.2,

1,2 – запас 20% (нет оборачиваемости).

Д.3.4. провода монтажные для коммутации электродов: провод ПВ-3 в оболочке из ПВХ-пластиката, медный (многопроволочный), 1х6мм2 (50А); или провод ПВ-1 в оболочке из ПВХ-пластиката, медный (однопроволочный); или АПВ в оболочке из ПВХ-пластиката, алюминиевый (однопроволочный), 1х10мм2 (60А).

Определяется общее требуемое количество (пм) для обогрева запланированного объёма бетона (стен/колонн этажа и т.п., из расчёта, что подключается 1 конец электрода с помощью проводов по 1м):

L=1м*Nсэ, пм, где

Nсэ – суммарное количество электродов (шт) по п.3.5,

Монтажные провода (для коммутации нагревателей и для устройства электромагистралей) следует использовать одного типа – либо ПВ (медные), либо АПВ (алюминиевые). Предпочтение медным, поскольку они имеют хорошую гибкость, у них выше оборачиваемость.

Если подключение производится через софиты, дополнительно рассчитывается их количество, исходя из схемы их расстановки (указывается на технологической схеме).

Д.4. Количество нагревательных проводов.

Используются провода нагревательные: ПНСВ-1.2, с оцинкованной жилой в изоляции из ПВХ-пластиката (-10…+80оС, в т.ч. ПНВЖ) или полиэтилена (-15…+70оС, в т.ч. ПНПЖ); или ПТПЖ-1.2, однопарный, с оцинкованной жилой, в изоляции из полиэтилена высокого давления (-40…+60оС).

Определяется:

- расход проводов на куб бетона Lуд (пм/м3) - исходя из раскладки проводов в конструкции, принятого по п.В.3:

Lуд=1/(b*В), пм/м3. (для плит/стен),

Lуд=(L*n)/Vb, пм/м3. (для колонн/балок)

- общее количество проводов, требуемое для обогрева запланированного объёма бетона (ф.плиты, этажа и т.п.):

Lгп=Lуд*∑V, пм

- количество изолированных проводов на подвязку провода к армокаркасу (из расчёта по 0,2пм на каждые 0,6пм):

Lпгп=0,2*Lгп/0,6, пм

Д.5. Количество стержневых электродов.

Используется гладкая арматурная сталь диаметром 6-8мм.

Определяется:

- средний расход электродов (длиной – ярус/ширина бетонирования + 20…60см) на куб бетона Nуд (шт/м3) - исходя из расстановки электродов в конструкции, принятой по п.Г.

- общее количество электродов, требуемое для обогрева запланированного объёма бетона (стен/колонн этажа и т.п.):

Ncэ=Nуд*∑V, шт

- количество изолированных проводов на подвязку электродов к армокаркасу (из расчёта по 3*0,4пм на каждый электрод):

Lпсэ=3*0,4*Nсэ, пм

===========================================================

Конец электрического расчёта.

===========================================================

Ниже представлена внедрённая таблица Excelдля автоматизации наиболее трудоёмких (итерационных) вычислений (зелёный – входные данные, синий - рассчитанные). Будьте внимательны при работе с таблицей и, чтобы понять, какие данные для чего, изучите изложенную выше методику ручного счёта.

---прогрев перекрытия нагревательными проводами---

ntrm.ru\data\Rashet_progreva_betona.xls

Ниже пример оформления расчётного TR-графика (который формируется в п.2.3.1) с расчётной электрической схемой (которая определяется в п.2.3.2). В ручном счёте расчёт выполняется для одной (заданной по варианту) температуры воздуха.

---прогрев стены стержневыми электродами---