Лекции / Метод термоса

Метод термоса.

Бетон, уложенный в зимних условиях, выдерживают преимущественно методом термоса, основанным на применении утепленной опалубки с устройством сверху защитного слоя. Бетонную смесь температурой 20 - 80 0С укладывают в утепленную опалубку, а открытые поверхности защищают от охлаждения. Обогревать ее при этом не требуется, так как количество теплоты, внесенных в смесь при приготовлении, а также выделяющиеся в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой (экзотермии), достаточно для ее твердения и набора критической прочности. При проектировании термосного выдерживания бетона подбирают тип опалубки и степень ее утепления. Сущность метода термоса состоит в том, чтобы бетон, остывая до 0 0С, смог за это время набрать критическую прочность. Учитывая это, назначают толщину и вид утеплителя опалубки. Утепление опалубки выполняют без зазоров и щелей, особенно в местах стыкования теплоизоляции.

Для уменьшения продуваемости опалубки и предохранения ее от увлажнения по обшивке прокладывают слой полиэтилена. В качестве защитного слоя применяют полиэтилен, картон, фанеру, по которым могут быть уложены опилки, шлак, стекло или минеральная вата (Рис.1). Опалубка может быть двойной, тогда промежутки между ее щитами засыпают опилками, шлаком или заполняют минеральной ватой, пенопластом. Опалубку из железобетонных плит утепляют с наружной стороны, навешивая на них маты. Поверхность, соприкасающуюся с бетоном, перед началом бетонирования обязательно прогревают. По окончании бетонирования немедленно утепляют верхние открытые поверхности, при этом теплотехнические свойства этого утеплителя (покрытия) должны быть не ниже, чем у основных элементов опалубки. Опалубку и утеплитель демонтируют по достижении бетоном критической прочности. Поверхности распалубленной конструкции ограждают от резкого перепада температур во избежание образования трещин.

Рисунок 1. Схема изоляции конструкции при использовании метода термоса.

Метод термоса применяют при бетонировании массивных конструкций. Степень массивности оценивают модулем поверхности Мп = А/V, где А- площадь суммарной охлаждаемой поверхности конструкции, м2; V- объем конструкции, м3.

Для линейных конструкций (колонны и балки) Мп =P/S, где P – периметр, S - площадь сечения.

Конструкция считается массивной при Мп < 6, средней массивности при Мп=6…9 и ажурной при Мп>9.

При определении Мп не учитывается площадь поверхностей конструкций, соприкасающихся с талым грунтом, хорошо прогретой бетонной поверхностью или каменной кладкой. Метод термоса применяют для конструкций с Мп < 6.

Начальное теплосодержание 1м3 нагретой на 1 оС бетонной смеси составляет

Qб = сб t = 1,05 2400 1 = 2520 кДж/(м3 оС),

где сб – удельная теплоемкость бетона, кДж/(кг оС), - плотность бетона, кг/м3.

- 1 -

Это же количество теплоты необходимо внести в 1м3 бетона для нагрева на 1оС независимо от вида и метода передачи ему энергии.

Впроцессе твердения бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания.

Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и бы-

стротвердеющие портландцементы. Так при использовании бетона на ПЦ М500 и температуре твердения 40оС один кубометр бетона получит через 12 часов 50100 кДж, 24 часа – 81600 кДж и т.д.. Данное количество теплоты обеспечит экзотермический разогрев 1м3 бетона: через 12 часов - на 20оС, через 24 часа – 25оС, через 2 дня – 32оС. Таким образом экзотермия бетона обеспечивает существенный вклад в теплосодержание конструкции.

При применении метода «термоса» невозможно активно регулировать процесс остывания выдерживаемой конструкции. Поэтому следует определять продолжительность остывания расчетом и строго соблюдать предусмотренные условия.

Термос с добавками – ускорителями.

Некоторые химические вещества (хлористый кальций СаСl2, углекислый калий — поташ К2СО3, нитрат натрия NaN03 и др.), введенные в бетонную смесь в незначительных количествах (до 2% от массы цемента), ускоряют процесс твердения в начальный период выдерживания бетона. Так, бетон с добавкой 2%-ного хлористого кальция от массы цемента уже на третий день достигает прочности, в 1,6 раза большей, чем бетон того же состава, но без добавки. Введение в бетон добавок-ускорителей, являющихся одновременно

ипротивоморозными добавками, в указанных количествах понижает температуру замерзания до —3°С, увеличивая тем самым продолжительность остывания бетона, что также способствует приобретению бетоном большей прочности.

Бетоны с добавками-ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется в пределах 25...35°С, снижаясь к моменту укладки до 20°С. Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха -15... -20°С. Укладывают бетонную смесь в утепленную опалубку и закрывают слоем теплоизоляции. Твердение бетона происходит в результате термосного выдерживания в сочетании с положительным воздействием химических добавок. Этот способ является простым и достаточно экономичным, позволяет применять метод

«термоса» для конструкций с Mп < 8 (бетоны на обычных портландцементах).

«Горячий термос» заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 60... 80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и термосном выдерживании или с дополнительным обогревом.

Вусловиях строительной площадки разогрев бетонной смеси осуществляют, как правило, электрическим током. Для этого порцию бетонной смеси с помощью электродов включают в электрическую цепь переменного тока в качестве сопротивления (рис.1). В результате в бетонной смеси выделяется мощность

Рисунок 2. Схема электроразогрева бетонной смеси: 1 – электроды; 2 – бетонная смесь.

- 2 -

Технология строительных процессов. Лекция 7.10.4.1.

Р = U 2 / ( R 1000) = I2R/1000,

где Р - выделяемая мощность в порции бетонной смеси, кВт; U - напряжение на электродах, В; I - сила тока, A; R - омическое сопротивление прогреваемой порции бетонной смеси, Ом.

Выделяемая в бетонной смеси мощность за некоторый промежуток времени повышает ее теплосодержание:

Q=3,6(U2/R) = 3,6I2R ,

где Q — повышение энтальпии бетонной смеси (количество выделенной теплоты), кДж; - продолжительность воздействия электрического тока на бетонную смесь (продолжительность разогрева), ч.

Таким образом, как выделяемая мощность, так и количество выделяемой за промежуток времени теплоты зависят от подводимого к электродам напряжения (прямая пропорциональность) и омического сопротивления прогреваемой бетонной смеси (обратная пропорциональность).

В свою очередь, омическое сопротивление является функцией геометрических параметров плоских электродов, расстояния между электродами и удельного омического

— расстояние между электродами, м; ас = А —площадь рабочей части электрода, м2. Если принять объем разогреваемой бетонной смеси 1 м3 и расстояние между элек-

тродами b, то удельная выделяемая мощность составит

Pуд= U2/ (pb21000), а количество выделившейся теплоты за время

Qуд = 3,6(U2/pb2) .

1 кВт ч электроэнергии эквивалентен 3600 кДж, что позволяет поднять температуру в 1 м3 бетонной смеси на 3600/2500 = 1,4°С.

Электроразогрев бетонной смеси осуществляют при напряжении тока 380 и реже 220 В. Для организации электроразогрева на строительной площадке оборудуют пост с трансформатором (напряжение на низкой стороне 380 или 220 В), пультом управления и распределительным щитом.

Электроразогрев бетонной смеси осуществляют в основном в поворотных бадьях. Приготовленную на бетонном заводе смесь, имеющую температуру 5... 15°С, доставляют автобетоносмесителями на строительную площадку, выгружают в электробадьи, разогревают до 70... 80°С и укладывают в конструкцию (рис.2, а). Чаще всего применяют поворотные бадьи с тремя электродами из стали толщиной 5 мм (рис.2, б), к которым с помощью кабельных разъемов подключают провода (или жилы кабелей) питающей сети. Для равномерного распределения бетонной смеси между электродами при загрузке бадьи и лучшей выгрузке разогретой смеси в конструкцию на корпусе бадьи может быть установлен вибратор.

Рисунок 3. Электроразогрев бетонной смеси: а – общая схема бетонирования конструкций; б – схема устройства поворотной бадьи; 1 – бетонный завод; 2 - автобетоносмеситель; 3 – электробадья; 4 – блок управления; 5 – кран; 6 – укладка смеси; 7 – токопроводящие клеммы; 8 – вибратор; 9 – корпус бадьи; 10 – электроды.

- 3 -

Технология строительных процессов. Лекция 7.10.4.1.

Для разогрева смеси до столь высоких температур за короткий промежуток времени требуются большие электрические мощности. Так, для разогрева 1 м смеси до 60°С за 15 мин требуется 240 кВт, а за 10 мин —360 кВт установленной мощности.

«Горячий термос» применяют для конструкций с Мп 12.

- 4 -