материалы ТВЗ папка ДИПЛОМ-2014 / зим бед / УП Зимнее-бетонирование-2011

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Удельная мощность Р3, требуемая на нагрев арматуры, составит:

где Са – удельная теплооемкость арматуры, кДж/(кг °С); А – расход арматуры, кг/м3.

Удельная мощность Р4, требуемая на возмещение теплопотерь за время τр, в среднем составит:

а удельная мощность, эквивалентная теплу экзотермии, которое выделится за время τр, в среднем составит:

Среднее удельное тепловыделение цемента за время разогрева определяется как

Удельная мощность Pиз, необходимая для изотермического прогрева, равна:

Pиз P3из P4из .

Здесь Р3из – удельная мощность, затрачиваемая на возмещение теплопотерь при изотермическом прогреве:

P3 из Kт Mп tиз tн.в ,

1000

где tиз – температура изотермического прогрева равна обычно

tmах.

Величина P4из определяется по формуле

171

Технология бетонных работ в зимних условиях

4.2.4.Виды электродов, схема их расстановки

иобласть применения

Для подведения электрической энергии к бетону используют различные электроды (пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные). К конструкции электродов и схеме их установки предъявляются следующие требования:

–мощность электропрогрева должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету;

–электрические и температурные поля по сечению конст-

рукций должны быть по возможности равномерными;

–электроды желательно располагать снаружи прогреваемой конструкции с целью обеспечения минимального расхода металла;

–установку электродов нужно производить до начала бетонирования (при использовании наружных электродов);

–расход стали на электроды должен быть минимальным. Вышеизложенным требованиям в наибольшей степени

удовлетворяют пластинчатые электроды.

Пластинчатые электроды относятся к разновидности поверхностных. Это пластины из кровельного железа или стали, нашиваемые на внутреннюю часть опалубки, примыкающей к бетону, и подключаемые к разноименным фазам электрической цепи. Между противолежащими электродами возникает электрическая цепь, обеспечивающая равномерное температурное поле, особенно при прогреве неармированных и малоармированных конструкций.

Применяются пластинчатые электроды в основном для прогрева изделий и конструкций прямоугольного сечения и небольших размеров.

Полосовые электроды изготавливаются из стальных полос шириной 20–50 мм и размещаются либо по двум противоположным плоскостям конструкций, либо по одной ее плоскости. Они так же, как и пластинчатые, нашиваются на внутрен-

172

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

нюю поверхность опалубки. Токообмен зависит от схемы присоединения полосовых электродов к фазам питающей сети.

В первом случае токообмен происходит между противолежащими электродами и джоулево тепло выделяется по всей толщине конструкции («сквозной» прогрев).

Во втором случае токообмен происходит между смежными электродами, расположенными на одной из плоскостей конструкции. Джоулево тепло в данном случае выделяется только в периферийном слое на глубину не более 1/2 расстояния между электродами (периферийный прогрев).

Сквозной прогрев с помощью полосовых электродов с двусторонним размещением зачастую применяют вместо пластинчатых, добиваясь этим самым уменьшения электрической мощности без изменения величины напряжения.

Периферийный прогрев применяют для конструкций любой массивности. Одностороннее размещение полосовых электродов используют при электропрогреве плит, стен, полов и других конструкций толщиной не более 20 см. Для периферийного электропрогрева протяженных конструкций (подпорные стенки, набережные и т. д.) используют электродные панели с полосовыми электродами, которые укладывают на поверхности забетонированной конструкции.

Одной из новых разновидностей являются гибкие электроды, представляющие собой тонкий слой (12–200 мк) напыленного металла или другого материала с высокой электропроводностью, наносимый на опалубку, ткань и т. д.

Как показали производственные эксперименты, расход металла в данном случае сокращается в 10–20 раз.

Стержневые электроды применяются при сплошной конфигурации бетонируемых конструкций. Это арматурные прутки диаметром 6–12 мм, которые устанавливаются в шахматном порядке для обеспечения более равномерного температурного поля в виде плоских групп.

173

Технология бетонных работ в зимних условиях

При бетонировании конструкций малого сечения и значительной протяженности применяют одиночные стержневые электроды. Для электротермообработки горизонтально расположенных изделий и конструкций применяются плавающие электроды. Они выполняются из арматурных стержней 6–12 мм и втапливаются в верхние слои бетона.

Один из главных недостатков стержневых электродов заключается в том, что стержни разового пользования после термообработки остаются в теле бетона.

Струнные электроды применяются для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (балки, прогоны, сваи и т. д.).

Обычно струнный электрод устанавливается по оси конструкции и подключается к одной фазе, а металлическая опалубка – к другой. В отдельных случаях в качестве электрода может быть использована арматура. Струнные электроды устанавливают до начала бетонирования, крепят их к арматуре через изолирующие прокладки.

При электропрогреве с помощью струнных электродов зачастую наблюдается неравномерность температурного поля, поэтому рекомендуется вести термообработку при небольших напряжениях (до 70 В).

Температурный режим электропрогрева зависит от вида и размеров электродов, расстояния между ними, схемы их размещения в конструкции, а также схемы подключения к питающей сети. Электрическая мощность в теле бетона зависит от перечисленныхпараметров и рассчитывается по известным формулам.

Подключение электродов от источника питания производится через трансформаторы, распределительные щиты и софиты (рис. 22). Софит представляет собой сухую доску длиной 3–4 м с изоляторами, на ней монтируют провод, к которому присоединяют фазовые провода от электродов. Магистральные и коммутационные провода, как правило, выполняются с медной или алюминиевой жилой. Сечение проводов подбирается

174

4.Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

взависимости от параметров силы тока. Электропрогрев ведут на пониженных напряжениях (50–127 В).

Рис. 22. Виды электродов, схемы их расстановки:

а – схема сквозного прогрева пластинчатыми электродами; б – схема двухстороннего размещения полосовых электродов при сквозном прогреве бетона; в – схема одностороннего размещения полосовых электродов при периферийном прогреве бетона; г – схема размещения плоских групп стержневых электродов; д – схема прогрева бетона одиночными стержневыми электродами; е – схема прогрева бетона струнными электродами; 1 – пластинчатый электрод; 2 – полосовой электрод; 3 – стержневой электрод; 4 – струнный электрод; 5 – металлическая опалубка

175

Технология бетонных работ в зимних условиях

При электропрогреве бетона с помощью пластинчатых электродов выделяемая удельная электрическая мощность равна:

где U – напряжение на электродах, В; B – ширина (толщина) прогреваемого изделия, м; расч – удельное электрическое сопротивление, Ом м.

нач мин , расч 2

где нач и мин – соответственно начальное и минимальное значения удельного электрического сопротивления бетона в процессе электропрогрева, Ом м. Зависят от состава бетона. Для предварительных расчетов при известной величине нач рекомендуется принимать расч = 0,85 нач, в случае электропрогрева бетонов на плотных заполнителях, и расч = 0,8 нач – на пористых заполнителях.

Величину удельной электрической мощности, кВт/м3, при сквозном прогреве бетона полосовыми электродами можно определить по формуле

где U – напряжение на электродах, В; В – ширина (толщина) прогреваемого изделия; b – расстояние между электродами, м; а – ширина электрода, м; – коэффициент при электропрогреве, равный 1,5 при трехфазном и 2 при однофазном токе.

Удельная электрическая мощность, кВт/м3, при одностороннем периферийном прогреве бетона конструкций полосо-

176

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

где В – толщина конструкции, м; b – расстояние между разно-

именными электродами, м; – коэффициент, равный при трёхфазовом токе 1,5, при двухфазовом – 2; а – ширина электрода, м.

Периферийный электропрогрев бетонных конструкций толщиной более 30 см рекомендуется осуществлять с размещением электродов на каждой плоскости конструкции. При этом электрическую мощность определяют в расчёте на 1 м2 поверхности конструкции по формуле

Одиночные стержневые электроды используются для электропрогрева бетонных и железобетонных элементов толщиной до 120 мм (стыки между кромками сборных панелей перекрытий и покрытий, пороговые элементы при возведении сборно-монолитных зданий в объёмно-переставной опалубке и т. п.). Электроды устанавливают в бетон и подключают к разным фазам. Удельная электрическая мощность, кВт/м3, при таком расположении электродов определяется по формуле

где b – расстояние между осями разноименных электродов, м; В – толщина конструкции, м; d – диаметр электрода, м.

Удельная электрическая мощность, кВт/м3, при электропрогреве бетона плоскими группами стержневых электродов определяется по формуле

177

Технология бетонных работ в зимних условиях

где b – расстояние между осями электродов в соседних плоских группах, м; h – расстояние между осями электродов в плоской группе, м; d – диаметр электрода, м.

В случае, когда применение плоских групп невозможно из-за наличия в конструкции соответствующим образом расположенной арматуры, стержневые электроды размещают в шахматном порядке. Это перекрытия, покрытия, ростверки и т. п. Удельная электрическая мощность, кВт/м3, при таком расположении электродов определяется по формуле

Удельная электрическая мощность, кВт/м3, при прогреве бетона струнными электродами определяется по формуле

где В – ширина сечения конструкции, м; Н – толщина конструкции, м; b – расстояние от оси струны до оси арматурных стержней в углах сечения, м; d – диаметр струнного электрода, м; d1 – диаметр арматурных стержней в углах сечения, м.

4.3.Инфракрасный нагрев

втехнологии бетонных работ

4.3.1.Физические основы и область применения

Инфракрасные лучи являются составной частью спектра электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве с определенной частотой и длиной от 676 до 1000 мкм; скорость их распределения в вакууме равна универсальной константе с = 2,988 108 м/с. Инфракрасные лучи имеют способность по-

178

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

глощаться телами и трансформироваться в тепловую энергию. Тепло от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика. От нагретых поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности (табл. 71).

При тепловой обработке бетонных изделий и конструкций инфракрасными нагревателями наблюдается следующая картина: часть энергии излучения поглощается и переходит в тепловую энергию, часть отражается и уходит в окружающую среду, а остальная энергия проходит через тело бетона. Баланс лучистой энергии складывается из вышеперечисленных величин:

EA ER ED Eэ или A + R + D = 1,

где Еэ – общее количество энергии; ЕА, ER и ED – соответственно количество поглощенной, отраженной и прошедшей через

тело энергии; А ЕА ; R ER ; D ED – коэффициенты, харак-

ЕЭ EЭ EЭ

теризующие поглощательную и отражательную способности и проходимость тела (рис. 23).

Бетон обладает терморадиационными свойствами, т. е. способностью поглощать, отражать и пропускать лучистую энергию. Поэтому тело, полностью поглощающее все падающие на него лучи, в физике принято называть абсолютно черным телом. В природе абсолютно черных тел не существует. Однако есть тела с повышенным коэффициентом поглощения лучей, их принято называть серыми телами. Все тела характеризуются относительной излучательной способностью или степенью черноты, которая показывает, во сколько раз интегральная плотность излучения данного тела меньше интегральной плотности излучения абсолютно черного тела при той же температуре:

Rэ .

Rэ.черн

179

Технология бетонных работ в зимних условиях

Таблица 71

Основные термины, определения, буквенные обозначения и единицы измерения величины инфракрасного излучения

180