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

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Рис. 23. Схема нагрева тела инфракрасными лучами:

1 – инфракрасный излучатель; 2 – рефлектор; 3 – направленный поток лучей; 4 – часть лучистой энергии, поглощенная телом (А); 5 – часть лучистой энергии, отраженная телом (R); 6 – часть лучистой энергии, прошедшая сквозь тело (D); 7 – облучаемое тело

Степень черноты тела и его поглощательная способность

численно равны между собой, т. е. ε = Е А. Таким образом, тела с большей излучательной способностью обладают большей поглощательной способностью, и наоборот (табл. 72).

181

Технология бетонных работ в зимних условиях

Плотность излучения (энергетическая светимость) в зависимости от температуры определяется выражением

где σ0 – постоянная излучения, равная 4,96 ккал/(м2 ч К), или

5,75 кВт/(м2 С); Т – абсолютная температура тела. Инфракрасное излучение при производстве бетонных

работ в зимнее время рекомендуется применять для отогрева бетонных поверхностей и оснований, тепловой защиты укладываемого бетона, интенсификации твердения бетона, предварительного разогрева арматуры и закладных деталей в узлах и т. д. (рис. 24).

182

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Рис. 24. Инфракрасный нагрев в технологии бетонных работ:

а – отогрев промороженного бетона и оснований; б – тепловая защита укладываемого бетона; в – теплообработка бетона в покрытиях и перекрытиях; г – интенсификация твердения бетона при возведении конструкций в металлической опалубке; д – термообработка бетона в скользящей опалубке; 1 – инфракрасный излучатель; 2 – отражатель; 3 – зона отогрева бетона; 4 – вновь укладываемый бетон; 5 – полиамидная пленка; 6 – подготовка под бетон; 7 – металлическая опалубка; 8 – укрытие наружных лесов; 9 – металлическая опалубка; 10 – подвесные леса

183

Технология бетонных работ в зимних условиях

Применение инфракрасного излучения дает возможность производить практически все технологические операции, направленные на качественное выполнение бетонных работ в зимних условиях.

4.3.2. Электрические инфракрасные излучатели, применяемые в строительстве

Для электротермообработки бетона в основном используются технические инфракрасные излучатели с температурой излучающей поверхности от 600 до 2500 К. Они относятся к серым излучающим телам.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает в основном три группы излучателей: металлические трубчатые (ТЭНы), кварцевые и карборундовые стержневые.

Металлические трубчатые излучатели состоят из трубки, нихромовой спирали и изолятора. В качестве изолятора рекомендуется использовать периклаз – кристаллическая окись магния. Трубки для излучателей выполняются из стали, латуни, меди, диаметр их от 9 до 18 мм, длина до 6 м, толщина стенки до 1,5 мм. ТЭН может иметь различную форму (прямую, спиральную, форму змеевика и т. д.).

Срок службы электронагревателей не менее 5 лет. В качестве генераторов инфракрасного излучения в теплоэлектронагревателях рекомендуется применять нагреватели НВСЖ, НВС (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий и нагреватель воздушный сушильный). Погонная мощность их достигает 0,6–1,2 кВт/пог. м, температура излучающей поверхности – от 600 до 900 К, рабочие параметры электроэнергии – от 127 до 980 В.

Для электротермообработки бетона применяются также карборундовые и кварцевые излучатели. Карборундовые изготавливаются из карбида кремния в виде стержней диаметром до 50 мм, длиной до 1 м. Погонная мощность нагревателя достигает 10 кВт/пог. м, а температура на поверхности – 1500 К.

184

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Широкое применение в строительстве находят кварцевотрубчатые излучатели типа НИК-220-1000 Тр (нагреватель инфракрасный кварцевый на напряжение 220 В мощностью 1000 Вт трубчатый). Они представляют собой кварцевую трубку диаметром до 370 мм с вольфрамовой спиралью, нагреваемой до 2550 К. Полое пространство излучателя заполняется парами йода, которые препятствуют испарениювольфрамавовремяэксплуатации.

Инфракрасные излучатели выпускаются отечественной промышленностью (Миасским заводом «Миассэлектроаппарат», механическим заводом «Главмоспромстройматериалы», Московским заводом торгового оборудования и рядом других ведомственныхзаводов).

Карборундовые излучатели в основном изготавливаются на Подольском заводе огнеупорных изделий.

Инфракрасные нагреватели успешно были применены при строительстве Саратовской ГЭС, телевизионной Останкинской башни, Новокузнецкого металлургического комбината, Череповецкого металлургического завода и других сооружений.

4.3.3.Схема электроснабжения инфракрасных установок

иавтоматизирующие процессы нагрева

Инфракрасные нагреватели питаются от трехфазной электросети напряжением 380/220 В. Электроэнергия от подстанции подается к силовому шкафу, затем через магнитные пускатели к инфракрасным установкам (рис. 25).

Силовая разводка выполняется кабелем КРПТ (от трансформаторной подстанции до силовых шкафов) и шланговыми кабелями марки ШРПС (для непосредственного подвода электроэнергии к инфракрасным установкам). Магистральные и разводящие кабели рассчитываются по допустимым нагрузкам с учетом 50 % потери напряжения.

Инфракрасные установки коммутируются внутри медными или алюминиевыми проводами, шинами и подключаются к разводящим кабелям при помощи разъединительных муфт.

185

Технология бетонных работ в зимних условиях

ТП 1

2

3

6

5

Рис. 25. Принципиальная схема электроснабжения инфракрасных установок и автоматизации процесса нагрева:

1 – трансформаторная подстанция; 2 – вводный рубильник; 3 – распределительный шкаф; 4 – магнитные пускатели; 5 – рубильники включения инфракрасных установок; 6 – прибор контроля и регулирования процесса нагрева; 7 – датчик температур

Инфракрасные установки коммутируются внутри медными или алюминиевыми проводами, шинами и подключаются к разводящим кабелям при помощи разъединительных муфт. Электротермообработка бетонных поверхностей инфракрасными нагревателями допускается при наличии автоматизации процесса нагрева. В зависимости от марки бетона, Мп, назначения конструкции, технологической надобности, вида цемента, потока бетона, сроков производства работ и т. д. разрабатывается и задается соответствующий режим электротермообработки бетона.

Автоматизация электротермообработки бетонных изделий и конструкций осуществляется при помощи потенциометра типа АСП или ЭКС-120. В качестве компенсационного провода

186

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

принимается кабель марки ХККП (спай хромелевого и капелевого провода на конце компенсационного провода и магнитного пускателя).

По сечению конструкции устанавливаются термопары, соединенные с потенциометром, которые в зависимости от режима электротермообработки включают или отключают систему прогрева через катушку магнитного пускателя. Одновременно дистанционные потенциометры позволяют автоматически вести запись режима прогрева бетона на диаграммах, которые затем помещаются в журнале производства работ.

4.3.4. Режимы термообработки

Прежде чем перейти к рассмотрению режимов электротермообработки бетона, необходимо отметить, что требования к материалам бетона, подвергаемого инфракрасному нагреву, те же, что и к любым бетонам. В подразд. 1.3 дано подробное описание требований к материалам, а также подбора состава, приготовления, транспортирования, укладки и ухода за бетоном.

Режим термообработки бетона инфракрасными излучателями подразделяется на три этапа: подъем температуры в теле бетона до расчетной; изотермический прогрев при данной температуре; остывание до температуры окружающей среды. Остывание бетона может быть регулируемым и свободным.

На становление физико-механических свойств бетона, обработанного инфракрасным излучением, влияют следующие факторы:

1)продолжительность предварительного выдерживания;

2)выдерживание скорости подъема;

3)обеспечение свободной или исключенной массоотдачи;

4)температура и время изотермического прогрева;

5)время остывания;

6)характеристики бетона (состав бетона, вид применяемого цемента, наличие добавок);

187

Технология бетонных работ в зимних условиях

7)условия последующего выдерживания (нормальное или воздушно-сухое);

8)модульные характеристики прогреваемого элемента (модуль поверхности и модуль массоотдачи).

Сочетание вышеперечисленных факторов предопределяет выбор режимов электротермообработки бетона. На рис. 26 предложены возможные схемы тепловой обработки изделий и конструкций инфракрасными нагревателями.

Рис. 26. Режимы термообработки бетона с получением 50–70 % проч-

ности от R28:

а – режим, не учитывающий нарастания прочности; б – режим, учитывающий нарастание прочности; в – термос; τп – подъем температуры; τиз – изотермический прогрев; τост – продолжительность остывания изделия

Режим, изображенный на рис. 26, а, не учитывающий нарастание прочности бетона при его остывании, состоит из двух

188

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

этапов (подъем температуры и изотермический прогрев) и применяется при электротермообработке тонкостенных конструкций, выполняемых в металлической опалубке, с Мп > 15 и модулем массоотдачи 0,04–1,0 м–1.

Режим, изображенный на рис. 26, б, учитывает нарастание прочности бетона при остывании конструкций. Он состоит из трех этапов (подъем температуры, изотерма, остывание) и обеспечивает проектную прочность к концу остывания, применяется для электротермообработки пространственных конструкций с Мп 6–15 и модулем массоотдачи 1,5–10 м–1.

Режим, изображенный на рис. 26, в, учитывает нарастание прочности при подъеме и свободном остывании изделий и конструкций (термос), рекомендуется для массивных элементов с Мп до 6 и модулем массоотдачи 1,5–10 м–1.

Одним из главных недостатков метода электротермообработки бетона инфракрасными лучами является интенсивная массоотдача (сушка бетона) в окружающую среду. На величину массоотдачи влияют многие факторы: температура поверхности бетона, ее площадь, время электротермообработки, состав бетона, эффективность укрытия и т. д.

Потеря влаги в конструкциях с модулем массоотдачи (Мп = м–1) при условии получения прочности 70 % от R28 составляет 35–42 % от количества воды затворения. Высушивание бетона в дальнейшем приводит к недобору прочности по сравнению с R28 до 25 %. При прогреве изделий, покрытых полиамидной пленкой (условие частично исключенной массоотдачи), по тем же режимам потери влаги составляют 25–30 % от воды затворения. Прочность этих бетонов в 28-суточном возрасте не уступает прочности образцов нормального хранения.

Итак, влагопотери бетонов на портландцементах до 30 % и на шлакопортландцементах до 35 % от воды затворения при инфракрасном нагреве мало отражаются на конечной прочности.

В МИСИ под руководством проф. Н.Н. Данилова проделана большая работа по разработке режимов инфракрасного на-

189

Технология бетонных работ в зимних условиях

грева, изучению физико-механических свойств бетонов, прогнозированию их прочности и т. д.

На рис. 27, 28 приведены графики прочности бетона сразу после прогрева в зависимости от времени и температуры изотермического прогрева пространственных плит и тонкостенных конструкций, возводимых в скользящей опалубке. Этими графиками можно пользоваться в качестве приближенных данных.

190