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

4.3.5. Техника безопасности

При тепловой обработке бетонных изделий и конструкций инфракрасными нагревателями необходимо учитывать биологическое действие инфракрасного излучения на организм человека, электробезопасность и противопожарную безопасность.

Установлено, что биологическое действие лучей инфракрасных нагревателей на организм человека зависит в основном от длины волн. Так, длина волн от 0,7 до 1,4 мкм способна глубоко проникать в ткани человеческого организма, особенно в роговую оболочку глаз. Влияние лучей с такими параметрами волн вызывает воспаление глаз, что в конечном итоге может привести к потере зрения. Работая с открытыми нагревателями, обслуживающий персонал должен иметь защитные очки, способные задерживать инфракрасные лучи. В качестве фильтров для таких очков можно использовать стекла Акло, Коренса, Иютта и стекло с прокладкой из желатиновой пленки.

191

Технология бетонных работ в зимних условиях

Инфракрасные лучи также оказывают влияние на общебиологическое состояние организма человека. При большой ин-

тенсивности теплового потока (более 7000 Вт/(м2 С)) могут иметь место функциональные сдвиги (увеличиваются пульс, частота дыхания, снижается артериальное давление), а инфра-

красные лучи с малой интенсивностью (1500 Вт/(м2 С)) положительно влияют на организм человека.

Во избежание воздействия высокой степени интенсивности инфракрасного излучения на организм человека источники (короб, отражатель) должны быть изолированы асбестом, минеральной ватой, стекловатой и т. п.

Установки инфракрасного излучения питаются током напряжением 380/220 и 220/127 В, поэтому следует строго соблюдать правила электробезопасности. Установки должны быть выполнены и установлены согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок), поэтому мы приводим лишь специфические особенности термообработки бетона инфракрасными лучами.

1.Рабочие, обслуживающие инфракрасные установки, должны иметь допуск на право производства работ.

2.Вход посторонних лиц в зону работы инфракрасных установок строго запрещен.

3.Инфракрасные установки, а также приборы автоматики управления должны быть заземлены или занулены.

4.Для подводки электроэнергии в основном рекомендуется применять шланговые провода.

5.Сопротивление изоляции должно проверяться в установленные сроки.

6.В случае ремонта, монтажа и демонтажа установок необходимо снять напряжение и повесить предупреждающие

знаки.

7.При работе в три смены необходимо освещать рабочие места и устанавливать предупредительные знаки.

8.Не допускается установка инфракрасных нагревателей

вблизи сгораемых материалов.

192

4.Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

9.Скользящая опалубка должна быть рассчитана на дополнительную нагрузку от электрооборудования и обслуживающего персонала.

10.Необходимо периодически проверять знание техники безопасности при работе с инфракрасными нагревателями.

4.3.6. Примеры расчета электротермообработки бетона инфракрасными излучателями для сооружений, возводимых в скользящей опалубке

Электротермообработка бетона, возводимого в скользящей опалубке, инфракрасными лучами осуществляется локально (по мере подъема опалубки) и практически подразделяется на 4 этапа.

1. Инфракрасные установки монтируются по периметру скользящих форм, нагревают опалубку, затем первые слои бетона. При этом опалубка и нагреватели остаются неподвижными, т. е. Voп = Vy = 0 (здесь Voп – скорость подъема опалубки, Vy – скорость перемещения инфракрасных установок, м/ч).

2.Скользящая опалубка поднимается на высоту, равную высоте подвесных лесов, а инфракрасные установки остаются

впервоначальном положении и прогревают слой бетона, равный высоте самих установок. При этом Vоп > 0; Vy = 0.

3.По мере укладки бетона опалубка скользит и поднимается

по отношению к уровню уложенного бетона, увлекая за собой инфракрасные установки (синхронно). Вэтом случае Voп = Vy > 0.

4. Дойдя до проектной отметки, опалубка останавливается, а инфракрасная установка поднимается вверх, т. е. Vоп = 0; Vy > 0. Скорость подъема установки на четвертом этапе не должна превышать средней скорости подъема опалубки.

Время термообработки бетона зависит от скорости перемещения инфракрасных установок и их высоты, а требуемая установочная мощность обратно пропорциональна времени термообработки:

193

Технология бетонных работ в зимних условиях

hy ,

Vy

где τ – время термообработки бетона; hy – высота инфракрасной установки; Vy – скорость перемещения инфракрасной установки относительно бетона.

При бетонировании изделий и конструкций в скользящей опалубке каждый слой уложенного бетона будет проходить предварительную выдержку, длительность которой определяется выражением

п.в hлVопhy ,

где τп.в – время предварительного выдерживания, ч; hл – высота подвижных лесов, м; время разогрева определяется по формуле

hp , hoп

где τ – время разогрева, ч; hр – высота зоны разогрева, м; а время изотермического прогрева определяется как

из hиз ,

Voп

где τиз – длительность изотермического прогрева, ч; hиз – высота зоны изотермического прогрева, м; τост – длительность остывания зависит от конструкции тепляка, скорости подъема форм, температуры окружающей среды, скорости ветра, местоположения нагревателей (снаружи или внутри сооружения).

При электротермообработке бетона в скользящей опалубке инфракрасными нагревателями режим прогрева бетона проходит по двум стадиям – прогрев и изотермический прогрев

(см. рис. 25 и 26).

Рассмотрим пример электротермообработки бетона инфракрасными нагревателями при возведении монолитного силоса с толщиной стенки δ = 20 см.

194

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Исходные данные: 1) схема подачи лучистой энергии односторонняя (со стороны наружных лесов); 2) массоотдача свободная; 3) скорость подъема опалубки – 2,8 м/сут (0,12 м/ч); 4) бетон В30 на портландцементе М500 с расходом цемента 380 кг/м3 и В/Ц = 0,5; объемный вес бетона 2400 кг/м3; удельная

теплоемкость С = 1,05 кДж/(кг С); 5) температура изотермического прогрева на поверхности облучения tиз = + 80 °С; 6) на необлучаемой поверхности tиз = +60 °С; 7) температура воздуха на наружных подвесных лесах tв.н = +20 °С; 8) температура воздуха на внутренних подвесных лесах tв.в = +7 °С; 9) прочность бетона после термообработки должна быть не менее 50 % от R28. Расчет производится на 1 пог. м периметра сооружения.

Согласно графику (см. рис. 28, б) для обеспечения набора прочности 50 % от R28 принимаем время изотермического прогрева 8 ч при температуре +80 °С и tб.н = +10 °С. Время подъема до изотермической температуры принимается 3 ч. Коэффициент теплоотдачи за счет конвекции и лучеиспуска-

ния со стороны инфракрасной установки α1 = 11,6 Вт/(м2· С),

а с противоположной стороны α2 = 17,4 Вт/(м2· С) или (15 ккал/м2 ч град).

Итак, для принятой скорости подъема высота зоны разогрева будет равна hр = 0,12 м/ч 3 ч 0,36 м, а зоны изотерми-

ческого прогрева hиз = 0,12 8 0,96 м. Объем бетона зоны разогрева VбR (0,36 м 1 м 0,2 м) 0,072 м3 , а зоны изотермическо-

го прогрева Vбиз (0,96 м 1 м 0,2 м) 0,192 м3 .

Интенсивность интегрального экзотермического выделения за период разогрева бетона и изотермического прогрева

(см. табл. 94) соответственно будет равна ≈17 и 25 кДж/кг ч. При модуле массоотдачи элемента ≈10 и ожидаемой по-

требной энергетической оснащенности порядка 2000 ккал/м2 ч по табл. 73 принимаем коэффициент массоотдачи равным 0,15.

Тогда интенсивность теплоотдачи испарением составит:

195

Технология бетонных работ в зимних условиях

где qисп определяется как произведение количества испарившейся воды с 1 м2 поверхности элемента в килограммах на теплоту парообразования.

Составим уравнение теплового баланса с учетом допущения о равномерности прогрева всего элемента (ограниченной толщины). Тогда уравнения теплового баланса могут быть представлены следующими формулами (случай твердеющего бетона):

а) стадия подъема температуры

где ε – степень черноты поверхностей (см. табл. 72); Eэ1 – энергетическая оснащенность на поверхности нагрева элемента,

196

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

ккал/м2 ч град (Вт/м2 С); Fпо – площадь поверхности облучения, м2; Fот – площадь незаопалубленных поверхностей, м2; Fп – площадь заопалубленных поверхностей, м2; τ1 – время подъема

температуры, ч; Qэкз1 – экзотермия тепловыделения в теле бетона при tср, Вт/ч; Qэкз2 – экзотермия тепловыделения при изотер-

мической температуре, Вт/ч; Qэл – тепло, необходимое для разогрева бетонного элемента, Вт; α – коэффициент теплоотдачи,

Вт/м2 К; k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К; tср1 – средняя

температура на стадии подъема температуры от начальной до изотермической, °С; tиз – температура (изотермическая) поверхности нагрева элемента, °С; tв – температура окружающего воздуха, °С; qисп – интенсивность теплоотдачи испарением с 1 м2

открытых бетонных поверхностей, Вт/м ч.

Из уравнения теплового баланса определяем потребную энергетическую оснащенность на поверхности опалубки для зоны разогрева

197

Технология бетонных работ в зимних условиях

1150 ккал/м2 ч,

т. е. 1334 Вт/(м2 С).

В качестве нагревателей принимаем металлические трубчатые типа НВСЖ (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий) диаметром 18 мм в количестве 4 шт. на 1 пог. м. Рефлектор выполнен из алюминия (окисленный ε = 0,2).

Задаемся параметрами инфракрасного излучателя: среднее расстояние между излучателями 30–35 см, между излучателем и отражающей поверхностью 5 см и между отражающей поверхностью 25 см.

Стенки резервуара имеют плоскопараллельные поверхности поглощения и отражения расположенных между ними трубчатых излучателей (рис. 29).

Рис. 29. К определению коэффициента облученности в системе:

1 – трубчатые излучатели; 2 – поверхность нагрева; 3 – поверхность отражения

198

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Средний коэффициент облученности определяется выражением

где Ny – необходимая электрическая мощность инфракрасной установки, Вт; 1,16 – коэффициент перевода ккал/м2 ч в Вт/м2; k – коэффициент, учитывающий количество лучистой энергии, генерируемой инфракрасными излучателями, от общей энергии, подводимой к ним; φ – коэффициент облученности, показывающий, какая доля общей лучистой энергии, генерируемой инфракрасными излучателями, падает на поверхность нагрева; F – поверхность нагрева, м2;

Итак, общая мощность инфракрасной установки (на погонный метр периметра сооружения) составит:

Ny 2, 72 5, 0 7, 72 кВт.

Зная потребную мощность, геометрические размеры конструкции, запроектируем инфракрасную установку: на 1 пог. м

199

Технология бетонных работ в зимних условиях

периметра сооружения принимаем две инфракрасные установки

размером 50 162 см, оснащенные U-образным излучателем с развернутой длиной 294 см и погонной мощностью N = 1,3 кВт.

На рис. 30 дана схема инфракрасной установки, которая состоит из двух зон (обеспечивающей разогрев и обеспечивающей изотермический прогрев).

Рис. 30. Конструктивная схема инфракрасной установки

4.4. Индукционный прогрев монолитных железобетонных каркасных конструкций

4.4.1. Общие положения

При индукционном методе термообработки бетона используют тепло, выделяемое в арматуре или стальной опалубке, находящейся в электромагнитном поле катушки-индуктора, которая включена в цепь переменного электрического тока.

200