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

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

применять металлическую опалубку, укладывать бетон на мерзлое основание, транспортировать бетонную смесь на дальние расстояния, а также улучшить культуру производства.

4.5.2. Сущность метода и область применения

Сущность бетонирования с электроразогревом смеси заключается в интенсивном внесении тепла в бетонную смесь до ее уплотнения с целью ускорения твердения бетона и повышения его качества. Тепло вносится электрическим током промышленной частоты с напряжением 380 В. Смесь разогревается до температуры 70–90 °С за 10–15 мин. Уплотняется смесь в горячем состоянии и выдерживается, как правило, в неутепленной опалубке.

Внесение тепла во вторую стадию твердения цемента позволяет интенсифицировать физико-химические процессы и особенно экзотермию цемента. Виброуплотнение бетонной смеси в горячем состоянии обеспечивает более плотную структуру за счет вытеснения из нее паровоздушной среды. Дальнейшее выдерживание бетона в малотеплоемкой опалубке создает благоприятные условия для тепло- и массообменных процессов. Миграция влаги в сторону более низкой температуры одновременно переносит с собой и тепло от центра конструкции к периферии, что обеспечивает длительное время положительную температуру по ее периметру. Как показала практика, на границе бетона и металлической опалубки появляется паровоздушная прослойка, которая в определенной степени благоприятствует остыванию конструкции.

Укладка разогретых бетонных смесей в изделия и конструкции сокращает время их распалубки. Наряду с этим обеспечивается высокая технологичность работ: появляется возможность перевозить бетонную смесь на большие расстояния при отрицательной температуре, укладывать ее на мерзлое основание, более широко использовать металлическую опалуб-

221

Технология бетонных работ в зимних условиях

ку, понижать отпускную температуру бетонной смеси, что еще больше повышает эффективность предварительного выдерживания смеси.

Горячие бетонные смеси обеспечивают 50 % от R28 до замерзания при возведении среднемассивных конструкций и 70 % от R28 – при возведении массивных конструкций, что вполне отвечает предъявляемым требованиям.

Рациональная область бетонирования с электроразогревом смеси – среднемассивные конструкции. Применяются разогретые бетонные смеси и при изготовлении немассивных конструкций в целях сокращения времени подъема температуры. В массивных конструкциях разогретые бетонные смеси применяются лишь для отогрева мерзлого основания.

4.5.3. Оборудование для электроразогрева бетонной смеси

Электроразогрев бетонной смеси, основанный на преобразовании электрической энергии в тепловую, достигается путем разогрева определенной порции смеси (емкость, бадья, форма и т. п.) или непрерывного разогрева за счет движения смеси вдоль электродов.

Порционный электроразогрев бетонной смеси осуществляется в стационарно установленных или в переносных бункерах (бадьях), снабженных электродами (рис. 34). В настоящее время предложены десятки конструктивных решений этого устройства, однако порционный способ разогрева бетонной смеси затрудняет механизацию бетонных работ, особенно в заводских условиях при создании поточных технологических линий.

В последние годы был предложен целый ряд устройств для непрерывного электроразогрева бетонной смеси (одно из них изображено на рис. 35).

222

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Рис. 34. Схема поворотного бункера электроразогрева бетонной смеси

223

Технология бетонных работ в зимних условиях

Рис. 35. Устройство для непрерывного электроразогрева бетонной смеси: 1 – вибраторы; 2 – сетка ограждения; 3 – электроды; 4 – вибрирующая рама; 5 – электроизолированные захваты; 6 – бункер; 7 – лоток; 8 – ограничитель толщины слоя смеси; 9 – опоры

Однако и это устройство не лишено недостатков. Так, к ним относятся: неравномерный разогрев смеси по сечению, высокий уровень шума, быстрое зарастание бетоном электродов, рост переходного сопротивления электрод – смесь.

Для изучения и устранения указанных выше недостатков были проведены экспериментальные исследования устройств непрерывного электроразогрева бетонной смеси, выполненных в виде конвейеров, над транспортерной лентой которых располагались неподвижные и подвижные электроды. Включая привод колебательного механизма в работу, электроды совершают возвратно-поступательные движения, которые и обеспечивают равномерное перемещение бетонной смеси между электродами. Равномерный разогрев бетонной смеси может быть достигнут только в том случае, когда она плотно прилегает к электродам.

224

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

На строительных объектах хорошо себя зарекомендовали устройства по электроразогреву смеси в специальных бункерах (см. рис. 34), установленных на постах электроразогрева смеси (см. рис. 37). Наибольшее распространение получили обычные поворотные бадьи, оборудованные пластинчатыми нагревателями. Пластины-электроды выполняются из 5-миллиметровой листовой стали, жестко закрепляются внутри приемной части бадьи кронштейнами и изолируются от корпуса, как правило, гетинаксовыми плитами. Электрическая сеть подводится к электроду через стальной стержень, один конец которого приварен, а другой выведен за пределы бадьи и заканчивается токоприемным устройством. Стальные стержни изолируются от корпуса бадьи гетинаксовыми или текстолитовыми втулками и резиновыми трубками.

Токоприемные устройства ограждаются кожухами при расположении их на крышке или отбойными брусьями при торцевом их присоединении. На стенке бадьи приваривается два болта для нулевого провода и провода, ведущего к контуру защитного заземления.

Бадьи оборудуются вибраторами для удобства выгрузки и обеспечения равномерности распределения смеси между электродами. Пост электроразогрева смеси подключается от КТП через отдельно стоящий трансформатор (обычно 320 кВт) с самостоятельным щитом. Мощность трансформатора зависит от объема одновременно разогреваемой бетонной смеси и скорости подъема температуры.

Распределительный щит оборудован амперметром, вольтметром, фазометром (для определения коэффициента мощности), а трансформатор тока (0-494) на каждой фазе – счетчиком активной энергии (СА-ЧУ), сигнальной арматурой, светильниками и сиреной. Пульт управления сосредоточен в одном помещении. Электроэнергия подается от трансформатора к бадьям гибкими кабелями, сечение которых подбирается по расчету.

225

Технология бетонных работ в зимних условиях

4.5.4. Расчет оборудования для электроразогрева бетонной смеси

Для обеспечения равномерности разогрева бетонной смеси необходимо правильно подобрать геометрические размеры оборудования, размеры нагревателей, расстояние между ними, а также параметры электроэнергии. С учетом равномерности загрузки фаз электрической сети число электродов определяется по формуле

nэ 3n 1,

где n – натуральный ряд чисел, соответствующий количеству параллельно подключенных групп электродов к трехфазной электрической сети; 3n = (nэ – 1 ) – количество отсеков.

Объем разогреваемой смеси определяется по формуле

где h – высота слоя разогреваемой бетонной смеси, см; l – расстояние между электродами, см; nэ – количество электродов; ( nэ – 1) – количество отсеков, шт., а также

V = 3 n V 1 ,

где V1 – объем разогреваемой бетонной смеси, заключенный между двумя соседними электродами, м3.

На рис. 36 дана принципиальная схема подключения сопротивления в бункере при разогреве смеси. Как видно из схемы, в каждую пару проводов параллельно включено m элементов сопротивления бетонной смеси ri, тогда сопротивление в одной из пар проводов будет равно:

Учитывая, что расстояние между электродами l постоянно, имеем r = r2 =...rm . Следовательно,

226

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Рис. 36. Принципиальная электрическая схема подключения сопротивления(бетонных смесей) треугольником (а) ирасчетнаясхема (б)

Линейная сила тока равна:

227

Технология бетонных работ в зимних условиях

Сопротивление элемента бетонной смеси (r) определяется по формуле

r Sl ,

где ρ – удельное электрическое сопротивление бетонной смеси, Ом см; l – длина формы, см; S – площадь поперечного сечения бетонной смеси, проводящей электрический ток, см2.

Удельный расход электроэнергии Wуд будет:

где q0 – коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду (1,2–1,4); Сб – удельная теплоемкость бетонной сме-

си, ккал/кг град; γб – объемная масса бетонной смеси, кг/м3;

где τ1 – время разогрева бетонной смеси, мин (ориентировочно

5–15 мин).

Мощность, необходимая для разогрева бетонной смеси, определяется по следующим формулам:

– по теплотехническому расчету

– по электротехническому расчету

228

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Подставляя значения R , nэ и Iл в последнюю формулу и умножая числитель и знаменатель правой части равенства на l, получим:

где П – производительность разогреваемого устройства, м3/ч. Для предварительных расчетов при известном ρн можно

принять:

229

Технология бетонных работ в зимних условиях

−для тяжелых бетонов ρн = 0,8 ρн;

−для легких бетонов ρр=0,85 ρн.

Расчетная электрическая мощность Sp определяется по формуле, кВт:

Kк.п cos

где Рmах – максимальная электрическая мощность, кВт; η и cos φ – КПД и коэффициент мощности (их произведение можно принять равным 0,9); Кк.п – коэффициент кратковременной перегрузки трансформатора (ориентировочно 1,3–1,5).

Максимальная электрическая мощность Рmах при min определяется по формуле

где Imах – максимальная сила тока, А.

При соединении разогревателей установки в цепь треугольником

где фазный ток Iф будет:

Iф Uф Uл , Rф Rф

где Rф – сопротивление бетонной смеси, находящейся между двумя соседними электродами, Ом;

Rф min Sl ,

где l – расстояние между электродами, см.

Подставляя значение Imax, Iф, Rф в формулу значения Рmax, получим:

230