Технология термообработки бетона

5.1 До начала работ по укладке нагревательных проводов должны быть закончены, как правило, опалубочные и арматурные работы. В ряде случаев укладку нагревательных проводов целесообразно производить одновременно с арматурными и опалубочными работами.

В составе зимнего бетонирования выполняют следующие подготовительные и основные работы.

Выполняют подготовительные работы по организации рабочего места и оснащению его средствами труда и технологическим оборудованием, по созданию безопасных условий труда. Устраивают ограждение рабочего места, проводят сигнализацию и освещение. Устанавливают на ровной твердой площадке силовое оборудование и вдоль захватки - секции электроразводки. Подключают нагревательные провода к секциям электроразводки, а секции - к трансформатору.

Основные работы зимнего бетонирования (термообработка бетона) производятся после завершения бетоноукладочных работ. Открытые поверхности бетона укрывают гидроизоляционной пленкой, теплоизоляционным материалом и подают напряжение на нагревательные провода.

5.2 Термообработка бетона состоит из трех фаз: нагревание, изотермическое выдерживание при температуре нагрева и остывание. Режим термообработки определяется с учетом ограничений, изложенных в разделе 3.4.

Нагревание бетона может производиться, как правило, до 70°С, но не более 80°С, наиболее рациональной считается для применяемых бетонов на портландцементе температура нагревания 40-50°С.

Средняя скорость нагревания бетона составляет 4,0-5,0°С/ч.

Изотермическое выдерживание зависит от температуры нагрева бетона и определяется по графику набора прочности бетона из условия получения заданной в проекте прочности (см. раздел 5.13).

Скорость остывания бетона обычно принимают 2,0-3,0°С/ч.

5.3 Для обеспечения при данной температуре наружного воздуха и скорости ветра заданного режима термообработки железобетонной конструкции, характеризуемой модулем поверхности, классом бетона с известным расходом цемента, температурой уложенного в опалубку бетона, по параметрам имеющихся опалубки и утеплителя, проводов и силового оборудования определяют электрические параметры нагрева бетона: коэффициент теплопередачи, удельную мощность нагрева бетонной конструкции, линейную электрическую нагрузку, шаг и длину проводов.

5.4 Коэффициент теплопередачи K определяют по таблице 5 (в том числе с помощью линейной интерполяции или экстраполяции) или по формуле

,

(1)

где

α _λ = 2,1 - 3,2 Вт/(м²·°С) - коэффициент передачи теплоты от опалубки излучением;

δ _i = 0,015 - 0,1 м - толщина слоя теплоизоляционного материала;

λ _i = 0,02 - 0,8 Вт/(м²·°С) - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала;

α _к = 20,0 - 43,0 Вт/(м²·°С) - коэффициент передачи теплоты конвекцией:

при скорости ветра до 5 м/с α _к = 20,0 Вт/ /(м²·°С),

при 10 м/с α _к = 30,0 Вт/(м²·°С),

при 15 м/с α _к = 43,0 Вт/(м²·°С).

Примеры расчета К приведены в разделе 6.

5.5 Удельная мощность нагрева бетонной конструкции Р _уд определяется отношением общей мощности Р нагрева к нагреваемой площади бетонной конструкции. Определяется удельная мощность, необходимая для нагрева бетона до заданной температуры. Удельная мощность зависит от разности температуры нагревания бетона и наружного воздуха ∆Т, °С, массивности нагреваемой конструкции, характеризуемой модулем охлаждаемой поверхности М _п, от коэффициента теплопередачи K и содержания цемента в бетонной смеси Ц.

Теоретически разность температуры нагревания бетона и наружного воздуха ∆Т, °С, может составлять от минус 40 до плюс 80, то есть 120°С; практически она составляет от минус 20 до плюс 50, то есть 70°С. Модуль охлаждаемой поверхности имеет практическое значение в диапазоне от 4 до 10 м^-1; в этом диапазоне находятся типовые фундаментные плиты, колонны, полы, стены и перекрытия. Коэффициент теплопередачи в зависимости от вида применяемых теплоизоляционных материалов, а также толщины и конструкций утеплителей, скорости ветра изменяется в широких пределах: от 0,2 до 6,0 Вт/(м²·°С); для утепленных щитов опалубки он не превышает 3,0 Вт/(м²·°С). Так как твердение бетона - процесс экзотермический, то чем больше цемента, тем меньше требуется электрическая мощность для нагрева бетона. Так, при увеличении содержания цемента в зимней бетонной смеси в два раза (с 200 до 400 кг/м³) потребная удельная мощность нагревания сокращается при прочих равных условиях с 960 до 600 Вт/м², то есть на 37 %. Зависимость удельной мощности нагрева бетона от рассмотренных параметров была установлена экспериментально и представлена в виде номограммы (рис. 1).

Рисунок 1 - Номограмма для определения удельной мощности нагрева бетона

Примеры определения удельной мощности нагрева бетона по этой номограмме приведены в разделе 6.

5.6 Линейная электрическая нагрузка на провод р с диаметром стальной токонесущей жилы 0,6-3,0 мм уточняется экспериментально из интервала: для армированных конструкций 30-35 Вт/м, для неармированных 35-40 Вт/м. При линейной электрической нагрузке более 40 Вт/м температура провода превышает 100°С, что приводит к структурным нарушениям в бетоне и уменьшению его прочности. Кроме того, может быть нарушена электроизоляция провода и может произойти короткое замыкание на арматуру и закладные детали.

5.7 Шаг и длина проводов должны создать такую плотность их укладки, которая обеспечивает необходимую равномерность нагрева бетона в конструкции.

Шаг проводов b определяют по формуле

Длина проводов в зависимости от линейной электрической нагрузки, диаметра проводов (токонесущей жилы) и рабочего напряжения может быть ориентировочно определена по номограмме рис. 2 и уточнена по форме и размерам конструкции.

Шаг проводов выбирается из интервала 50-150 мм. Для конструкций, контактирующих с грунтом, шаг может быть принят 150-200 мм. В стыках элементов, в подливках под колонны и оборудование, в местных заделках шаг проводов сокращают до 25-70 мм.

Длина проводов должна быть кратной высоте стен, колонн, фундаментов и ширине перекрытий.

Примеры определения шага и длины проводов приведены в разделе 6.

Рисунок 2 - Номограмма для определения длины нагревателей

5.8 Нагревательные провода размещают, как правило, путем вертикальной навивки с помощью «рогатки» на арматурные стержни, рамы, каркас. Для горизонтальной навивки при бетонировании перекрытий требуется дополнительное крепление провода, чтобы не допустить его провисания при укладке бетона.

В зависимости от толщины бетона провод размещают в один или несколько рядов.

Схемы навивки нагревательных проводов в типовых конструкциях зданий (в стенах, в перекрытиях, в столбчатых фундаментах, в колоннах) показаны на рис. 3.

Нагревательный провод размещают, как правило, между арматурой и опалубкой, чтобы не сместить или не деформировать его при укладке бетона.

Провод рекомендуется также навивать предварительно на инвентарные шаблоны из деревянных брусков сечением 70´50 мм с пропилами или на шаблоны из стальных (полимерных) рамок.

После непрерывной навивки провода с инвентарного барабана через расчетное количество петель (оборотов) делают выводы провода. Навивка провода выполняется с натяжением не более 5 кгс. При перегибах провода на углах под провод укладывают прокладки из полимеров (рубероида, битуминизированной бумаги и т.п.) для дополнительной электроизоляции.

а - в стенах; б - в перекрытиях; в - в столбчатых фундаментах; г - в колоннах

Рисунок 3 - Навивка нагревательных проводов в типовых конструкциях

Провод крепят к арматуре мягкой вязальной проволокой диаметром не менее 1,2 мм, отрезками нагревательного провода, полимерными шпагатом и фиксаторами так, чтобы сохранить электроизоляцию и несмещаемость.

На концы нагревательного провода при нагрузке менее 25 Вт/м надевают трубки из поливинилхлорида, полиэтилена или другого полимерного материала, который предупреждает обгорание изоляции и замыкание на массу. При большей нагрузке устраивают отводы нагревательного провода 1 с помощью монтажного провода 2 сечением 3-4 мм² из бетона 3, которые обычно располагают с одной стороны конструкции (рис. 4).

Перед установкой опалубки (бетонированием) провод проверяют мегомметром на отсутствие замыкания на массу.

Рисунок 4 - Вывод проводов из бетона

5.9 Для коммутации нагревательных проводов применяют кабельный отвод со стандартным разъемом или инвентарные секции электроразводки из двух-трех шин, к которым подсоединяют отводы.

Инвентарная секция электроразводки из трех шин показана на рис. 5. На стойках 1 укреплены три шины 2 из стальных полос шириной 40 мм и толщиной 3 мм. Для крепления нагревательных проводов предусмотрены болты 3 с резьбой М6. Кабельный отвод с разъемом 4 предназначен для подключения секции электроразводки к трансформатору. Кабельный отвод 5 служит для подключения следующей секции.

Рисунок 5 - Инвентарная секция электроразводки для коммутации нагревательных проводов

5.10 Для уплотнения уложенного бетона толщиной до 250 мм с одиночной арматурой и толщиной до 120 мм с двойной арматурой следует применять поверхностные вибраторы.

При большей толщине слоя применяют глубинные вибраторы. Для уплотнения бетона в стыках и густоармированных конструкциях применяют различные насадки и наконечники на глубинные вибраторы. Режим уплотнения должен быть таким, чтобы не повредить изоляции, не допустить смещения и обрыва проводов.

5.11 Контроль за режимом термообработки бетона производится с помощью технических термометров и (или) датчиков температуры, вставляемых в бетонную смесь. Датчики температуры позволяют автоматически регулировать режим термообработки бетона. Датчики температуры устанавливают из расчета один на 6 м длины конструкции или на 50 м² поверхности бетона, или на 3 м³ бетона.

Установка датчика показана на рис. 6.

Рисунок 6 - Термодатчик в нагреваемом бетоне

В бетонную смесь 1 между проводами 2 вставляют пенал 5 из тонкостенной металлической трубки. В пенал заливается немного индустриального масла 6. Датчик температуры 4 устанавливают в пенал и подключают к системе автоматического регулирования температурного режима или к термометру. Обогреваемый бетон покрывают утеплителем 3.

5.12 Открытые поверхности уплотненного бетона укрывают утеплителем из теплоизоляционных материалов (см. раздел 4.3), как правило, покрывалами и (или) плитами толщиной до 80 мм. Для щитов опалубки может быть применена заливная теплоизоляция, например, на основе пенополиуретана. При необходимости применяют универсальную греющую оснастку: укладывают греющие плоские элементы с проволочными электронагревателями (ГЭП) или термоактивные гибкие покрытия (ТАГП).

Выпуски арматуры забетонированных конструкций следует укрыть и утеплить на высоту (длину) не менее чем на 0,5 м.

Утепляют все ребра опалубки, в том числе промежуточные, являющиеся «мостиками холода».

Утеплитель в опалубке и уложенный на открытые поверхности бетона должны быть одинаковыми по теплоизоляционным свойствам.

Скорость остывания бетона поддерживается в заданных пределах путем периодических включений под рабочую нагрузку на 0,5-0,6 ч нагревательного провода.

5.13 Набор прочности бетона на сжатие предварительно оценивают по фактическому режиму термообработки, для чего строят ежесуточные графики изменения температуры бетона в процессе выдерживания и сопоставляют их с контрольными графиками набора прочности.

На рис. 7 показаны контрольные графики для определения набора прочности бетона на портландцементе активностью не менее 400. Из рис. 7 видно, что при изотермическом выдерживании, например при температуре 20°С в течение 6 сут., прочность бетона составит 70 %, в течение 22 сут. бетон наберет полную прочность.

Рисунок 7 - Прочность бетона в зависимости от температуры и продолжительности выдерживания

Прочность бетона в ответственных конструкциях определяют лабораторными методами после снятия опалубки (например, ультразвуковым, испытанием образцов на сжатие и т.п.).

5.14 Технология зимнего бетонирования стыков в сборных железобетонных конструкциях имеет следующие особенности.

Полость стыка подготавливают: очищают от снега и наледи, отогревают с помощью, например, трубчатых нагревателей (ТЭН) до температуры не ниже +5°С. Вместо отогрева стыка до этой температуры допускается укладывать предварительно разогретую бетонную смесь. Теплоотдача смеси должна обеспечить отогрев стыка до указанной выше температуры. Продолжительность уплотнения бетонной смеси вибраторами увеличивают не менее чем на четверть по сравнению с летним временем.

В бетонную смесь для стыков могут быть введены противоморозные добавки, масса которых принимается до 12 % массы цемента.