Способы бетонирования с тепловой обработкой

 

 При бетонировании сравнительно тонкостенных конструкций при отрицательных температурах для быстрого достижения распалубочной прочности применяют подачу тепла извне сразу же после укладки и уплотнения бетонной смеси.

Тепловая обработка является практически единственным способом ускорения твердения бетона в зимнее время (без использования химических добавок) и обеспечивает достижение прочности монолитных конструкций.

В настоящее время прогрев бетона монолитных конструкций осуществляется различными способами в зависимости от типа конструкций, опалубки, характеристик бетона и т. д.

Однако практика показала, что использование только одного прогрева бетона не всегда достаточно.

Большое значение имеют противоморозные добавки, которые снижают температуру замерзания воды в бетонной смеси и обеспечивают твердение бетона при отрицательных температурах с достижением критической прочности в короткие сроки.

Нашли применение различные противоморозные добавки: формиат натрия, "Лигнопан Б-4", нитрит натрия, "Релаксол", "Семпласт Крио" и др.

Некоторые добавки обладают комплексным действием (пластифицирующим и ускоряющим твердение).

Способ требует большой электрической мощности - более 1000 кВт для разогрева 3-5 м³ бетонной смеси.

В зависимости от схемы установки и подключения электродов, способ разделяется на сквозной, периферийный и с использованием в качестве электродов арматуры.

Этот способ эффективен для слабо армированных конструкций - фундаментов.

 Способ электрообогрева в греющей опалубке основан на передаче тепла от греющих поверхностей опалубки в бетон путем теплопроводности. В качестве нагревательных элементов применяются ТЭНы, слюдопластовые нагреватели, греющие кабели, углеграфитовая ткань, сетчатые нагреватели и др.

Этот способ наиболее эффективен (по СНиП 3.03.01-87) для фундаментов зданий и под оборудование, массивных стен, колонн, балок, рамных конструкций, полов, плит перекрытий, тонкостенных конструкций, бетонирование которых ведется при температуре окружающего воздуха до -40°С.

Способ инфракрасного обогрева бетона предусматривает использование тепловой энергии, выделяемой инфракрасными излучателями, направленной на открытые или опалубленные поверхности конструкций.

Способ используется для: а) отогрева промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, опалубки, удалении снега и наледи; б) ускорения твердения бетона в скользящей опалубке, плит перекрытий; в) создания тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления.

Самым эффективным и технически безошибочным является:

сочетание безобогревных способов и способов с тепловой обработкой с ускорением и интенсификацией твердения бетона введением в него противоморозных химических добавок.

Необходимо отметить, что не все добавки, рекомендованные ГОСТ 24211-2003, эффективны для зимнего бетонирования с применением прогревных способов монолитного бетонирования.

Поваренная соль NaCI и хлорид кальция СаCl2, неблагополучны в коррозионном отношении при введении более 2 кг на 100 кг цемента, а в меньшем количестве они не эффективны, нитрит натрия NaNО2 - ядовит, натриевая селитра NaNO3 и кальциевая селитра Са(NO3)2 эффективны только в сочетании с другими противоморозными добавками, что ведет к удорожанию; поташ (углекислый калий) K2СО3, снижает прочность и морозостойкость; кальцинированная сода Na2СОз -ускоряет схватывание и снижает удобоукладываемость; формиат натрия NaCOOH - эффективен только до -10°С, мочевина (карбамид) H2NCONH2 не подходит для прогревных методов, т.к. деструктирует (разлагается) при температуре выше -40°С.

Наиболее широко применяются поташ, нитрит натрия и формиат натрия.

Применение поташа как противоморозной добавки может вызвать недобор прочности более 30%, снижение морозостойкости и водонепроницаемости. Дело в том, что кристаллизационные процессы с поташом протекают со значительным увеличением объема и в бетоне появляются внутренние напряжения, вызывающие появление микро- и макротрещин вплоть до разрушения конструкции.

Однако поташ может и не ухудшать прочность и морозостойкость бетона, если он вводится в бетонную смесь совместно с замедлителями схватывания - сульфитно-дрожжевой бражкой СДБ, тетраборатом натрия ТН (бура) или жидким стеклом + адипиновым пластификатором ПАЩ-1. Это ведет к удорожанию работ.

От использования нитрита натрия лучше воздержаться вследствие его ядовитости (все соли азотистой кислоты весьма ядовиты). Так, емкости для приготовления, хранения и переноски порошка и водных растворов нитрита натрия согласно НТД требуется обозначать предупредительной надписью "Яд!".

 Применение формиата натрия ограничено температурой -10°С. Поэтому, для снижения внутренних напряжений в бетоне и, поскольку поташ, нитрит натрия и формиат натрия не обладают пластифицирующим и водоредуцирующим действием, для повышения подвижности бетонных смесей и снижения В/Ц отношения их используют совместно пластифицирующими добавками.

Наиболее широко распространен суперпластификатор С-3 - лигносульфанат нафталина (в порошкообразной или жидкой товарной форме).

Необходимо отметить, что в С-3 содержится 6-10% сульфата натрия, что является причиной появления стойких высолов и сульфатной коррозии бетона, существенно снижающей долговечность строительных конструкций.

 Большим недостатком является также то, что разжижитель С-3 содержит опасные в биологическом и природоохранном отношении вещества - фенол, формальдегид и производные нафталина.

В настоящее время при монолитном бетонировании как летом, так и зимой в диапазоне температур от +20°С до -15°С успешно применяется отечественная комплексная добавка для бетонов и строительных растворов - Ускоритель твердения - пластификатор "ГАМБИТ MaxiTEMP (E-1)" с противоморозным эффектом до -15°C, производимый серийно в Москве ООО «МегаПром».

Ускоритель твердения - пластификатор "ГАМБИТ MaxiTEMP (E-1)" сертифицирован в системе "Мосстройсертификация" на соответствие ГОСТ 24211-2003 и разрешен в санитарном отношении для производства бетонов и строительных растворов в строительстве, в т.ч. предприятиях пищевой промышленности, бассейнах, резервуарах с питьевой водой.

 Ускоритель твердения - пластификатор "ГАМБИТ MaxiTEMP (E-1)" :

 ■ Ускоряет твердение - повышает прочность бетона нормального твердения в возрасте 1 суток или после тепловой обработки на 30-50% и более.

■ Пластифицирует - увеличивает подвижность смесей от П1 до П4.

■ Противоморозный - обеспечивает твердение бетона при температурах до -15°С.

■ Повышает прочность бетона в проектном возрасте на 1-2 класса.

■ Снижает расход воды затворения на 6-11%.

■ Полностью исключает водоотделение и расслаиваемость смесей.

■ Не дает высолов.

■ Уплотняет структуру бетона и увеличивает водонепроницаемость на 2-4 ступени до W4-W6

■ Эффективен для низко- и высокомарочных цементов как бездобавочных, так и с добавками.

Физическая сущность электропрогрева (электродного прогрева) идентична рассмотренному выше способу электроразогрева бетонной смеси, т. е. используется теплота, выделяемая в уложенном бетоне при пропуске через него электрического тока.

Образующаяся теплота расходуется на нагрев бетона и опалубки до заданной температуры и возмещение теплопотерь в окружающую среду, происходящих в процессе выдерживания. Температура бетона при электропрогреве определяется величиной вьщеляемой в бетоне электрической мощности, которая должна назначаться в зависимости от выбранного режима термообработки и величины теплопотерь, имеющих место при электропрогреве на морозе.

Для подведения электрической энергии к бетону используют различные электроды: пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные.

К конструкциям электродов и схемам их размещения предъявляются следующие основные требования: мощность, выделяемая в бетоне при электропрогреве, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету; электрическое и, следовательно, температурное поля должны быть по возможности равномерными; электроды следует располагать по возможности снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения минимального расхода металла; установку электродов и присоединение к ним проводов необходимо производить до начала укладки бетонной смеси (при использовании наружных электродов).

В наибольшей степени удовлетворяют изложенным требованиям пластинчатые электроды.

Пластинчатые электроды принадлежат к разряду поверхностных и представляют собой пластины из кровельного железа или стали, нашиваемые на внутреннюю, примыкающую к бетону поверхность опалубки и подключаемые к разноименным фазам питающей сети. В результате токообмена между противолежащими электродами весь объем конструкции нагревается. С помощью пластичнатых электродов прогревают слабоармированные конструкции правильной формы небольших размеров (колонны, балки, стены и др.).

Полосовые электроды изготовляют из стальных полос шириной 20...50 мм и так же, как пластинчатые электроды, нашивают на внутреннюю поверхность опалубки.

Токообмен зависит от схемы присоединения полосовых электродов к фазам питающей сети. При присоединении противолежа щих электродов к разноименным фазам питающей сети токообмен происходит между противоположными гранями конструкции и в тепловыделение вовлекается вся масса бетона. При присоединении к разноименным фазам соседних электродов токообмен происходит между ними. При этом 90% всей подводимой энергии рассеивается в периферийных слоях толщиной, равной половине расстояния между электродами. В результате периферийные слои нагреваются за счет джоулевой теплоты. Центральные же слои (так называемое «ядро» бетона) твердеют за счет начального теплосодержания, экзотермии цемента и частично за счет притока теплоты от нагреваемых периферийных слоев. Первую схему применяют для прогрева слабоармированных конструкций толщиной не более 50 см. Периферийный электропрогрев применяют для конструкций любой массивности.

Полосовые электроды устанавливают по одну сторону конструк ции. При этом к разноименным фазам питающей сети присоединяют соседние электроды. В результате реализуется периферийный электропрогрев.

Одностороннее размещение полосовых электродов применяют при электропрогреве плит, стен, полов и других конструкций толщиной не более 20 см.

При сложной конфигурации бетонируемых конструкций при меняют стержневые электроды - арматурные прутки диаметром 6... 12 мм, устанавливаемые в тело бетона.

Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды р виде плоских электродных групп. В этом случае обеспечивается более равномерное температурное поле в бетоне.

При электропрогреве бетонных элементов малого сечения и значительной протяженности (например, бетонных стыков шириной до 3... 4 см) применяют одиночные стержневые электроды.

При бетонировании горизонтально расположенных бетонных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций используют плавающие электроды - арматурные стержни 6... 12 мм, втапливаемые в поверхность.

Струнные электроды применяют для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (колонны, балки, прогоны и т. п.). Струнные электроды устанавливают по центру конструкции и подключают к одной фазе, а металлическую опалубку (или деревянную с обшивкой палубы кровельной сталью) - к другой. В отдельных случаях в качестве другого электрода может быть использована рабочая арматура.

Количество энергии, выделяемой в бетоне в единицу времени, а следовательно, и температурный режим электропрогрева зависят от вида и размеров электродов, схемы их размещения в конструкции, расстояний между ними и схемы подключения к питающей сети. При этом параметром, допускающим произвольное варьирование, чаще всего является подводимое напряжение. Выделяемая электрическая мощность в зависимости от перечисленных выше параметров рассчитывается по формулам.

Ток на электроды от источника питания подается через трансформаторы и распределительные устройства.

В качестве магистральных и коммутационных проводов применяют изолированные провода с медной или алюминиевой жилой, сечение которых подбирают из условия пропуска через них расчетной силы тока.

Перед включением напряжения проверяют правильность установки электродов, качество контактов на электродах и отсутствие их замыкания на арматуру.

Электропрогрев ведут на пониженных напряжениях в пределах 50... 127 В. Осредненно удельный расход электроэнергии составляет 60... 80 кВт/ч на 1 м3 железобетона.

Контактный (кондуктивный) нагрев. При данном методе используется теплота, выделяемая в проводнике при прохождении по нему электрического тока. Затем эта теплота передается контактным путем поверхностям конструкции. Передача теплоты в самом бетоне конструкции происходит путем теплопроводности. Для контактного нагрева бетона преимущественно применяют термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП).

Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы. В современных опалубках в качестве нагревателей применяют греющие провода и кабели, сетчатые нагреватели, углеродные ленточные нагреватели, токопроводящие покрытия и др. Наиболее эффективно применение кабелей, которые состоят из константановой проволоки диаметром 0,7... 0,8 мм, помещенной в термостойкую изоляцию. Поверхность изоляции защищена от механических повреждений металлическим защитным чулком. Для обеспечения равномерного теплового потока кабель размещают на расстоянии 10... 15 см ветвь от ветви.

Сетчатые нагреватели (полоса сетки из металла) изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита - также асбестовым листом и покрывают теплоизоляцией. Для создания электрической цепи отдельные полосы сетчатого нагревателя соединяют между собой разводящими шинами.

Углеродные ленточные нагреватели наклеивают специальными клеями на палубу щита. Для обеспечения прочного контакта с коммутирующими проводами концы лент подвергают меднению.

В греющую опалубку может быть переоборудована любая инвентарная с палубой из стали или фанеры. В зависимости от конкретных условий (темпа нагрева, температуры окружающей среды, мощности тепловой защиты тыльной части опалубки) потребная удельная мощность может колебаться от 0,5 до 2 кВ А/м2. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и среднемассивных конструкций, а также при замоноличивании узлов сборных железобетонных элементов.

Термоактивное покрытие (ТРАП) - легкое, гибкое устройство с углеродными ленточными нагревателями или греющими проводами, обеспечивающие нагрев до 50°С. Основой покрытия является стеклохолст, к которому крепят нагреватели. Для теплоизоляции применяют штапельное стекловолокно с экранированием слоем из фольги. В качестве гидроизоляции используют прорезиненную ткань.

Гибкое покрытие можно изготовлять различного размера. Для крепления отдельных покрытий между собой предусмотрены отверстия для пропуска тесьмы или зажимов. Покрытие можно располагать на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях конструкций. По окончании работы с покрытием на одном месте его снимают, очищают и для удобства транспортировки сворачивают в рулон. Наиболее эффективно применять ТРАП при возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25... 1 кВ-А/м2.

При инфракрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела.

Генерируют инфракрасное излучение путем нагрева твердых тел. В промышленности для этих целей применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,76... 6 мкм, при этом максимальным потоком волн данного спектра обладают тела с температурой излучающей поверхности 300...2200°С.

Теплота от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика теплоты. Поглощаясь поверхностями облучения, инфракрасные лучи превращаются в тепловую энергию. От нагретых таким образом поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности.

Для бетонных работ в качестве генераторов инфракрасного излучения применяют трубчатые металлические и кварцевые излучатели. Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы (обычно из алюминия).

Инфракрасный нагрев применяют при следующих технологических процессах: отогреве арматуры, промороженных оснований и бетонных поверхностей; тепловой защите укладываемого бетона; ускорении твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен и других элементов в деревянной, металлической или конструктивной опалубке, высотных сооружений в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т. п.).

Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От последнего электроэнергию подают по кабельным линиям к отдельным инфракрасным установкам. Бетон обрабатывают инфракрасными лучами при наличии автоматических устройств, обеспечивающих заданные температурные и временные параметры путем периодического включения-выключения инфракрасных установок.

При индукционном нагреве бетона используют теплоту, выделяемую в арматуре или стальной опалубке, находящихся в электромагнитном поле катушки-индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. Для этого по наружной поверхности опалубки последовательными витками укладывается изолированный провод-индуктор. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в находящемся в этом поле металле (арматуре, стальной опалубке) вихревые токи, в результате чего арматура (стальная опалубка) нагревается и от нее (кондуктивно) нагревается бетон.

Индукционный метод применяют для отогрева ранее выполненных и прогрева возводимых каркасных железобетонных конструкций, бетонируемых в любой опалубке и при любой температуре наружного воздуха обработкой.

Заключение.

 

 

Используемая литература:

 

1. Афанасьев А.А.

Бетонные работы –М.: Высш. Шк., 1991.

2. Баженов Ю.М.

Технология бетонных и железобетонных изделий. М., 1984.

3. Хаютин Ю.Г.

Монолитный бетон. М., 1990.

4. СниП 3.03.01-87