ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИИ

ЭЛЕКТРОПРОГРЕВ БЕТОНА

Электропрогрев бетона может осуществляться про­пусканием тока непосредственно через свежеуложенный бетон (электродный способ) либо применением электрических обогре­вательных приборов.

Более эффективным является электродный способ электро­прогрева бетона, который основан на включении бетона в элек­трическую цепь в качестве полупроводника (сопротивления). Прохождение тока сопровождается выделением тепла непосред­ственно в теле бетона.

Электродный способ. Количество тепла, выделяю­щееся в бетоне при прохождении тока за 1 Ч, определяется формулой

Ф = 0,864/2/? Ккал/ч. (Вт),

Где / —сила тока, А

1?—омическое сопротивление бетона, Ом.

Включение бетона в цепь переменного тока осуществляется посредством электродов из арматурной и сортовой стали, закла­дываемых внутрь прогреваемого бетона или располагаемых на его поверхности. Постоянный ток, вызывающий электролиз во­ды, непригоден для электропрогрева бетона. Электропрогрев бетона следует применять для железобетонных конструкций, имеющих модуль поверхности в пределах М„ = 5-ь20[5].

Основным проводником тока в бетоне является вода с раст­воренными в ней минеральными веществами.

Электрическое сопротивление прогреваемого элемента зави­сит от удельного омического сопротивления бетона, геометриче­ской формы и размеров элементов, типа и расположения элек­тродов и количества арматуры в элементах.

В процессе прогрева бетона по мере его твердения электри­ческое сопротивление бетона возрастает и соответственно умень­шается сила тока. При увеличении сопротивления в два раза сила тока уменьшается также в два раза, в то же время ко­личество выделенного тепла уменьшится в четыре раза, так как оно зависит от квадрата силы тока. Соответствен­но понизится и температура прогреваемого бетона, что нежелательно.

Поддерживание температуры на заданном уровне достигает­ся путем повышения подводимого к изделию напряжения, регу­лирование которого производится трансформаторами в преде­лах 50—100 В. В отдельных случаях электропрогрев возможен и при повышенных напряжениях (120—220 В). В начале прогре­ва для медленного повышения температуры напряжение должно быть невысоким, затем, по мере прогрева и увеличения сопро­тивления бетона, его повышают.

При электропрогреве возможно неравномерное распределе­ние температуры и испарение влаги, причиной которого являет­ся разность парциальных давлений паров в бетоне и окружаю­щей его среде. Интенсивность испарения влаги зависит от тем­пературы и длительности прогрева, расположения электродов и утепления бетона.

Для получения одинаковой температуры во всех точках из­делия тепловыделение должно быть равномерным, т. е. плот­ность тока должна быть одинаковой, что обеспечивается выбо­ром оптимальной схемой размещения электродов и величины подводимого напряжения.

При электропрогреве применяются электроды: наружные, прикрепляемые к внутренним поверхностям форм (пластинча­тые, полосовые), и внутренние, размещаемые в толще бетона (стержневые, струнные).

Пластинчатые и полосовые электроды изготов­ляются из стали толщиной 1,5—2 Мм. Их укрепляют через 10— 20 См на внутренней стороне вертикальных поверхностей формы, концы отгибают и выводят наружу для присоединения к ним электропроводов. Элементы формы, снабженные пластинчатыми и полосовыми электродами при электропрогреве с односторон­ним или периферийным расположением полос изготовляются из токонепроводящих материалов (дерева, пластмассы). Для про­грева настилов и плит толщиной до 15 Мм применяют односто­роннее расположение полосовых электродов, подключенных к разным фазам электросети.

Стержневые электроды являются наиболее универсаль­ными, их можно применять для изделий различной формы неза­висимо от вида армирования и расположения закладных эле­ментов: фундаментных башмаков, колонн, балок, плит толщиной более 15 См и др. Применение стержневых электродов приводит к дополнительному расходу металла; так как они устанавлива­ются внутри изделия и остаются в нем после прогрева, требуют­ся дополнительные затраты труда на их установку и срезку. Стержневые электроды представляют собой короткие прутки из обрезков арматурной стали диаметром 6—10 Мм, устанавливае­мые перпендикулярно продольной оси изделия. Концы электро­дов выступают на 10—15 Мм из бетона, к ним и присоединяются провода.

Струнные электроды изготовляются из круглой стали диаметром 6—10 Мм или из 3—4-миллиметровой проволоки в 2—3 нитки, что увеличивает поверхность металла. Струны уста­навливают по длине прогреваемого изделия, концы их выводят наружу для подключения к сети и крепят к изоляторам (бетон­ным или деревянным брускам), обеспечивающим необходимое положение струн.

Установка стержневых и струнных электродов требует осо­бого внимания. Нельзя допускать их соприкасания с арматурой, так как возможно короткое замыкание (при подключении раз­ных фаз) или местный перегрев бетона (при подключении одной фазы). При прогреве стержневыми и струнными электродами можно применять формы из любых материалов — металличе­ские, железобетонные, деревянные и др.

Слой бетона между электродами и арматурой должен быть не менее 5—10 См в зависимости от принятого напряжения тока. При невозможности выдержать этот разрыв необходимо бли­жайшие к арматуре участки электродов обертывать толем или заключать в резиновые трубки.

Режим электропрогрева бетона следует назначать с учетом степени массивности изделия, вида и активности це­мента, необходимой прочности бетона и возможности обеспече­ния ее за время остывания прогретого изделия. Процесс про­грева бетона характеризуется скоростью подъема температу­ры, температурой и продолжительностью изотермического про­грева.

Режим электропрогрева, учитывающий нарастание прочно­сти бетона за время остывания, является более экономичным, но требует увеличения продолжительности тепловой обработки, а следовательно, приводит к увеличению парка форм и разме­ров производственных площадей. Для сокращения продолжи­тельности электропрогрева следует стремиться к более высоким скоростям подъема температуры бетона, применяя автоматиче­ское регулирование температуры во избежание перегрева бе­тона.

Предельная скорость подъема температуры зависит от моду­ля поверхности изделий, степени их армирования и типа приме­няемых электродов (табл. 9).

Повышение температуры изотермического прогрева позволя­ет значительно сократить продолжительность тепловой обработ­ки и расход электроэнергии, однако, в зависимости от модуля по­верхности изделий и вида цемента нормами установлены пре­дельно допустимые температуры изотермического прогрева (табл. 10).

Продолжительность изотермического прогрева для получе­ния заданной прочности бетона определяется расчетом, исходя из принятых величин скорости разогрева и температуры изотер­мического прогрева [13].

Устанавливается средняя температура бетона за период ра­зогрева

Л.___________ и 1 б

£ср. разогр. — ^ *

Где / и и — температура изотермического прогрева и темпера­тура бетона перед прогревом, Град.

Продолжительность подъема температуры

Т= -±-^~ , Г

Где Г — скорость подъема температуры, Град/ч.

По графику соответственно примененному цементу опреде­ляют нарастание прочности бетона за время разогрева при уста­новленных значени­ях и Т (рис. 63).

Остальную часть прочности до задан­ной величины бетон приобретает в пери­од изотермического прогрева, длитель­ность которого оп­ределяется по кри­вой нарастания прочности, соответ­ствующей принятой температуре изотер­мического прогрева.

Полученная расче­том продолжитель­ность изотермичес­кого прогрева обеспечивает заданную прочность бетона без уче­та его дополнительного твердения в период остывания.

Продолжительность изотермического прогрева обычно при­нимают ДЛЯ получения бетоном 50% ОТ 1^28, при этом средняя продолжительность прогрева бетона на портландцементе колеб­лется от 8 до 12 ч.

Остывание бетона после прогрева должно протекать со сни­жением температуры на 5—10° в час в зависимости от величины модуля поверхности изделия. Остывание наиболее быстро про­текает в первые часы после выключения тока и тем интенсивнее, чем выше температура изотермического прогрева.

К специальному оборудованию для электро­прогрева сборных изделий относятся понизительные трансфор­маторы, распредели­тельные шиты и разво­дящие устройства.

Применяются пре­имущественно специ­альные трансформато­ры трехфазного тока (типа ТМ-75/6 мощ­ностью 50 Кет и др.), дающие на низкой сто­роне напряжения 50, 61, 87, 106 В. Каждый трансформатор смон­тирован в блоке с рас­пределительным щи­том, установленным в шкафу из листовой стали. Можно приме­нять также однофаз­ные трансформаторы типа ТБ-20 или сва­рочные типа СТЭ-24, которые при трехфаз­ном токе группируют­ся по 3 и 6 штук. Сва­рочные трансформато­ры не приспособлены к длительной нагрузке, поэтому они пере­греваются, и мощность их можно использовать только на 70— 80% номинальной. От щита трансформатора шинами, кабелями и проводами (в зависимости от мощности трансформатора) на­пряжение подают на промежуточные распределительные щиты, клеммные щитки или группы форм (рис. 64).

Контроль и управление электропрогревом легко могут быть автоматизированы. Помимо сокращения трудовых затрат, при­менение автоматики повышает точность контроля прогрева, со­кращает расход электроэнергии и времени на электропрогрев.

Измерение температуры бетона при электропрогреве произ­водят техническими термометрами или автоматически посред­ством термометров сопротивления и самопишущих приборов.

Определение прочности бетона посредством контрольных ку­бов при электропрогреве неприменимо, так как нельзя обеспе­чить одинаковые режимы твердения образцов и изделий. Поэто­му для определения прочности изделий при электропрогреве следует применять способы, основанные на испытании непосред­ственно бетона изделия, например, физические или ударные.

Наиболее простым и достаточно надежным способом обеспе­чения заданной прочности является контроль соблюдения темпе­ратурного режима прогрева. Такой способ контроля принят на всех заводах и полигонах, на которых применяется электро­прогрев сборных конструкций.

Во избежание больших теплопотерь прогреваемые изделия необходимо утеплять, что обеспечивает более равномерное рас­пределение температуры и повышает качество бетона. Чтобы воспрепятствовать потере влаги, открытая, поверхность изделия защищается водонепроницаемым укрытием, например, полиа­мидной пленкой или листами толя, пергамина и др.

При электропрогреве сборных железобетонных изделий необ­ходимо строгое соблюдение требований техники безопасности в соответствии с «Правилами техники безопасности при эксплуата­ции электротехнических установок промышленных предприя­тий». К производству работ по электропрогреву допускаются ли­ца, прошедшие специальную подготовку.

Прогрев бетона электроприборами. Прогрев бето­на, осуществляемый посредством внешних источников тепла, ко­Торое Передается бетону через промежуточную среду (воздух, термоактивный слой, металлические стенки формы) или непо­средственно (лучеиспусканием), менее эффективен, чем элект­родный прогрев, и применяется значительно реже.

Прогрев бетона электронагревателями получил некоторое применение в производстве железобетонных изделий на полигонах. Электронагреватель отражательного типа пред­ставляет собой параболический деревянный короб, внутри утеп­ленный и обитый жестью. В коробе по всей его длине устанав­ливается одна или несколько нагревательных спиралей. На поверхность изделия устанавливают один или несколько нагре­вателей. Температура бетона регулируется отключением части спиралей или изменением подводимого напряжения.

При изготовлении коллекторных железобетонных колец на полигонах неоднократно применялись круглые электрические нагреватели, устанавливаемые внутрь каждого распалубленного кольца. Такой электронагреватель представляет собой отрезок асбестоцементной трубы, на которую навиваются 3 спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,8 Мм. Общая длина спира­лей 15 М, мощность 2,8 Кет. Напряжение подводят от понизи­тельного трансформатора. Сверху изделия закрывают деревян­ными щитами и утепляют.

При прогреве бетона под термоактивным слоем опилок, окружающим стенки формы или покры­вающим поверхность изделия, электроэнергия преобразуется, в тепло, нагревающее бетон. Стенки термоформ выполняются из дерева и делаются двойными с зазором в 100—150 Мм, который засыпается слоем опилок с уплотнением. Для обеспечения необ­ходимой электропроводности опилки увлажняются 3—5%-ным раствором поваренной соли. В слое опилок размещают электро­ды из круглой или полосовой стали. Тепло от термоактивного слоя через внутреннюю стенку формы передается изделию.

При изготовлении изделий на бойках или площадках термо­активный слой располагается сверху. Изделия засыпают слоем опилок толщиной 50—60 Мм, затем укладывают электроды из круглой или полосовой стали, а поверх электродов — второй слой опилок толщиной 100—120 Мм. Расстояния между элект­родами принимают в зависимости от подводимого напряжения. Смежные электроды подключают к разным фазам электросети, температуру в термоактивном слое поддерживают на уровне 80—90°.

Прогрев бетона инфракрасными лучами более эффективен по сравнению с другими способами внешнего обо­грева бетона. Инфракрасные излучения представляют собой электромагнитные колебания с различной длиной волны (от 0,76 до 6 Мк). Они излучаются внешними электронами атомов в ре­зультате вращательных и колебательных движений молекул, вызванных нагреванием источника излучения.

При инфракрасном облучении бетона обеспечивается непо­средственная передача тепловой энергии от источника излучения нагреваемому изделию. Это обусловливает быстрый подъем тем­пературы нагреваемого изделия и малый расход тепла на еди­ницу продукции.

Источниками (генераторами) инфракрасного излучения явля­ются специальные лампы накаливания типа ЗсЗ напряжением 127 и 220 В, мощностью 0,25 и 0,5 Кв, т, а также плоские и круг­лые металлические излучатели с огнеупорным изолирующим по­крытием и нагревающими спиралями из нихромовой проволоки. Светоотдача лампы инфракрасного облучения типа ЗсЗ состав­ляет примерно 7З светоотдачи обычной осветительной лампы, так что 80—90% подводимой электроэнергии преобразуется в энергию излучения. Тепловой поток лампы ЗсЗ неравномерен, интенсивность его изменяется в зависимости от расстояния от лампы до изделия и расстояния от центра лампы по горизон­тали.

В производственных условиях прогрев инфракрасными луча­ми применялся на ряде заводов сборного железобетона. В ре­зультате накопленного опыта определились основные параметры тепловой обработки бетона. После предварительного выдержи­вания в течение 2—3 Ч (для портландцемента) изделия по­даются в камеру для прогрева. Подъем температуры бетона для изделий толщиной до 150 Мм производят за 1—2 Ч, изотермиче­ский прогрев изделий при температуре 70—90° продолжается до 6 Ч. Таким образом, продолжительность тепловой обработки по сравнению с паропрогревом несколько сокращается.

Добавка в бетонную смесь химических ускорителей тверде­ния, как и при других способах тепловой обработки, ускоряет процесс твердения.