Будівництво – процес цілорічний, і, щоб уникнути великих збитків, не повинен залежати від погодних умов. Основним критерієм для якісного бетонування в зимовий час є прогрів бетону.
Зміст
- Навіщо це робиться?
- Методи прогріву бетону
- Попередній обігрів
- Витримування бетонної суміші методом термоса
- Електродний метод обігріву
- Метод гріючої опалубки
- Інфрачервоний обігрів
- Використання гріючих петель
- Індукційний прогрів
- Розрахунок прогріву бетону
Навіщо це робиться?
Згідно Сніп, регламентується технологічний прогрів бетону, якщо мінімальна добова температура повітря опускається нижче 0°С. Його метою є не допустити заморожування сирої бетонної суміші, що спричиняє формування крижаних плівок в товщі матеріалу і навколо арматури.
Вода бере безпосередню участь у процесі приготування бетону, але, перетворюючись на лід, перестає бути частиною хімічної гідратації, перешкоджаючи твердіння суміші. Крім цього, розширюючись, лід створює внутрішній тиск і руйнує зв’язки в свежезалитом бетоні. Після відтавання рідини процес гідратації може відновитися, але деякі сполуки втрачаються назавжди, що веде до зниження якості матеріалу і довговічності споруди.
Методи прогріву бетону
Вибір способу обігріву залежить не тільки від типу конструкції і погодних умов, але і від економічної доцільності і термінових рамок по завершенню бетонування. Існують такі види прогріву:
- попередній;
- термос;
- електродний;
- гріюча опалубка;
- інфрачервоний;
- гріючі петлі;
- індукційний.
Попередній обігрів
Передбачає розігрівання бетонної суміші до температури приблизно 50°С за допомогою електричного струму з подачею напруги 220-380 В, протягом 5-10 хв. Після того, як гарячий бетон залитий, його охолодження відбувається за методом термоса.
Для здійснення попереднього нагрівання, на майданчику потрібна наявність електричної потужності понад 1000 кВт на 3-5 кубометрів бетонної суміші.
Витримування бетонної суміші методом термоса
Найбільш економічний і простий, цей метод отримав широке поширення в будівництві. Суміш, температурою 25-45°С, доставляють на майданчик і укладають в опалубку. Якщо прогріти її до більшої температури, то при транспортуванні є ризик її застигання.
Відразу після заливки, конструкцію з усіх боків покривають теплоізоляційним матеріалом. В результаті, бетон твердне за рахунок ізоляції від холодного повітря, тепла самої суміші, а також в результаті екзотермічної реакції цементу.
Кількість тепла, яке отримує бетон від цих джерел, можна підрахувати, і у відповідності з величиною підібрати потрібний шар утеплювача. Його має вистачити, щоб витримати бетон в плюсовій температурі аж до його твердіння і демонтажу опалубки, незалежно від зовнішніх температурних умов.
Однак, не всі конструкції можна зігрівати методом термоса. Найбільш підходящі – це ті, у яких площа охолодження порівняно невелика. Тобто, якщо суміш готують з портландцементів середньої активності, термосное витримування годиться, якщо модуль поверхні не вище 8.
Взимку рекомендують застосовувати швидкотверднучі високоактивні цементи, а також вводити в них спеціальні добавки – хімічні прискорювачі твердіння. Використання добавок, у складі яких є сечовина, не допускається, оскільки при температурі вище 40°С відбувається її розкладання і недобір міцності бетону до 30%, що виражається в низькій морозостійкості і водопроникності. Такі заходи дозволяють використовувати метод термоса на поверхнях з модулем від 10 до 15.
Згідно з теплотехнічним розрахунком, який проводиться при проектуванні термосного укривання, кількість тепла в бетонній суміші не повинно бути нижче кількості тепловтрат при охолодженні за весь період, потрібний для становлення твердости бетону.
Як утеплювач використовують дошки й фанеру з шаром пінопласту, тирсу, картон, мінеральну вату і т. д. Особливо ретельно слід утеплювати конструкції з перепадом рівнів, кутами і тонкими елементами. Опалубка і теплозахист прибираються тоді, коли зовнішній шар бетону досягає 0°С.
Електродний метод обігріву
Спосіб прискорення застигання бетону шляхом пропускання в нього електричного струму. Широко використовується при зведенні монолітних конструкцій з бетону і залізобетону в зимовий період, а також при виробництві модульних елементів. Серед переваг – надійність і простота способу, швидкий розігрів суміші. До недоліків можна віднести необхідність джерела великої потужності на майданчику: від 1000 кВт на 5 м3 бетону і постійне підвищення температури нагріву в міру твердіння матеріалу.
Електродний зимовий прогрів бетону буває периферійний, наскрізний і з використанням арматури в якості передавальних електродів. Найбільш часто застосовується при роботі зі слабоармированными конструкціями: фундаментами, стінами, перегородками, колонами, перекриттями. Часто може бути поєднаний з попереднім прогріванням бетону і термосным методом з використанням хімічних затверджувачів.
Вступаючи в бетон протягом певного проміжку часу, струм розігріває його рівномірно по всій площині незалежно від товщини сегмента. Це особливо важливо при роботі з легким бетоном, складно піддається нагріванню. Вплив струму на затвердіння маси обумовлено підвищенням температури всередині матеріалу і електролізом води, а питомий опір бетону змінюється на різних стадіях його становлення.
Прогрів бетону електродами відбувається із застосуванням як мінімум двох штирів з металу. Підключені до противофазным проводах, вони передають струм між собою. Дуже важливо при цьому заданий напруга: воно може бути підвищеним (220-380 В) або зниженим (60-128 В). Електропрогрів понад 127 застосовується тільки для неармованих споруд і з суворим дотриманням техніки безпеки. В армованому бетоні в разі подачі підвищеної напруги, можуть виникнути локальні перегріви, що викликають випаровування вологи і замикання.
Після заливки, в стіни чи колони, встромляються металеві стержні, на які з трансформатора подається знижена напруга. Електроди являють собою металеві прути або струни, чия довжина визначається в залежності від місця використання. Діаметр їх становить від 6 до 10 мм В залежності від погоди, крок між електродами може бути від 0,6 м до 1 м.
Якщо трансформатор трифазний, для однієї колони буде достатньо одного електрода. Швидкий монтаж і ефективний прогрів з одного боку, з іншого обертається дорожнечею одноразових катановых електродів і енерговитрат.
Метод гріючої опалубки
Безпосередній контакт електродів з бетоном корисний при прогріві вертикальних споруд, в той час, як для заливних більше підійде метод гріючої опалубки, але суть процедури від цього не змінюється.
Принцип електродного обігріву монолітної конструкції полягає в надходженні тепла від поверхні опалубки всередину бетону за рахунок його теплопровідності. В якості передавачів тепла використовуються Тени, углеграфитовое волокно, слюдопластовые і сітчасті нагрівачі.
Для створення рівномірного температурного контуру, слід утеплити всі відкриті поверхні і торці. Заливати бетонну суміш переважно в заздалегідь прогріту опалубку: це скорочує терміни прогрівання бетону і арматури, і запобігає деформації форми.
Перед початком укладання суміші в опалубку слід відключити. Режим подачі електрики до всіх щитів повинен бути однаковим, і це виставляється вручну. Температура заздалегідь підігрітого бетону не повинна перевищувати 60°С, так як волога може випаровуватися, що збільшить в’язкість маси.
Суміш укладається шарами і негайно накривається теплоізолюючими матеріалами. Перед включенням електродів, бетон витримують деякий час для рівномірного розподілу температури. Потім, обережно, по одному, підключаються щити.
Для досягнення 80% міцності, загальний час прогріву бетону при температурі 80°С, становить 13-15год. З метою економії, (майже в півтора рази), температуру можна опустити до 60°С, але час застигання становить 20-23 ч.
Схема прогріву бетону:
Інфрачервоний обігрів
У даному методі використовується принцип периферійного використання теплової енергії, одержуваної від інфрачервоного випромінювача. Їм можуть бути як металеві (Тени), так і карборундові випромінювачі. Інфрачервоні передавачі в поєднанні з відбивачами і іншими пристроями являють собою інфрачервону установку.
Оптимальна відстань від випромінювача до поверхні, що обігрівається – 1,2 м. Для кращого поглинання тепла, опалубку можна покрити чорною матовою фарбою. Щоб уникнути випаровування вологи з поверхні, конструкцію накривають поліетиленовою плівкою, руберойдом або пергаміном.
Процес прогріву бетону інфрачервоними променями ділять на три стадії: витримку суміші і її розігрів, активне прогрівання, остигання.
Приблизний витрата електроенергії на прогрів 1 м3 дорівнює 120-200 кВт/год.
Інфрачервоне тепло спрямовується на зовнішні ділянки обігрівається конструкції і сприяє таким процесам:
- прогрів обмороженого грунту і шарів бетону, закладних, арматури, очищення їх від льоду і снігу;
- прискорення процесу затвердіння перекриттів, монолітних конструкцій, похилих і вертикальних споруд;
- попередній обігрів зон стикування застиглою та свіжої сумішей;
- обігрів для утеплення важкодоступних місць.
Використання гріючих петель
Метод з нагрівальними дротами полягає в тому, що на каркасі з арматури в опалубці викладають потрібну кількість нагрівальних проводів (ПНСВ). Їх кількість розраховується в залежності від тепловіддачі і площі заливки.
Потім зверху викладають бетонну масу, і коли по проводах пускають струм, вона, завдяки своїй теплопровідності, прогрівається до 40-50°С. В якості гріючих петель застосовують дроти для бетону ПНСВ з ізоляцією із ПВХ і оцинкованої сталевої житловий діаметром 1,2 мм. Також можна використовувати ПТПЖ в поліетиленовій ізоляції з двома жилами по 1,2 мм.
Подача електрики здійснюється через знижувальні трансформатори типу КТП-63/або ПРО КТП-80/86, де можна регулювати потужність нагрівання в залежності від змін зовнішньої температури. За раз однієї підстанції вистачає на обігрів до 30 кубометрів бетону при температурі повітря до -30°С.
Для обігріву 1 м3 потрібно в середньому 60м нагрівального дроту.
Індукційний прогрів
В основі такого способу прогріву бетону в зимовий час, лежить використання магнітної складової в змінному електромагнітному полі, де в результаті індукції утворюється електричний струм. При такому прогріві, енергія магнітного поля, спрямована на метал, перетворюється в теплову, звідки передається у бетон. Інтенсивність прогрівання залежить від магнітних і електричних властивостей джерела тепла (металу) і напруги магнітного поля.
Індукційний метод застосовується до конструкцій з замкнутим контуром, де його довжина більше, ніж розмір перерізу, до залізобетону з густим армуванням або споруд з металевої опалубкою. Відповідно з технікою безпеки, прогрів ведуть на зниженому напрузі 36-12 Ст.
Перед заливанням суміші, уздовж контуру конструкції викладається шаблон, де розміщуватимуться витки індуктора. Далі в пази укладається ізольований провід, куди потім заливається бетон. Як при будь-якому методі обігріву, спочатку його витримують 2-3 год при мінімальній температурі близько 7°С, для цього індуктор активують на 5-10 хв щогодини. Температура бетону починає рости зі швидкістю 5-15°С і по досягненні граничної позначки індуктор може бути виключений, тоді подальший обігрів проводиться методом термоса або переходить на імпульсний режим, періодично підтримуючи потрібний рівень тепла.
До переваг цього способу відноситься рівномірний прогрів по всій довжині і перетину конструкції, можливість відігрівання арматури і економія на електродах.
Приблизний витрата енергії на 1 м3 становить близько 120-150 кВт/год.
Розрахунок прогріву бетону
Що стосується визначення довжини дроту на одну секцію і кількості таких секцій в конструкції, то це залежить від характеристик дроти і напруги трансформатора.
Наприклад, при подачі струму 220В, довжина секції ПНСВ 1,2 мм дорівнює 110 м. Якщо напруга зменшується, пропорційно скорочується і довжина проводу в сегменті.
Тепло, що отримується від нагрівальної секції при середній витраті проводу 50-60 м/м3, здатне розігріти залитий бетон до 80°С.
Для отримання середнього показника температури бетону під час охолодження, використовується емпірична залежність. Приблизний розрахунок охолодження визначається так:
Цей метод обчислення використовується для прогнозування термінів становлення бетону, обліку втрати тепла при заливанні, а також теплового випромінювання з поверхні, але слід пам’ятати, що дані приблизні.
