С.М. ТРЕМБИЦКИЙ, канд. тех. наук, Энергоэффективный способ интенсификации строительного производства

Предварительный разогрев бетонных смесей, приготовленных на современных портландцементах, является наиболее эффективным тепловым методом ускорения твердения бетона в конструкции. Концентрируя процесс энергопотребления и разогрева во времени (10-15 мин вместо 20-24 ч) и в пространстве (объём бункера или бетоновода вместо объёма захватки), этот метод обеспечивает:

максимальный энергетический КПД и минимальную энергоёмкость;

широкий диапазон температуры разогрева бетона;

наибольший эффект ускорения твердения бетона и сокращения сроков строительства [1].

Однако реализация этого метода на стройках требует высокого организационного и технического уровня выполнения строительных работ. Быстро разогретая бетонная смесь должна быть своевременно уложена в опалубку конструкции до критического снижения её подвижности и удобоукладываемости. Вторая одерживающая причина - отсутствие надёжных, хорошо управляемых установок с отработанным механизмом очистки электродов. Часто фактором, ограничивающим применение электроразогрева бетонной смеси, является необходимость использования высокой по величине электрической мощности. Тем не менее, предварительный электроразогрев, эффективно использующий электропроводящие свойства бетонной смеси, считается перспективным тепловым методом в технологии монолитного строительства крупных гражданских, промышленных и особенно гидротехнических объектов в зимний период и преимущественно в условиях Севера.

Время порционного разогрева бетонной смеси, технологически допустимое и практически реальное, находится в пределах 8-15 мин. Температура разогрева бетонной смеси составляет [2]: для массивных конструкций с модулем поверхности 3-5 м1....30-50°С; для изделий с модулем поверхности более 5 и до 12 м-1....50-70°С. Время выдержки смеси после разогрева до укладки её в конструкцию может быть принято равным 15-20 мин в зависимости от начальной подвижности смеси и минералогического состава цемента.

К моменту остывания бетонной смеси в конструкции до 0 °С обеспечивается прочность [3]:

(50-70)% от марочной при применении обычных портландцемен- тов без добавок - ускорителей твердения;

(40-60)% - при применении шла- копортландцемента.

Для получения указанной прочности бетона до замерзания необходимо соответствующее утепление конструкции, определяемое расчётом в зависимости от модуля поверхности и температуры среды. Информация по кинетике прочности бетона, значениям критической и распалубочной прочности, а также технике утепления конструкций, бетонируемых в зимнее время, приведена в работе [4]. Основные энергетические и технологические параметры электроразогрева бетонной смеси (для бункера с объемом бетона 1 м3) приведены в табл. 1.

Возможны различные технические варианты применения электроразогрева бетонной смеси в условиях строительного производства.

Технологическая схема участка электроразогрева бетонной смеси на строительной площадке приведена на рис.1.



Электроразогрев бетонной смеси осуществляется в бункерах ёмкостью до 1 м3 с помощью электродов, к которым подаётся регулируемое напряженнее номиналом 380 В. Конструкция бункера может быть любой. Конструкция электродов зависит от конструкции бункера и должна обеспечивать равномерный разогрев смеси. Электроды являются принадлежностью поста электроразогрева, где они погружаются в бетон и извлекаются из него после его разогрева. Электроды по форме могут быть линейные плоские и стержневые, сплошные и с вырезами. Более предпочтительными являются многостержневые электроды, образующие перемещаемую электродную группу. Такие электроды гарантируют равномерность прогрева основного объёма смеси в бункере до заданной температуры. Причём смесь у стен бункера может быть разогрета до более низкой температуры, что важно с точки зрения ограничения снижения подвижности смеси в этой зоне.


Возможен электроразогрев бетонной смеси в специальных перемещаемых бункерах, устанавливаемых непосредственно у бетонируемых конструкций (на опалубке стен, колонн, плит, перекрытий и т.д.). Предлагается конструкция бункера с вертикальным электродным блоком в вцде набора стальных стержней диаметром 8-16 мм, включаемых по схеме «равномерного электрического и пространственного треугольника» (рис. 2,3).

После загрузки смеси в бункер на электроды подаётся плавно или ступенчато увеличиваемое напряжение, обеспечивающее в соответствии с фактическим удельным электросопротивлением смеси требуемые мощность, скорость, температуру и время разогрева. Возможный диапазон удельного электрического сопротивления бетонной смеси составляет 300 -1200 Ом-см. Разогрев бетонной смеси при бетонировании монолитных железобетонных конструкций осуществляется следующим образом: бункер (или бункеры) устанавливается краном над опалубкой бетонируемой конструкции (колонна, участок стены, зона плиты или перекрытия и т.д.); затем в бункер кюбепем или бетононасосом подаётся бетонная смесь, где она разогревается до заданной температуры и выгружается в опалубку конструкции, где виброуплотняется.



Разогрев бетонной смеси в процессе её передачи с помощью бетононасоса можно осуществить в бетоноводе, оснащённом специальной электродной термовставкой. Технический вариант такой термоактивной вставки, состоящей из однофазных электродных звеньев, приведён на рис.4.

Термоактивная вставка бетонопровода собирается из отдельных электродных звеньев, число которых зависит от температуры разогрева, производительности бетононасоса и удельного электросопротивления бетонной смеси. Задаваемая температура разогрева последней при известной производительности бетононасоса определяет величину требуемой электрической мощности. Значение ее достигается установкой напряжения, соответствующего конкретному значению удельного электросопротивления бетонной смеси.

Величина рациональной производительности бетононасоса при передаче бетонной смеси с электроразогревом составляет 5-10 м3/ч.



Такой темп подачи разогретого бетона удобен по параметрам технологическим (при его укладке в опалубку конструкции с последующей тепловой защитой) и электротехническим, а именно по величине требуемой мощности. Оценка параметров термоакгивного бетоновода может быть осуществлена с помощью номограммы, приведённой на рис.5.

Рассмотренные варианты реализации электроразогрева бетонной смеси в условиях стройплощадки представлены и как известные, и как новые технические решения, способные повысить эффективность монолитного домостроения в условиях климата России, что, возможно, сможет заинтересовать строительные организации и убедить их в целесообразности финансирования данной разработки

Для энергоснабжения рассмотренных установок могут быть использованы:

трансформатор местный, дающий энергию на стройку;

отдельный трансформатор типа м/м3 50 руб/м3 = 95-50

ТМ или ТС трёхфазный с вторичным напряжением 220/380 В или дизельная электростанция специально для поста электроразогрева;

тиристорные преобразователи напряжения типа ПНТТВ-250 или ПНТТВ-630.

Управление процессом разогрева и контроль его параметров осуществляются с пульта управления, имеющего контрольно-измерительные приборы и соответствующее коммутационное и защитное оборудование.

При использовании греющих проводов в связи с высокой длительностью прогрева бетона конструкции (At=20°C; tp=24 ч) время достижения распалубочной прочности в зависимости от температуры воздуха составляет 3-6 сут с увеличением общего рабочего цикла за счёт времени укладки и монтажа греющего провода. При использовании электроразогрева бетонной смеси и тепловой защиты конструкции общее время её возведения сокращается на 2-3 сут (в сравнении с вариантом применения греющего провода). Время использования опалубки в цикле бетонирования конструкции и твердения бетона сокращается в 2 раза.

При электроразогреве бетонной смеси повышается эффективность использования электроэнергии. Прогрев бетона греющим проводом, например, стеновых конструкций характеризуется следующими средними параметрами: при температуре воздуха -10°С требуемая мощность лежит в пределах 1,5-3 кВт/м3, а минимальный удельный расход энергии при суточном прогреве бетона на At = =20°С не превышает 40 кВт.ч/м3. При электроразогреве бетонной смеси также на At = 20°С расход электроэнергии не превысит 20 кВт.ч/м3, или составит около 40 кВт.ч/м3 при более эффективном использовании энергии с разогревом бетона на At в 50°С. Технико-экономические показатели электротермических методов прогрева бетона конструкций приведены в табп.2.

Таким образом, известный тепловой метод ускорения твердения бетона, а именно электроразогрев бетонной смеси до или в период её укладки в утеплённую опалубку и предлагаемые технические решения с использованием бункеров или бетононасосов способны существенно повысить темпы строительства и эффективность использования рабочего времени, энергии и опалубки при монолитном и монолитносборном возведении зданий и сооружений.

Бетон и железобетон, 2005 №3