З.Г. ЛАМЕРДОНОВ, д-р техн. наук, проф., З.В. МИСХОЖЕВ, инж. (Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия), ПЕРЕНОСНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОГРЕВА БЕТОНА, УКЛАДЫВАЕМОГО В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
При капитальном строительстве или ремонте промышленных и гражданских зданий и сооружений, гидротехнических объектов часто приходится укладывать бетон в зимнее время. В этих условиях (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +5° С) происходит замерзание свободной воды, что прекращает процесс гидратации цемента, а увеличение ее в объеме (до 9%) разрушает структуру бетона. Это приводит к тому, что после оттаивания бетон уже не может набрать проектную прочность.
Установлено, что если бетон до замерзания наберет 30...50% проектной прочности, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики. Такая величина прочности называется критической. В зависимости от марки бетона она равна: 50% М - для М200, 40% М - для М300 и 30% М - для М400 и выше.
К зимним способам бетонирования, обеспечивающим достижение бетоном критической прочности, относятся [1]: разогрев бетона при его приготовлении; выдерживание бетона в утепленных опалубках (метод термоса); внесение в бетон химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловое воздействие греющих опалубок на свежеуложенный бетон; электродный прогрев; воздействие инфракрасных источников теплоты и т. д. Выбирают технологические приемы в зависимости от экономической эффективности, условий бетонирования, вида конструкций и особенностей используемых бетонов, наличия дешевых источников тепла.
При приготовлении бетонных смесей на заводах организуют подогрев составляющих и воды затворения, сам же процесс приготовления осуществляют в утепленном помещении, чем обеспечивают выход бетонной смеси заданной температуры. Для подогрева песка и щебня используют специальные регистры, через которые пропускают разогретую до 90° С воду или пар. Воду затворения подогревают до температуры 40...80° С (в зависимости от вида цемента) преимущественно паром в водонагревателях.
Транспортируют бетонную смесь зимой в утепленных бетоновозах, специальных контейнерах, автосамосвалах с подогревом кузова выхлопными газами.
К зимнему бетонированию с безобогревным выдерживанием бетона относится способ термоса, который основан на укладке бетонной смеси, разогретой до температуры 20...80° С, в утепленную опалубку. Открытые поверхности бетона защищают от охлаждения.
Транспортирование к месту бетонирования разогретой бетонной смеси сопровождается значительными потерями теплоты, повышением жесткости смеси и снижением ее удобоукпадываемости. С целью исключения этих недостатков бетон целесообразнее разогревать непосредственно у места производства работ. Для этого используют специальные электроды, которые погружают в бетонную смесь, находящуюся в кузове самосвала или в бункере. Подводя к ним электрический ток напряжением 380 В, смесь нагревают в течение 5...10 мин до температуры 75...90° С.
В практике широко распространен метод электротермообработки бетона. Он основан на преобразовании электрической энергии в тепловую непосредственно внутри бетона либо в различного рода электронагревательных устройствах. В строительстве освоены следующие методы: электродный прогрев; разогрев в электромагнитном поле; обогрев различными электронагревательными устройствами.
Электродный способ прогрева подразделяется на сквозной и периферийный. При первом используют стержневые электроды диаметром до 6 мм, располагая их по всему сечению, при втором - плавающие рамочные и пластинчатые, нашивные пластинчатые и струнные электроды. При разогреве бетона строго следят за скоростью подъема его температуры (8... 15° С/ч) и временем изотермического прогрева.
Для контактного электроразогрева применяются различного вида греющие опалубки, которые подразделяют на жесткие (деревянные, металлические) и мягкие (из брезентовой или асбестовой ткани, резиновые, пластиковые и т. п.). Устанавливают термоактивную опалубку отдельными щитами или укрупненными панелями. Для обогрева бетона паром вокруг забетонированной конструкции создают так называемую паровую рубашку, обеспечивающую требуемые температурно-влажностные условия твердения бетона. Температура разогрева 70...95° С.
Индукционный прогрев бетона происходит за счет выделения тепла при прохождении вихревых токов в металлической опалубке и арматуре конструкции, находящихся в электромагнитном поле индуктора, через который пропускают переменный ток промышленной частоты напряжением 36...120 В. Тепло от арматуры и металлической опалубки передается бетону и нагревает его. Индукционный нагрев применяют в основном для термообработки бетона конструкций небольшого сечения: колонн, балок, стыков, сооружений, возводимых в скользящей, подъемно-переставной и горизонтально перемещаемой опалубках.
Использование химических добавок снижает температуру замерзания воды и тем самым обеспечивает твердение бетона при отрицательных температурах. В качестве противоморозных добавок применяют поташ (П), нитрит натрия (НН), нитрат кальция (НК), соединение нитрата кальция с мочевиной (НКМ), нитрит-нитрат кальция (ННК), хлорид кальция (ХК) с хлоридом натрия (ХН), хлорид кальция (ХК) с нитритом натрия (НН) и др. Выбор противоморозных добавок и их оптимальное количество зависят от вида бетонируемой конструкции, степени ее армирования, наличия агрессивных средств и блуждающих токов, температуры окружающей среды.
Анализируя известные способы укладки, можно сделать вывод, что они не всегда применимы на некоторых промышленных, гражданских и гидротехнических объектах в силу отсутствия источников электрического питания или дороговизны добавок. Такими объектами являются берегозащитные сооружения, мелиоративные каналы, фундаменты отдаленных от электроснабжения зданий и т.д.
Разработаны специальные переносные устройства для прогрева бетона при укладке его в зимнее время. Созданы мобильные установки, в которых теплоносителем является вода или пар. В случае, когда теплоносителем является пар, установка должна размещаться на отметке ниже места укладки для обеспечения стока конденсированной воды обратно в установку. Подобные установки удобно использовать для укладки бетона на откосы дамб. Способ прогрева бетонных откосных креплений в зимнее время паром осуществляется следующим образом [2,3]. После отсыпки дамбы и планировки откоса устраивается гравийная подготовка (рис.1). Для этого на откос дамбы отсыпается слой гравия толщиной 20...30 см. На гравийную подготовку равномерно укладывается бетонная смесь, которая тщательно планируется и трамбуется. На бетонную смесь или в нее укладывается система обогрева, располагаемая с небольшим уклоном для стока обратно в паровой котел конденсированного пара. Возможны различные схемы укладки системы обогрева (рис.1,2): змеевидная и елочная. В последней система обогрева состоит из магистральной линии, к которой на некотором расстоянии друг от друга присоединены распределители, образующие елочную конструкцию. Для обеспечения эффективной работы этой схемы диаметр магистральной линии должен быть больше диаметра распределителей, так как по нему происходит сток воды обратно в котел. В качестве материала для трубок можно использовать металлопластик. Расстояния между распределителями зависят от температуры окружающего воздуха. Так, при сильных морозах эти расстояния принимают меньшими для обеспечения достаточного обогрева. Сверху бетон и система обогрева покрываются теплоизолятором.
При укладке бетона толщиной более 15 см систему обогрева эффективнее помещать в бетон, что обеспечивает более равномерный прогрев по всей толщине. Система обогрева является цельной конструкцией и соединена с паровым котлом через нагнетательную линию с помощью соединительной муфты. Паровой котел устанавливается ниже системы обогрева для обеспечения стока воды. В конце магистральной линии установлен датчик давления для автоматического его поддержания в паровом котле и системе прогрева, состоящей из трубок. Концы распределителей полностью закрыты. Отверстие на выходе трубок перекрыто подпружиненным кпапаном жесткость которого можно регуляторовать. Когда давление в системе обогрева превышает норму, клапан автоматически отрывается. При использовании в качестве теплоносителя воды к устройству дополнительно подключается насос для принудительной циркуляции. Разработанные мобильные установки для прогрева бетона при укладке его в зимнее время позволяют экономить денежные средства, так как расход газа на укладку 1м3 незначителен.
Бетон и железобетон, 2008 №1