Электропрогрев бетона. Способы прогрева бетона. Трансформаторы прогрева.
При производстве бетонных работ в зимнее время широко применяется электропрогрев бетона, что является одним из направлений ускоренного строительства с возведением монолитных железобетонных конструкций.
В настоящее время при отсутствии надежных и недорогих химических добавок – ускорителей твердения бетона — технология зимнего бетонирования в основном базируется на применении метода прогрева бетона с помощью специальных трансформаторов прогрева бетона с его последующим выдерживанием до достижения нормативных значений критической и распалубочной прочности.
Такая технология ценой дополнительных энергозатрат обеспечивает возможность:
- сократить сроки строительства в 5-10 раз;
- эффективно использовать трудовые ресурсы и оборудование, в частности, опалубку;
- применять более дешевые бездобавочные бетонные смеси;
- исключить замерзание бетона в раннем возрасте и гарантировать требуемое высокое качество возводимых конструкций.
Одним из наиболее экономичных (с точки зрения затрат энергии) и доступных способов электротермообработки бетона является способ электропрогрева. Для прогрева используются электроды, которые по способу укладки делятся на внутренние и поверхностные. Внутренние электроды выполняются в виде полос и стержней арматурной или сортовой стали или в виде струн, закладываемых внутрь прогреваемого тела. К поверхностным, укладываемых по его поверхности, относятся пластинчатые, полосовые и нашивные электроды. Стержневые и струнные электроды изготавливаются из обрезков арматурной стали диаметром 6–10 мм. Струнные электроды укладываются в опалубку перед бетонированием параллельно оси конструкции длиной 2,5–3 м. Стержневые электроды устанавливаются перпендикулярно плоскости бетонирования. Концы электродов должны выступать из конструкции на 5–6 см для присоединения монтажных проводников. При прогреве бетон включается в электрическую цепь как бы в качестве проводника. При этом электрическая энергия превращается в тепловую непосредственно в самом бетоне, что сводит к минимуму потери. В зависимости от мощности электрического тока можно нагреть бетон до температуры 100 градусов, причем за любой промежуток времени – от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, появились широкие возможности выбирать оптимальные режимы подогрева бетона и благодаря этому обеспечить высокую производительность технологических линий и монолитного строительства. Электродный прогрев мелких железобетонных конструкций не рекомендуется.
На рис. 3.5 показано размещение электродов при прогреве железобетонной конструкции. Несущий каркас конструкции, сваренный из прутков арматурной стали 1, заключен в дощатую опалубку 6, в которую закладывается бетон. Для прогрева бетона устанавливаются струнные электроды 4 и стержневые электроды 5. При бетонировании бетон уплотняется с помощью вибраторов. После укладки бетона он покрывается толем 2 и засыпается слоем опилок 3.
Рис. 3.5. Размещение электродов при прогреве железобетонной конструкции: 1 – арматура; 2 – толь; 3 – опилки; 4 – струнные электроды; 5 – стержневые электроды; 6 – опалубка
Для прогрева бетона применяют трехфазные трансформаторы, первичная обмотка которых подключается к сети с напряжением 380 В, вторичные обмотки имеют три – четыре ступени напряжения в пределах 50–100 В. При подключении электродов к источнику питания (к трансформатору для прогрева бетона) стараются загрузить его фазы равномерно, для этого должно быть равномерным расстояние между электродами в ряду и между рядами.
На рис. 3.6 показано расположение стержневых электродов. Монтажные провода не должны касаться опалубки иди деревянных деталей конструкции.
Рис. 3.6. Схема расположения стержневых электродов:1 – стержневые электроды; 2 – монтажные провода; 3 – присоединяемые к установке провода; 4 – шины установки прогрева бетона
На рис 3.7 показано применение пластинчатых электродов. Прогрев бетона 3 осуществляется в опалубке 4. Полосовые электроды1 сечением (40-80)×3 мм нашивают на опалубку на расстоянии 20-30 см друг от друга. Внутри опалубки выкладывается слой толи 2. После снятия опалубки электроды могут быть использованы повторно. Пластинчатые электроды можно заменить электродами из круглой стали диаметром 6 мм. Для присоединения проводов загнутые концы электродов выводятся наружу.
Рис. 3.7. Применение полосовых электродов: 1 – электроды; 2 – толь; 3 – бетон; 4 – опалубка
Электропрогрев бетона производится только на переменном токе, так как постоянный ток вызывает электролиз воды в нагреваемом теле. Величина тока, протекающего через бетон, зависит от приложенного напряжения, удельного сопротивления бетона, поверхности соприкосновения электродов с бетоном и расстояния между электродами. Удельное сопротивление бетона в процессе твердения возрастает, ток уменьшается, что приводит к удлинению сроков твердения бетона. Это обстоятельство вынуждает применять ускорители твердения бетона.
Рис. 3.8. Трансформаторы для прогрева бетона и смерзшегося грунта: а – ТСДЗ-63/0,38 У3; б – ТСДЗ-80/0,38 У3
На рис. 3.8 показаны трансформаторы для прогрева бетона и смерзшегося грунта типов ТСДЗ-63/0,38 У3 и ТСДЗ-80/0,38 У3. В табл. 3.1 приведены технические характеристики этих трансформаторов.
Таблица 3.1
Технические характеристики трансформаторов прогрева бетона
| Технические характеристики | Трансформатор прогрева бетона ТСДЗ - 63/0,38 У3 | Трансформатор прогрева бетона ТСДЗ - 80/0,38 У3 |
| Напряжение питание сети, В | 380 | 380 |
| Частота, Гц | 50 | 50 |
| Номинальная мощность, кВА | 63 | 80 |
| Ступени напряжения на холостого ходу на стороне НН (низкого напряжения), В | 50; 65; 80; 100 | 55; 65; 85 |
| Ток на стороне НН при напряжении 50-65 В, А | 450-350 | 500-600 |
| Ток на стороне НН при напряжении 80-100 В, А | 300-250 | 400 |
| Габаритные размеры, мм | 750х650х750 | 1040x700x1040 |
| Масса, кг | 300 | 380 |
| Прогреваемый объем бетона, куб. м, приблизительно при -5оС | 20-30 | 30-40 |
Для прогрева бетона и мерзлого грунта также применяются комплектные трансформаторные подстанции КТПТО-80-96У1 мощностью 80 кВА наружной установки с автоматическим регулированием температуры, а также для питания временного освещения и ручного трехфазного электроинструмента на напряжение 36 В в условиях строительных площадок (рис. 3.9). В КТПТО применяется трехфазный трехобмоточный трансформатор типа ТМТО-80 У1 с естественным масляным охлаждением.
В комплект поставки входят: силовой трансформатор 1, шкаф управления 2 и вводной шкаф 3, установленные на салазках. Габаритные размеры (ш x в x г) 1015 х 1470 х1210 мм.
Первичная обмотка трансформатора подстанции включается в сеть с напряжением 380 В.
Среднее напряжение (СН) 55-95 В используется для электропрогрева бетона и мерзлого грунта. Имеется возможность подключения потребителей на трехфазное напряжение 380 В и 36 В.
Условия эксплуатации: верхнее рабочее и эффективное значение температуры окружающего воздуха составляет соответственно плюс 10°С и 0°С, нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха составляет –40, эпизодически – до -45 °С.
Рис. 3.9. Комплектная трансформаторная подстанция для прогрева бетона: 1 – трансформатор; 2 – шкаф управления; 3 – вводной шкаф
Технические характеристики подстанции приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Технические характеристики подстанции
| Наименование основных параметров | Значение |
| Номинальная мощность силового трансформатора, кВА | 80 |
| Номинальное напряжение на стороне ВН, В | 380 |
| Ступени напряжения на холостом ходу на стороне СН, В | 55, 65, 75, 85, 95 |
| Ток на стороне СН при напряжении 55-65 В, А | 520 |
| Ток на стороне СН при напряжении 75-85-95 В, А | 471 |
| Номинальная мощность обмотки НН силового трансформатора, кВА | 2.5 |
| Номинальное напряжение на стороне НН силового трансформатора, В | 42 |
| Номинальная мощность независимого источника питания, кВА | 2.5 |
| Номинальное напряжение независимого источника питания, В | 36 |
| Зона автоматического регулирования температуры электропрогрева, °С | 20-100 |
| Диапазон температуры окружающего воздуха, С | +20……-40 |
| Масса, кг | 685 |
| Прогреваемый объем бетона, куб. м, приблизительно при -5 град С | 50-60 |
При прогреве небольшого объема бетона можно применить для прогрева сварочные трансформаторы.
Для прогрева слабоармированных стенок, ленточных фундаментов небольшого сечения, полов и плит перекрытия толщиной до 12 см применяют нагревательные панели. Нагревательные панели представляют собой утепленные
короба из досок толщиной 25 мм, внутри которых засыпаются опилки. Они могут играют роль опалубки. К нижней и боковым поверхностям короба крепятся полосовые электроды сечением (40-80)×3 мм. Расстояние между электродами выбирается 20-30 см.
Метод термоактивной опалубки используют в основном для прогрева замоноличенных стыков сборных железобетонных элементов, а также для дополнительного обогрева бетонируемых конструкций методом термоса. Термоактивная опалубка представляет собой тепловую рубашку, которую устраивают вокруг всей конструкции в виде деревянного короба. Пространство между щитами опалубки засыпают опилками, смоченными раствором хлористого натрия. В слой опилок укладывают стержневые или струнные электроды, по которым пропускают электрический ток, нагревающий опалубку.
Прогрев железобетонных конструкций, образующих полость, можно осуществить электрическими печами сопротивления, располагаемыми внутри полости. Нагреваемый внутри полости воздух повышает температуру бетона в конструкции.
Качество бетонирования повышается также благодаря применению метода предварительного электроразогрева бетонной смеси перед ее укладкой в конструкцию. Метод заключается в том, что приготовленную на заводе на обычных заполнителях бетонную смесь температурой от 5 до 10°С на строительной площадке перед укладкой в деревянную опалубку разогревают в специальном бункере в течение 5-10 мин током до температуры 70-80°С. Для этого в бетонную смесь в бункере устанавливают пластинчатые электроды и подключают их к сети при напряжении 220 или 380 В.