Обогрев бетона в термоактивной опалубке

Сущность способа заключается в передаче теплоты через палубу щита опалубки в поверхностный слой бетона от электро­нагревателей, установленных в утепленной опалубке. Теплота в бетоне распределяется в основном путем .теплопро­водности. Способ обогрева целесообразен при использовании инвентарных опалубок с металлической и фанерной палубой при бетонировании конструкций различных размеров и конфигурации с модулем поверхности от 2 и выше при температурах наружного воздуха до -40°С.

Благодаря конструктивным особенностям термоактивной опалубки, высокой степени электробезопасности, способ особен­но эффективен при возведении конструкций и сооружений, бето­нирование которых должно вестись без перерывов, а также кон­струкций, насыщенных арматурой. Способ обогрева экономиче­ски и технически целесообразен не только при использовании разборно-переставных, но и блочных, объемно-переставных и скользящих опалубок.

Применение термоактивной опалубки не вызывает дополни­тельных требований к составу бетонной смеси и не ограничивает применение пластифицирующих добавок. Термоактивную опа­лубку можно использовать для удаления наледей с арматуры, оттаивания снега на опалубке перекрытия, отогрева старого бе­тона конструкций при перерывах в бетонировании включением электронагревателей до начала укладки бетонной смеси в конструкцию. Обогрев бетона в греющей опалубке может быть совме­щен с электроразогревом бетонной смеси, с применением противоморозных химических добавок или ускорителей твердения.

Конструкция греющей опалубки должна отвечать требова­ниям ГОСТ 23477-79 и ГОСТ 23478-79 и обеспечивать равномер­ную температуру на палубе щита. Конструкцией опалубки пред­усматривают доступ к нагревательным элементам и легкую за­мену нагревателей в случае выхода их из строя.

В качестве утеплителей применяют теплоизоляционные ма­териалы с объемной массой не более 200 кг/м3.

В качестве нагревателей применяют трубчатые электрона­гревателя (ТЭНы), греющие провода и кабели, гибкие тканевые, в том числе углеродные ткани и ленты. Применяют также нестан­дартные нагреватели, изготовленные из стальной и нихромовой проволоки, с высоким омическим сопротивлением, а также сетча­тые, пластинчатые, уголково-стержневые и др. Срок службы на­гревателей должен составлять не менее 1000 ч. Низкотемпера­турные нагреватели (типа проводов ПОСХВ, ПОСХП, ПОСХВТ и др.) целесообразно применять при низких температурах, легких режимах обогрева. При их использовании необходим особенно тщательный температурный контроль.

Нагревательные кабели типа КНМС рассчитаны на высокую температуру и имеют большой срок, службы, поэтому их целесо­образно применять в инвентарных многооборачиваемых опалуб­ках при высоких температурах обогрева.

Высокотемпературные трубчатые электронагреватели (ТЭНы) целесообразно применять в крупногабаритных опалубках, монти­руемых кранами. Способ крепления и размещения нагревателей на палубе зависит от мощности, режимов обогрева и других фак­торов (Рис.62).

Схема щита греющей опалубки с нагревательным кабелем показана на рис.63.

Расчет основных параметров греющей опалубки сводится к определению:

• коэффициента теплопередачи опалубки, исходя из харак­терных её размеров, конструкции утеплителя, экономических возможностей;
• удельной мощности в зависимости от расчетной темпера­туры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи утепли­теля, массивности монолитных конструкций и от принятого спо­соба регулирования температурных режимов обогрева бетона;
• оптимального шагала палубе щитов при применении линей­ных нагревателей в зависимости от удельной мощности, толщины палубы и принятых допустимых градиентов температуры на палубе.

Рис.62 Способы крепления электрических нагревателей в греющей опалубке.

Рис.63 Греющий щит опалубки.

При саморегулирующемся режиме обогрева бетона, приго­товленного на портландцементе активностью 400-500, удельную мощность электронагревателей рекомендуют принимать по номограмме (Рис.64). Саморегулирующийся режим принимают при отсутствии на стройплощадке автоматических средств кон­троля и регулирования температуры обогрева.

Рис.64 Номограмма для определения удельной мощности нагревателей термоактивной опалубки при саморегулирующемся режиме обогрева.

При таком режиме температура бетона в процессе обогрева принимает постоянное значение в зависимости от температуры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи утеплителя, расхода и активности цемента, модуля опалубливаемой поверх­ности и удельной мощности электронагревателей.

При укладке в термоактивную опалубку предварительно ра­зогретой бетонной смеси и выдерживании её методом "управляемого термоса" удельная мощность электронагревате­лей независимо от модуля опалубливаемой поверхности может быть определена по графику рис.65

Рис.65 Графики для определения удельной мощности нагревателей термоактивной опалубки при использовании предварительно разогретой бетонной смеси.

До начала сборки опалубочных форм все термоактивные щи­ты должны быть осмотрены, нагреватели, крепления утеплителя и разъёмов проверены. Инструментально проверяют мощность нагревателей, омическое сопротивление между нагревателем и каркасом щита, влажность утеплителя. После закрепления щитов в опалубочную систему их подсоединяют к электрической сети. Для этой цели используют установки для питания термоактивной опалубки и управления режимом прогрева бетона. Они состоят из понизительного трансформатора (типа ТМО 50-10 и др.), си­стемы разводки и щита управления. Количество трансформато­ров для

тепловой обработки принимают, исходя из установленной мощности греющей опалубки, необходимой для производ­ства работ на захватке. Например, установка ЦНИИОМТП обес­печивает питание 100-150 м² термоактивной опалубки.

Технология бетонирования в термоактивной опалубке прак­тически не отличается от технологии работ в летних условиях. Для предотвращения тепловых потерь с горизонтальных поверх­ностей при перерывах в укладке бетонной смеси во всех случаях при температуре наружного воздуха ниже -20°С бетонируемую конструкцию укрывают пленочными материалами или брезентом. Перерывы в бетонировании не должны превышать 1,5 - 2 ч при температуре бетонной смеси не выше 10°С. При послойном бе­тонировании высоких стен термоактивную опалубку включают поярусно, начиная с нижних щитов.

Для сокращения расхода электроэнергии и получения к мо­менту распалубки проектной прочности бетона нужно стремиться к коротким срокам тепловой обработки при возможно более высо­ких температурах прогрева.

Во всех случаях, когда это технически возможно, рекоменду­ется выдерживать бетонные конструкции по режиму, состоящему из трех периодов: разогрева, условного изотермического выдер­живания (когда внешние источники подключаются к работе лишь в крайне неблагоприятных условиях для компенсации тепловых потерь в пристенных слоях бетона) и остывания. На протяжении всех трех периодов должны соблюдаться расчетная температура и продолжительность. Термоактивную опалубку в целях увеличения оборачиваемости демонтируют после изотермической вы­держки, и остывание конструкции может протекать под надежным укрытием из пленки или брезента.

Дальнейшее совершенствование термоактивных опалубок идет по пути использования в качестве нагревательных элемен­тов сетчатых, проволочных и токопроводящих покрытий. Одним из вариантов таких покрытий являются токопроводящие покрытия на основе пропилена с наполнителем.

В качестве нагревательного элемента могут быть использо­ваны матрицы. Матрицы изготавливают из теплостойкой рези­ны, в тело которой завулканизированы греющие элементы (кабели, сетчатые и проволочные нагреватели). Матрицы съём­ные, это позволяет получить необходимую рельефную или пло­скую поверхность конструкции. Тепловая обработка может быть начата еще до укладки бетона, при этом отогревается как ранее уложенный бетон, так и конструкция опалубки. Выбор режима обогрева и технологических параметров греющих элементов производится по известным методикам.

Одним из эффективных способов периферийного радиационно-конвективного контактного обогрева различных видов бе­тонных и железобетонных конструкций с открытыми горизонталь­ными, наклонными или вертикальными поверхностями является обогрев с применением инвентарных термоактивных гибких покрытий (ТАГП).

ТАГП представляет собой лёгкое, гибкое, гидроизолирован­ное нагревательное устройство, способное обогревать бетонные конструкции при температуре наружного воздуха до -40°С. Мак­симальная температура обогрева до 90°С.

В качестве электронагревателей в ТАГП применяют провода, углеродную ткань и ленты. Электропитание ТАГП производится от сети переменного тока 40-90 В через понижающие трансфор­маторы. Нагреватель ТАГП выбирается в зависимости от макси­мальной температуры обогрева и заданных рабочих параметров. Каждое покрытие оснащается кабельным вводом со штепсель­ным разъёмом, рассчитанным на максимальную величину тока электронагревателей. Коммутационные соединения электрона­гревателей в ТАГП в одно или трехфазную цепь, а также линей­ные размеры покрытий определяются удельным омическим со­противлением примененных электронагревателей.

Конструкции ТАГП, разработанные ЦНИИОМТП, предусмат­ривают сборно-разборный швейный вариант со сменным защитным чехлом и неразборный клееный вариант (Рис.66,а,б). Кон­струкция ТАГП со стальным изолированным проводом, разрабо­танная Красноярским ПромстройНИИпроектом, предусматривает цельноклееный вариант (Рис.66,в).

Рис.66 Общие виды термоактивных гибких покрытий.

Электрическую мощность Р_общ, необходимую для питания комплекта термоактивной опалубки или ТАГП, определяют по формуле

,

где P₁=P_уд*F – средняя мощность нагревателей термоактивных щитов или ТАГП, находящихся ежедневно под нагрузкой, кВт;

P_уд – удельная мощность нагревателей, Вт/м2;

К – коэффициент, учитывающий отключение групп термоак­тивных щитов от сети по достижении расчетных темпе­ратур, принимаемый 0,85.

Перед установкой ТАГП открытая поверхность бетона укры­вается плёнкой или пергамином и по ней укладываются вплотную друг к другу ТАГП. При температурах наружного воздуха до -40°С и толщине бетона перекрытия более 300 мм целесооб­разно применять комбинированный обогрев - ТАГП совместно с греющими проводами, закладываемыми в бетоне. В этом слу­чае зигзагообразно укладываются проволочные нагреватели из провода ПОСХВ, укладывается бетонная смесь с температурой не менее 10°С на всю толщину перекрытия. Открытая поверх­ность бетона укрывается пленкой, а по ней вплотную друг к другу укладываются ТАГП. Производится коммутация ТАГП и прово­лочных нагревателей к питающей сети через понижающий трансформатор и ведется обогрев продолжительностью, обус­ловленной технологией работ.

При возведении монолитных зданий в скользящей опалубке для разделения операций по укладке и выдерживанию бетона в конструкции применяют разновидность ТАГП - термоактивные гибкие подвесные покрытия (ТАПП). С помощью ТАПП осу­ществляют периферийный обогрев распалубленного бетона и выдерживание его при температуре 50-70°С до набора требуе­мой проектной прочности.

В зависимости от условий производства работ целесообразно применение ТАПП в комплексе с другими методами тепловой обра­ботки бетона: предварительным разогревом бетонных смесей, обо­гревом щитов опалубки, обогревом горячим воздухом и т.п.

При скоростном строительстве в скользящей опалубке рекомен­дуется применять обогрев стенок сооружений с установкой ТАПП на наружных и внутренних бетонных поверхностях.

Электроснабжение ТАПП осуществляется от отдельной КТП через распределительные пункты, установленные на рабочей площадке скользящей опалубки. Используют напряжение 220 В при параллельной схеме подсоединения элементов ТАПП.

Ориентировочная величина удельной мощности нагревателя ТАПП определяется по формуле

где – коэффициент теплопроводности материала теплоза­щитного слоя, Вт/(м*град.);

– толщина теплозащитного слоя, м.

Мощность и длина ТАПП определяется в зависимости от требуемой конечной прочности бетона.

Все элементы ТАГЛ и ТАПП должны иметь маркировку с указа­нием основных электротехнических характеристик: рабочее напря­жение, ток, электрическую мощность, омическое сопротивление.

Рис.67 Возведение стен в скользящей опалубке с применением термоактивных подвесных покрытий:

1 – ТАПП; 2 – брезентовые укрытие; 3 – скользящая опалубка;

4 – подвеска ТАПП; 5 – подвесные подмости