Обогрев бетона инфракрасным излучением

Сущность инфракрасного способа термообработки бетона заключается в использовании энергии инфракрасного излучения, подаваемого на открытые или опалубленные поверхности обо­греваемых конструкций, и превращении его в тепловую энергию, аккумулирующуюся на этих поверхностях.

Поскольку глубина проникновения инфракрасных лучей в бе­тон не превышает 2 мм, то лучистая энергия превращается в тепловую в тонких поверхностных слоях бетона, остальная же масса конструкции нагревается за счет теплопередачи от этих слоев и экзотермии цемента.

При обогреве бетона с использованием непосредственного инфракрасного излучения облучаемую поверхность бетона по­крывают полиэтиленовой пленкой, которая легко пропускает это излучение. Пленка предотвращает быстрое испарение с поверх­ности бетона. В случае использования деревянных опалубочных форм единственной возможностью ускорить твердение бетона является направление инфракрасного излучения непосредствен­но в бетон, без какой-либо промежуточной среды.

Способ обогрева бетона при помощи инфракрасного излуче­ния весьма чувствителен к влиянию ветра и дождя, поэтому влияние этих факторов следует устранить путем возведения за­щитных устройств.

В производстве бетонных работ при отрицательных темпера­турах инфракрасный обогрев целесообразно применять:

• для отогрева промороженных бетонных оснований, арма­туры, закладных металлических деталей и опалубки;
• для интенсификации твердения бетона конструкций и со­оружений, возводимых в скользящей и объемно-переставной опалубках, плит перекрытий, отдельных вертикальных и наклон­ных конструкций, бетонируемых в металлической опалубке;
• для предварительного отогрева зоны стыков сборно-монолитных конструкций.

В качестве источников инфракрасного излучения применяют:

• металлические трубчатые электрические нагреватели ТЭНы мощностью от 0,6 до 1,2 кВт/м с рабочим напряжением 127, 220 и 380В с температурой излучающей поверхности от 300 до 600°С;
• керамические стержневые излучатели мощностью от 1 до 10 кВт/м с рабочим напряжением 127, 220 и 380В, с температурой излучающей поверхности от 1300 до 1500'С;
• кварцевые трубчатые излучатели мощностью 1 кВт напря­жением 220В и температурой спирали 2300°С.

Рис.68 Схемы тепловой обработки конструкций инфракрасными установками.

Для создания направленного лучистого потока излучатели помещают в параболические, сферические или трапециедальные отражатели. Инфракрасные излучатели в комплекте с отражате­лями и поддерживающими устройствами составляют инфракрас­ную установку (Рис.68).

При обогреве плитных конструкций используют излучатели с от­ражателями коробчатого типа, которые устанавливают на бетонную поверхность или подвешивают на некотором расстоянии от нее.

При возведении стен в щитовой и объемно-переставной опа­лубке применяют односторонний оборев излучателями сфериче­ского типа. Для обеспечения равномерности прогрева отражате­ли располагают на разновысоких телескопических стойках и на расчетном расстоянии от стены.

При применении инфракрасного обогрева конструкций, воз­водимых в скользящей опалубке, процесс термообработки бето­на разделяют на четыре этапа (Рис.69):

а) инфракрасные установки, смонтированные по периметру подвижных форм, нагревают элементы скользящей опалубки перед укладкой бетона в формы и первые спои уложенного бетона (Рис.69,а). При этом опалубка и инфракрасные установки находятся в состоянии покоя (V_оп = V_y = 0, где V_у - скорость подъема инфрак­расной установки, м/ч; V_оп - скорость подъема опалубки, м/ч);

Рис.69 Схемы инфракрасного обогрева бетона конструкции.

б)скользящая опалубка поднимается па высоту, равную высоте подвесных лесов, а инфракрасные установки остаются в первоначальном положении и прогревают слой бето­на, равный высоте установок (V_у = 0, V_оп > 0);

в) инфракрасные установки, смонтированные на подвесных лесах, движутся относительно конструкции синхронно со скользящей опалубкой (V_у = V_оп > 0):

г) по окончании бетонирования захватки сооружения сколь­зящая опалубка останавливается, а инфракрасные установки поднимаются вверх (V_оп =0, V_у > 0). На этом этапе не­обходимо, чтобы скорость подъема установок не превышала средней скорости подъема опалубки.

В соответствии с этим каждый слой бетона будет проходить четыре этапа выдерживания:

а) предварительное выдерживание в течение времени

где h_л и h_у – соответственно высота подвижных лесов и инфрак­расной установки, м;

б) разогрев в течение времени

где h_п – высота зоны разогрева, м;

в) изотермический прогрев в течение времени

h_и – высота зоны изотермического прогрева, м;

г)остывание, продолжительность которого зависит от кон­струкции тепляка, месторасположения прогреваемого участка, скорости подъема опалубки, массивности конструкции и темпера­туры наружного воздуха.

В зоне термообработки бетон проходит две стадии - разогрев и изотермический прогрев. Для удобства расчетов инфракрасную установку условно делят по высоте на две зоны: зону нагрева (разогрева) и зону изотермического прогрева; энергетические расче­ты ведут отдельно для двух зон, а общую мощность инфракрасной установки определяют как сумму мощностей обеих зон.

При применении инфракрасного обогрева бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, скорость ра­зогрева должна соответствовать скорости подъема опалубки, но не превышать значений скорости подъема температуры облу­чаемых поверхностей бетонных конструкций.

При камерной термообработке (в объемно-переставных опа­лубках) в отечественной и зарубежной практике применяется обогрев с использованием газовых инфракрасных горелок. Основными элементами инжекционных беспламенных горелок являются, инжектор-смеситель, перфорированная керамическая насадка и рефлектор. Горедки устанавливаются внутри замкнуто­го пространства опалубленных ячеек (туннелей).

Выбор типа, количества и мест расположения горелок произ­водится на основе расчета баланса тепла, выделяемого горел­ками, поглощаемого внутренними поверхностями туннеля (бето­ном) и теряемого через брезентовую штору и перекрытие.

Ориентировочно потребную мощность горелок рекомендуется принимать из расчета: при двустороннем обогреве - 250 Вт/м обо­греваемой поверхности опалубки, при одностороннем - 500 Вт/м2.

При инфракрасном обогреве могут применяться инфекцион­ные беспламенные горелки различных конструкций. Горелки могут работать на природном и сжиженном газе.

Сжиженный газ из баллонов поступает через трубопроводы, вентиль, испаритель газа, коллектор в редуктор. Из редуктора газ че­рез коллектор и пробковые краны по шлангам поступает в горел­ки. Все оборудование располагается вне туннеля.

Инфракрасные излучатели, как правило, должны быть на­правлены на те части опалубки, в которые укладывается бетон. В случае применения объемно-переставной опалубки и обогрева при помощи инфракрасного излучения коэффициент использова­ния опалубки может быть равен одним суткам.

Расчетные величины мощности, идущей на обогрев бетона, следует определять в каждом конкретном случае, при этом осо­бое внимание необходимо уделять условиям исправности обогревающего оборудования и теплозащите. Путем улучшения теп­лозащиты обеспечивается возможность значительного снижения потребностей мощности на обогрев.

Если при возведении конструкций для обогрева бетона ис­пользуются инфракрасные излучатели, работающие на сжи­женном газе, то обязательно выполнение действующих правил безопасной работы.