Метод предварительного электроразогрева бетонной смеси направлен на расширение области применения метода термоса для выдерживания бетона в деревянной или металлической опалубке при отрицательной температуре. Он нашел широкое применение на стройках в северных районах нашей страны.
Бетонирование с электроразогревом смеси позволяет повысить коэффициент использования электрической энергии, сократить время набора прочности, сократить трудозатраты, снизить себестоимость работ, применить металлическую опалубку, транспортировать бетонную смесь на большие расстояния.
Сущность бетонирования с предварительным электроразогревом бетонной смеси заключается в быстром подъёме её температуры до 40-90°С перед укладкой путем пропускания тока сетевого напряжения 220-380 В, укладке её в горячем состоянии и в последующем твердении бетона до приобретения требуемой прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опалубке.
Учитывая большие потребности в установочных электрических мощностях и необходимость экономии энергетических ресурсов, предварительный электроразогрев рекомендуется применять в случаях:
- когда способ термоса, в том числе и в сочетании с противоморозными добавками, не обеспечивает в конкретных температурных условиях достижения требуемой прочности и заданного срока достижения этой прочности;
- когда применение способа термоса трудно осуществимо или экономически нецелесообразно из-за значительных материальных и трудовых затрат, отсутствия необходимых эффективных теплоизоляционных материалов и других причин;
- когда отсутствуют противоморозные добавки или их применение не допускается для данных конструкций.
Предварительный электроразогрев бетонных смесей наиболее эффективно можно применять для бетонирования монолитных конструкций с модулем поверхности менее 12 м-1. Продолжительность форсированного электроразогрева бетонной смеси до заданного температурного уровня определяется наличием электрических мощностей, темпом бетонирования, интенсивностью загустевания смеси и другими факторами и должна находиться в пределах 5-20 мин. При разогреве в течение менее 5 мин значительно возрастает требуемая электрическая мощность и наблюдается отставание нагрева крупного заполнителя, а разогрев в течение более 20 мин может привести к недопустимому загустеванию смеси. Учитывая то, что разогретая бетонная смесь быстро теряет свои формовочные свойства, укладку ее в опалубку целесообразно выполнять немедленно. Время от момента окончания разогрева до окончания виброуплотнения не должно, как правило, превышать 15 мин.
Разогретая бетонная смесь укладывается в подготовленную опалубку и уплотняется обычными способами. Сразу после уплотнения неопалубленная поверхность бетона укрывается влаго- и теплозащитой расчетной толщины, обеспечивающей последующее остывание монолитной конструкции по заданному температурному режиму. В качестве тепло- и влагоизоляции могут быть использованы и специальные тепловлагоизоляционные покрывала, в том числе и с электронагревательными элементами.
Длительность остывания бетона и прочность его к моменту замерзания жидкой фазы в нем или к любому заданному сроку определяется приближенно расчётами как при способе обычного термоса.
Предварительный электроразогрев бетонной смеси осуществляется вблизи места её укладки на специально оборудованном для этого посту в поворотных бадьях, оснащенных пластинчатыми электродами или непосредственно в кузовах автосамосвала с помощью системы опускных пластинчатых электродов. Бункеры для электроразогрева бетонной смеси могут быть выполнены с различной ёмкостью, зависящей от темпа, бетонирования, типа и ёмкости автобетоносмесителя, грузоподъёмности крана, наличия электрических мощностей. В большинстве случаев емкость бункера не превышает 2 м3.
Бункер для электроразогрева (Рис.58) состоит из корпуса, выполненного, как правило, из листовой стали толщиной более 4 мм, 3-6 пластинчатых электродов, токоподключающего устройства и затвора выгрузочного отверстия. Поворотный бункер для электроразогрева должен быть оборудован вибратором.
Подключение электродов к источнику электрического тока осуществляется кабелями с помощью быстродействующего контактного устройства.
Пост электроразогрева представляет собой площадку с деревянным настилом и сетчатым инвентарным ограждением оборудованную силовым трансформатором соответствующей мощности и пультом управления. Пульт управления размещается вне ограждения, а ворота для въезда автосамосвалов или автобетоносмесителей и калитка в ограждении для прохода обслуживающего персонала должны быть сблокированы системой сигнализации и подачи напряжения на электроды.
Для непрерывной работы автотранспорта, бесперебойной подачи разогретой смеси в опалубку и максимального использования электрооборудования во времени пост электроразогрева целесообразно устраивать из двух ячеек, подключенных к одному пульту управления и работающих поочередно. Принципиальная схема двухъячейкового поста электроразогрева в бункерах показана на Рис.59.
Рис.58 Принципиальная схема бункера для электроразогрева бетонной смеси.
Рис.59 Двухъячейковый пост для электроразогрева бетонной смеси.
Необходимая электрическая мощность для разогрева бетонной смеси определяется теплотехническим расчетом по формуле
С – удельная теплоёмкость бетонной смеси, кДж/(кг°С)
(принимается по таблицам или определяется расчетом);
– объёмная масса бетонной смеси, кг/м3;
– конечная температура разогрева бетонной смеси, °С
– температура после транспортирования бетонной смеси, °С;
– объем одновременно разогреваемой порции бетонной смеси, м3;
К – коэффициент, учитывающий потери тепла в процессе разогрева (принимается К= 1,1);
– коэффициент использования электроэнергии (принимается =0,95)
– время разогрева бетонной смеси, мин.
Расстояние между электродами Вэл в метрах рассчитывается по формуле
V – напряжение на электродах, В;
– расчетное удельное сопротивление бетонной смеси, Ом*м.
По Рис.59 расстояние от стенки бункера до крайнего электрода Во принимается равным Вэл/ 
, а расстояние от нижней кромки электрода до дна бункера составляет 0,52 Вэл.
В зависимости от варьируемой продолжительности разогрева смеси и напряжения на электродах 220 или 380 В можно подобрать такое расстояние между электродами, которое обеспечит равномерное напряжение внутри смеси.
Максимальная электрическая мощность для разогрева бетонной смеси определяется по формуле
где 
– минимальное удельное электрическое сопротивление бетонной смеси в процессе разогрева, Ом*м.
По величине Pmax определяется расчетная мощность потребного трансформатора
где 
– соответственно КПД и коэффициент мощности трансформатора (
=0,9)
К = 1,3 ÷ 1,5 – коэффициент кратковременной допустимой перегрузки трансформатора.
Выбор типа трансформатора производится по расчетной мощности из условия
Pном – паспортная мощность выбранного трансформатора, кВт. Максимальная сила тока для выбора типа и сечения подводящих кабелей определяется по формуле
Ориентировочное значение потребной удельной электрической мощности на разогрев 1 м3 бетонной смеси в зависимости от различных факторов можно определить по номограмме (Рис.60) или по таблице 27 с последующим уточнением в производственных условиях.
Бетонная смесь должна приготавливаться с начальной температурой, обеспечивающей с учетом потерь тепла при транспортировании температуру к моменту разогрева в наиболее охлаждаемых зонах не ниже 2°С при разогреве в бункерах и не ниже 0°С при разогреве в кузовах автосамосвалов.
Электроразогрев бетонной смеси в бункерах выполняют в следующей последовательности:
- очищенные бункеры устанавливают на посту электроразогрева;
- машина с бетонной смесью заезжает в одну из свободных ячеек поста электроразогрева, выгружает смесь в бункеры и выезжает;
- кратковременным вибрированием бетонную смесь равномерно распределяют между электродами;
- после выхода людей за пределы ограждения электрик подключает защитное заземление к бункеру и подсоединяет провода от питающей сети к контактным выводам электродов, выходит за пределы ограждения и закрывает ворота и калитку;
- производят подачу напряжения на электроды;
- после достижения в бетонной смеси расчетной температуры отключают напряжение;
- бункер с разогретой смесью подают краном к месту укладки.
Рис.60 Номограмма для расчёта удельной электрической мощности и удельного расхода электроэнергии при предварительном электроразогреве бетонной смеси.
Разогретая смесь без дополнительных перегрузок должна быть в течение не более 15 мин уложена в подготовленную опалубку. При длительных перерывах в бетонировании и по окончании рабочей смены бункеры для электроразогрева и опускные электроды очищают от остатков бетона.
Расчет остывания бетона, уложенного с предварительным электроразогревом смеси, производят по формуле Б.Г. Скрамтаева; приобретаемую прочность определяют по графикам на рисунке.
Таблица 27
Требуемая удельная мощность для разогрева бетонной смеси, кВт/м3
| Разность между конечной и начальной температурой бетонной смеси, °С | Продолжительность разогрева, мин | ||
| 5 | 10 | 15 | |
| 30 40 50 60 70 | 270 360 450 540 630 | 135 180 225 270 315 | 90 120 150 180 210 |
Расчет остывания до 0°С бетона можно выполнить по номограмме В.М.Михайличенко.
Температура наружного воздуха, 0С
-40-30-20-10
Рис.61 Номограмма для определения прочности бетона из предварительно разогретой бетонной смеси.
Пример. Бетон марки М200 с расходом цемента 300 кг/м3 должен приобрести в конструкции с Мп = 8 прочность не ниже 50% R28. Коэффициент теплопередачи опалубки К = 3 Вт/(м2*°С). Температура наружного воздуха tн.в = -20°С. Определить требуемую температуру бетона по окончании укладки.
Решение. Из точки, соответствующей 50% R28, проводим перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с кривой (точка А). Из точки А проводим горизонтальную прямую до пересечения с линией, соответствующей tн.в = -20°С (точка Б), далее - вертикальную прямую до пересечения с линией расхода цемента, равного 300 кг/м3 (точка В). Из точки В горизонтальную прямую проводим до пересечения с вертикально опущенной из точки КМп = 3*8 = 24. Прямые пересекаются в точке Г, которая находится на линии, соответствующей температуре бетона после укладки, равной 55°С.
