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