Предварительный электроразогрев бетонной смеси

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 В_эл 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 В_о принимается равным В_эл/ , а расстояние от нижней кромки электрода до дна бункера составляет 0,52 В_эл.

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 P_max 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

 P_ном – 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

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 М_п = 8 прочность не ниже 50% R₂₈. Коэффициент теплопередачи опалубки К = 3 Вт/(м²*°С). Температура наружного воздуха t_н.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 t_н.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 КМ_п = 3*8 = 24. Прямые пересекаются в точке Г, которая находится на линии, соответствующей температуре бетона после укладки, равной 55°С.