После укладки бетонной смеси горизонтальную поверхность конструкции укрывают гидроизоляционным материалом (полиэтиленовая пленка, пергамин, толь и др.) и слоем теплоизоляции (минераловатные маты, пенополистирол, изовер и др.).
После выполнения всего комплекса этих процессов (проверка правильности подключения всех проводов электроцепи, окончания бетонирования, укладки гидро- и теплоизоляции, ухода людей за пределы ограждения) подают напряжение на нагревательные провода. Электрообогрев рекомендуется проводить при пониженном напряжении 36...100 В.
Во время обогрева бетона необходимо вести наблюдение за состоянием проводов, кабелей и контактов, в случае появления неисправностей немедленно отключать напряжение в системе и устранять неисправности.
Для контактного нагрева бетона преимущественно применяют термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП). При данном методе используется теплота, выделяемая в покрытии при прохождении электрического тока. Затем эта теплота передается контактным путем поверхностям конструкции. Передача теплоты в самом бетоне конструкции происходит путем теплопроводности.
Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы. В современных опалубках в качестве нагревателей применяют греющие провода и кабели, сетчатые нагреватели, углеродные ленточные нагреватели, токопроводящие покрытия и др. Наиболее эффективно применение кабелей, которые состоят из константановой проволоки диаметром 0,7... 0,8 мм, помещенной в термостойкую изоляцию. Поверхность изоляции защищена от механических повреждений металлическим защитным чулком. Для обеспечения равномерного теплового потока кабель размещают на расстоянии 10... 15 см ветвь от ветви.
В греющую опалубку может быть переоборудована любая инвентарная с палубой из стали или фанеры. В зависимости от конкретных условий (темпа нагрева, температуры окружающей среды, мощности тепловой защиты тыльной части опалубки) потребная удельная мощность может колебаться от 0,5 до 2 кВт/м2. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и средне массивных конструкций, а также при замоноличивании узлов сборных железобетонных элементов.
Сетчатые нагреватели (полоса сетки из металла) изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита то же асбестовым листом и покрывают теплоизоляцией. Для создания электрической цепи отдельные полосы сетчатого нагревателя соединяют между собой разводящими шинами.
Углеродные ленточные нагреватели наклеивают специальными клеями на палубу щита. Для обеспечения прочного контакта с коммутирующими проводами концы лент подвергают меднению.
Термоактивное покрытие (ТРАП) – легкое, гибкое устройство с углеродными ленточными нагревателями или греющими проводами, которые обеспечивают нагрев забетонированной конструкции до 50ºС. Основой покрытия является стеклохолст, к которому крепят нагреватели. Для теплоизоляции применяют штапельное стекловолокно с экранированием слоем из фольги. В качестве гидроизоляции используют прорезиненную ткань.
Гибкое покрытие можно изготовлять различных размеров. Для крепления отдельных покрытий между собой предусмотрены отверстия для пропуска тесьмы или зажимов. Покрытие можно располагать на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях конструкций. По окончании работы с покрытием на одном месте его снимают, очищают и для удобства транспортировки сворачивают в рулон. Наиболее эффективно применять ТРАП при возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25...1 кВт/м2.
4.5. Инфракрасный, индукционный и конвективный нагрев
Инфракрасный нагрев основан на передаче лучистой энергии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную среду. На облучаемой поверхности поглощенная энергия инфракрасного спектра преобразуется в тепловую и благодаря теплопроводности бетона распространяется по толщине нагреваемой конструкции. Метод реализуется посредством автономных (от конструкции и опалубки) инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), работающих на электроэнергии.
К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона.
При инфракрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела. Инфракрасное излучение осуществляют нагревом с помощью электрического тока твердых тел. В промышленности для этих целей применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,76... 6 мкм, при этом максимальным потоком волн данного спектра обладают тела с температурой излучающей поверхности 300...2200ºС.
Теплота от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика теплоты. Поглощаясь поверхностями облучения, инфракрасные лучи превращаются в тепловую энергию. От нагретых таким образом поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности.
Для бетонных работ в качестве генераторов инфракрасного излучения применяют трубчатые металлические и кварцевые излучатели. В зависимости от температуры на поверхности нагревателей они подразделяются на две группы:
высокотемпературные нагреватели с температурой на поверхности выше 250ºС – лампы, трубчатые, спиральные, проволочные, кварцевые и др. Карборундовые излучатели имеют мощность до 10 кВт/ч, а их рабочая температура достигает 1300...1500ºС. Расход электроэнергии 120...200 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 80...90ºС.
низкотемпературные нагреватели с температурой на поверхности ниже 250ºС – плоские, трубчатые и струнные. Расход электроэнергии 100...160 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 60...70ºС.
Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы, отражатели алюминиевые или из оцинкованной стали, позволяющие до 80% излучаемой энергии передавать направленно.
Инфракрасный нагрев применяют при следующих технологических процессах: отогреве арматуры, промороженных оснований и бетонных поверхностей; тепловой защите укладываемого бетона; ускорении твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен и других элементов в деревянной, металлической или конструктивной опалубке. Способ инфракрасного прогрева применяют в тонкостенных конструкциях с большим модулем поверхности – стен, высотных сооружений бетонируемых в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т.п.), плит, балок. Его применяют также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах бетонирования, отогрева арматуры и поверхности опалубки-облицовки перед укладкой в нее бетонной смеси.
Оптимальное расстояние между инфракрасной установкой и обогреваемой поверхностью 1,0...1,2 м. Температура на поверхности бетона не должна превышать 80...90ºС. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые его поверхности закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом. Инфракрасный прогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона, не требуется дополнительного металла на электроды.
Прогрев бетона с помощью инфракрасных лучей обычно делят на три периода: выдержка уложенного бетона и его разогрев до оптимальной температуры, изотермический прогрев при этой температуре и остывание.
Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От шкафа электроэнергию подают по кабельным линиям к отдельным инфракрасным установкам.
Бетон обрабатывают инфракрасными лучами при наличии автоматических устройств, обеспечивающих заданные температурные и временные параметры путем периодического включения-выключения инфракрасных установок.
Инфракрасный прогрев экономичнее других методов зимнего бетонирования – стержневого электропрогрева, одностороннего и двухстороннего периферийного, метода «горячего термоса» в диапазоне изменения модуля поверхности Мп от 7 до 20.
К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона.
Недостатком технологии инфракрасного прогрева является значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети технических средств – инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), необходимость создания замкнутого изолированного объема для сокращения затрат тепловой энергии, а также высокий удельный расход электроэнергии 80...120 кВт-ч/м3 прогретого бетона.
Индукционный прогрев основан на использовании тепла, выделяемого в арматуре или стальной опалубке, находящейся в электромагнитном поле катушки индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. При индукционном прогреве энергия магнитного поля преобразуется в тепловую в арматуре или стальной опалубке, и за счет теплопроводности передается бетону.