Для создания индукции по наружной поверхности опалубки последовательными витками укладывается изолированный провод-индуктор. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в находящемся в этом поле металле (арматуре, стальной опалубке) вихревые токи, в результате чего арматура (стальная опалубка) нагревается и от нее (кондуктивно) нагревается бетон. В зависимости от типа бетонируемой конструкции применяют две схемы:
индуктивной катушки с железом, располагаемая с наружной стороны опалубки;
трансформатора с сердечником, при расположении внутри бетонируемой конструкции.
Метод индуктивного прогрева позволяет:
* отогревать арматуру при отрицательных температурах и ранее уложенный и замороженный бетон, примыкающий к возводимой конструкции;
* использовать круглый год инвентарную металлическую опалубку;
* увеличить оборачиваемость деревянной опалубки;
* исключить расход стали на электроды.
Рекомендуемый порядок выполнения работ включает навивку индуктора (в качестве индуктора используют изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами), подключение к электрической сети, предварительный отогрев арматуры и металлической опалубки в течение 5...10 мин.
После этого укладывают бетонную смесь в конструкцию и осуществляют ее постепенный прогрев до максимальной температуры 90...95ºС, при максимальной скорости разогрева до 20º/ч, расход электроэнергии составляет при этом 120...150 кВт/ч.
Интенсивность термообработки при индукционном прогреве не зависит от электрофизических свойств бетона, а определяется электрическими и магнитными свойствами опалубки, напряженностью магнитного поля.
По условиям безопасности индукционный прогрев ведут на пониженном напряжении от 36 до 12 вольт. При обеспечении надежной изоляции напряжение можно повысить до 220...380 вольт. Режимы прогрева рекомендуют применять те же, что и при инфракрасном прогреве, максимальная скорость подъема температуры не должна превышать 15º/ч. Оптимальные модули поверхности Мп от 5 до 20.
Достоинством метода является простота конструктивного решения и качество прогрева конструкций за счет значительного их армирования, благодаря чему обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле. Применение метода требует специальных знаний и расчетов, а также изготовления оснастки для каждого конкретного случая применения указанного метода зимнего бетонирования.
При конвективном способе обогрева передача тепла от источников тепловой энергии нагреваемой конструкции происходит через воздушную среду путем конвекции. Технологическое решение данного способа обогрева может быть реализовано в замкнутом пространстве с применением технических средств (электрокалориферов, газовых конвекторов и др.), преобразующих различные энергоносители (электроэнергия, газ, жидкое и сухое топливо, пар и др.) в тепловую энергию. Способ применим для прогрева тонкостенных стеновых конструкций и перекрытий.
Достоинства метода в незначительной трудоемкости подготовительного периода – устройстве замкнутого объема вокруг прогреваемой конструкции посредством инвентарных ограждений или пологов, например из брезента. К недостаткам относятся значительные тепловые потери на нагрев сторонних предметов и воздуха, большая продолжительность цикла обогрева (от 3 до 7 сут), высокий показатель удельного расхода энергии – свыше 150 кВт-ч/м3 прогретого бетона.
Тепловая энергия бетону передается с помощью нагретой (обычно движущейся) среды – теплым воздухом или паром. В этом случае бетон до приобретения им заданной прочности выдерживают в тепляках, представляющих собой временные ограждающие сооружения. Тепляки могут быть объемными, т. е. охватывающими всю бетонируемую конструкцию, и плоскими или секционными, ограждающими только часть конструкции. За счет теплого воздуха или пара в опалубке и бетоне поддерживают положительную температуру.
Применение для обогрева бетона горячего воздуха приводит к большим потерям теплоты. Данный способ целесообразно использовать при небольшой отрицательной температуре наружного воздуха и при использовании достаточно надежной и герметичной тепловой изоляции. Горячий воздух получают в электрокалориферах, электропушках, огневых калориферах, работающих на жидком топливе.
Способ паропрогрева обеспечивает самые благоприятные тепловлажностные условия для ускоренного твердения бетона. Однако по ряду причин – сложность сетей и устройств, высокая стоимость, большие теплопотери, этот способ применяется в основном на объектах, где имеется избыток пара при недостатке свободных электроресурсов.
Для прогрева монолитных бетонных конструкций применяют пар низкого давления 0,05...0,07 МПа с температурой 80...95ºС. Примерный режим прогрева включает подъем температуры в конструкции при скорости не более 5...10º/час, изотермический прогрев при температуре 80ºС для бетонов на портландцементе и прогрев до температуры 95ºС – для других цементов. Скорость остывания бетона должна быть порядка 10ºС/час. Паропрогрев бетона рекомендуется вести до набора им проектной прочности.
Специфика деревянной опалубки для паропрогрева в том, что с внутренней стороны щитов устраивают треугольные или прямоугольные пазы, которые зашивают стальными коробами, внизу щита устроен горизонтальный распределительный короб со штуцером для присоединения к магистральному паропроводу. Температура в тепляке поддерживается 5...10ºС, в связи с чем, твердение бетона замедляется, а продолжительность приобретения бетоном распалубочной прочности увеличивается.
Бетонирование конструкций в тепляках применяют редко, так как эти работы весьма трудоемки и требуют значительного расхода материалов на устройство тепляков. В современном строительстве тепляки применяют при возведении высотных сооружений в скользящей или подъемно-переставной опалубке. Их применяют также в тех случаях, когда необходимо поддерживать положительные температуры не только для бетонных, но и других работ, выполняемых в период строительства данного сооружения. В настоящее время в качестве тепляков находят применение надувные конструкции из синтетических материалов, которые представляют собой двустенное ограждение с воздушной прослойкой.
Тепляки обогревают электрическими или паровыми калориферами и в исключительных случаях (например, при возведении отдельно стоящих фундаментов с применением объемных переносных тепляков) – паром. Реже применяют огневоздушное калориферное отопление.
4.6. Режимы нагрева и остывания бетона
Термообработка бетона имеет ряд технологических особенностей от других методов зимнего бетонирования. Основная особенность – внешнее тепловое воздействие на замоноличенную конструкцию. Чтобы не навредить этой обогреваемой конструкции необходимо соблюдать режимы такой термообработки. Основными исходными данными для расчета режима обогрева являются:
температура наружного воздуха;
начальная температура бетонной смеси при ее укладке в опалубку;
необходимое время цикла термообработки для получения бетоном критической прочности;
допустимая скорость разогрева (подъема температуры уложенного бетона);
температура и необходимое время изотермического выдерживания;
время остывания бетона после разогрева и допустимая скорость остывания;
какая прочность к моменту замерзания должна быть у данной конструкции – критическая или проектная.
Начальная температура бетона может разниться в больших пределах. При максимальной температуре воды затворения до70 ºС и возможности укладки сразу в конструкцию свежеприготовленной бетонной смеси, ее температура может достигать 45ºС, за счет транспортирования на строительную площадку и перегрузки температура может снизиться до 20…35ºС. При подаче к месту производства работ и укладке в опалубку, соприкосновении с охлажденной опалубкой и арматурой, температура бетонной смеси падает до +5…10ºС или ниже в зависимости от окружающей среды. Чем ниже температура уложенного в опалубку бетона, с которой начинается цикл его термообработки, тем больше времени и затрат энергии, увеличении продолжительности цикла, потребуется для выполнения расчетного режима тепловой обработки. Поэтому одна из основных задач заключается в сохранении начальной температуры свежеуложенного бетона при максимально возможных значениях.
Период подъема температуры зависит от начальной температуры уложенного бетона, скорости разогрева, толщины конструкции, направления передачи тепла (односторонний или двухсторонний прогрев) и меняется в пределах 4…8 час. Указанная температура достигается только на поверхности или в зоне прогрева (со стороны источника тепла). В срединной части конструкции разогрев до изотермической температуры (температуры прогрева) происходит значительно медленнее и в зависимости от теплопроводности бетона может наступить еще через 4…8 час. На нагрев конструкции может негативно сказываться постоянный отток тепловой энергии к наружной (противоположной нагреву) поверхности при одностороннем прогреве. Скорость подъема температуры бетона составляет в среднем 5…15ºС, увеличение скорости разогрева может привести к температурным напряжениям в бетоне и снижению его прочности.
Температура изотермического выдерживания является определяющей для всего термосного выдерживания, в значительной степени влияющей на время всего цикла прогрева и величины суммарных затрат энергии на прогрев бетона. Отмечено, что экзотермическая активность цементов возрастает с повышением температуры бетона, что позволяет использовать эти внутренние источники энергии бетона, сокращая расход вносимой тепловой энергии. Оптимальная изотермическая температура для бетонов на портландцементе составляет 80ºС, для бетонов на шлакопортландцементе – 90ºС. В итоге при средней температуре прогрева бетона 70ºС для достижения критической прочности в 50% от проектной для стен толщиной до 25 см достаточно 20 час; в монолитных перекрытиях толщиной 20 см для достижения прочности 70% от проектной достаточно 28 часового цикла прогрева.