Следует учитывать, что увеличение количества добавок соляной кислоты и ее солей вызывает коррозию арматуры, а большое количество поташа или нитрита натрия резко снижают удобоукладываемость бетонной смеси.
В практике зимнего бетонирования часто применяют комплексные способы использования методов зимнего бетонирования для достижения определенных целей, в частности ускорения процессов твердения. Для сокращения сроков твердения бетона с противоморозными добавками используют бетонную смесь, приготовленную на подогретых составляющих, осуществляют тепловую изоляцию бетонируемых конструкций.
Преимущества технологии с использованием противоморозных добавок заключаются в минимальных затратах труда на ее реализацию. Недостатками являются самый продолжительный период приобретения критической и марочной прочности, ограничения в применении, негативные последствия при нарушении требований по применению солей (коррозия арматуры, высолы на поверхности бетона и др.).
4.4. Искусственный прогрев бетона
Сущность метода искусственного прогрева заключается в повышении температуры уложенного бетона до максимально допустимой и поддержание ее в течение времени, за которое бетон набирает критическую или заданную прочность. Термообработка бетона представляет собой искусственное внесение тепловой энергии в монолитную конструкцию в период ее твердения с целью сокращения периода выдерживания бетона и приобретения им критической или проектной прочности.
Область применения способов теплового воздействия на выдерживаемый бетон распространяется на все разновидности монолитных конструкций с модулем поверхности Мп ³ 10, а также и более массивных, если в последних по тем или иным причинам невозможно достижение в установленные сроки заданной прочности при выдерживании только методом термоса.
Тепловое воздействие на прогреваемый бетон осуществляется несколькими методами, отличающимися друг от друга способами передачи тепловой энергии. Искусственный прогрев базируется на применении следующих методов прогрева: электропрогрев, контактный (кондуктивный), инфракрасный, индукционный, конвективный (использование воздуха или пара).
Электропрогрев основан на выделении внутри твердеющего бетона тепловой энергии, получаемой при пропускании переменного электрического тока через жидкую фазу бетона, используемую в качестве омического сопротивления. Для питания электропрогрева и других способов электротермообработки применяют, как правило, понижающие трансформаторы.
Благодаря омическому сопротивлению пониженное напряжение в электроцепи подводят к прогреваемой монолитной конструкции посредством различных электродов (стержневых, полосовых и струнных), погружаемых в бетон или соприкасающихся с ним по поверхности. Область применения электропрогрева – прогрев монолитных конструкций с модулем поверхности 5…20.
Применению метода должен предшествовать расчет и проектирование электродов, схемы их расположения, подключения к электрической цепи, оптимальных режимов прогрева.
Образующаяся в результате прогрева теплота расходуется на нагрев бетона и опалубки до заданной температуры и возмещение теплопотерь в окружающую среду. Температура бетона при электропрогреве определяется величиной выделяемой в бетоне электрической мощности, которая должна назначаться в зависимости от выбранного режима термообработки и величины теплопотерь, имеющих место при электропрогреве на морозе. Мощность, требуемая для разогрева конструкции с заданной скоростью, складывается из мощности на разогрев бетона, на разогрев опалубки и для возмещения теплопотерь. Расчетная мощность может быть снижена за счет учета экзотермического тепловыделения.
Для подведения электрической энергии к бетону используют различные электроды: пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные. К конструкциям электродов и схемам их размещения предъявляются следующие основные требования: мощность, выделяемая в бетоне при электропрогреве, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету; электрическое и, следовательно, температурное поля должны быть по возможности равномерными; электроды следует располагать по возможности снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения минимального расхода металла; установку электродов и присоединение к ним проводов необходимо производить до начала укладки бетонной смеси (при использовании наружных электродов).
Преимуществом электродного прогрева бетона по сравнению с другими способами является то, что выделение тепла происходит непосредственно в бетоне при пропускании через него электрического тока. При этом значителен коэффициент полезного действия использования электрической энергии, температурное поле, особенно на стадии разогрева распределяется в бетоне более равномерно. Основные способы электропрогрева бетонных конструкций подразделяются на периферийный, сквозной и внутренний.
При периферийном прогреве электроды располагают по наружному контуру конструкции и прогревают только наружные слои бетона. Ядро конструкции твердеет за счет начального, экзотермического тепла и в меньшей степени зависит от тепла, переносимого из периферийных слоев. Используют пластины и полосы. При конструкциях толщиной до 20 см прогрев осуществляют с одной стороны, при большей ширине – с двух сторон. Способ применим для термообработки плоских бетонных и железобетонных конструкций (стен, перегородок, плит перекрытий, ленточных фундаментов, подготовки под полы, цементных и бетонных полов) с Мп ³ 8. Применяют электроды из полосовой стали толщиной 1...3 мм, нашиваемые на внутренней стороне опалубки. Расход электроэнергии – 80...120 кВт/ч, скорость подъема температуры – до 10ºС/ч.
При сквозном прогреве электроды располагают как внутри, так и на поверхности бетона и осуществляют интенсивный и равномерный прогрев всей конструкции. Используют пластины, полосы, стержни и струны, нашиваемые на внутренней поверхности опалубки. Ток пропускают через всю толщину забетонированной конструкции – ленточные фундаменты, стены, перегородки, блоки стен подвалов. Расход электроэнергии на 1 м3 бетона – 80...120 кВт/ч, средняя скорость подъема температуры – до 20ºС/ч.
Внутренний прогрев нашел применение для колонн, балок, прогонов, других линейно протяженных элементов. Основан прогрев на использовании в качестве электродов рабочей арматуры конструкции и дополнительных струнных электродов, располагаемых в центральной зоне конструкции. Расход электроэнергии 80...120 кВт/ч, скорость подъема температуры – до 10ºС/ч.
Пластинчатые электроды принадлежат к разряду поверхностных и представляют собой пластины из кровельного железа или стали, нашиваемые на внутреннюю, примыкающую к бетону поверхность опалубки и подключаемые к разноименным фазам питающей сети. Электроды размером на всю плоскость стороны располагают по двум противоположным сторонам бетонной конструкции. Изготовляют пластинчатые электроды из кровельной стали при деревянной опалубке, листовой стали или профилей при использовании в качестве электродов поддонов или бортов металлической опалубки. В результате прохождения тока между противолежащими электродами весь объем конструкции нагревается. Пластинчатые электроды обеспечивают сквозной прогрев конструкций. С помощью пластинчатых электродов прогревают слабо армированные конструкции правильной формы небольших размеров (колонны, балки, стены и др.).
Полосовые электроды изготовляют из стальных полос шириной 20... 50 мм и так же, как пластинчатые электроды, нашивают на внутреннюю поверхность опалубки.
Движение тока зависит от схемы присоединения полосовых электродов к фазам питающей сети. В первом случае, при присоединении противолежащих электродов к разноименным фазам, движение тока происходит между противоположными стенками конструкции и в тепловыделение вовлекается вся масса бетона. Во втором случае, при присоединении к разноименным фазам соседних электродов токообмен происходит между этими электродами. При этом 90% всей подводимой энергии рассеивается в периферийных слоях толщиной, равной половине расстояния между электродами. В результате периферийные слои нагреваются за счет джоулевой теплоты. Центральные же слои (так называемое «ядро» бетона) твердеют за счет начального теплосодержания, экзотермии цемента и частично за счет притока теплоты от нагреваемых периферийных слоев. Первую схему применяют для прогрева слабо армированных конструкций толщиной не более 50 см. Периферийный электропрогрев применяют для конструкций любой массивности.
Одностороннее размещение полосовых электродов применяют при электропрогреве плит, стен, полов и других конструкций толщиной не более 20 см. При этом к разноименным фазам питающей сети присоединяют соседние электроды. В результате реализуется периферийный электропрогрев.
При сложной конфигурации бетонируемых конструкций применяют стержневые электроды (круглая сталь диаметром 6...12 мм), устанавливаемые в бетонную конструкцию или закрепляемые на опалубке. При внутреннем расположении стержней обычно устанавливают их в шахматном порядке через 20...40 см и подключают к электрической сети. Стержневые электроды обычно применяют при невозможности или нецелесообразности использования пластинчатых или полосовых электродов. Электропрогрев бетона с помощью стержневых электродов применяют для конструкций с Мп от 5 до 20. Используют трехфазный электрический ток напряжением от 36 до 110 В.
Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды в виде плоских электродных групп. В этом случае обеспечивается более равномерное температурное поле в бетоне. При электропрогреве бетонных элементов малого сечения и значительной протяженности (например, бетонных стыков шириной до 3...4 см) применяют одиночные стержневые электроды.