При бетонировании горизонтально расположенных бетонных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций используют плавающие электроды – арматурные стержни диаметром 6...12 мм, утапливаемые в поверхность свежеуложенного бетона.
Струнные электроды применяют для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (колонны, балки, прогоны и т. п.). В качестве струнных электродов применяют круглую сталь диаметром 6...12 мм, стержни устанавливают и закрепляют вдоль оси длинномерных конструкций. Стержни подключают к одной фазе, а металлическую опалубку (или деревянную с обшивкой палубы кровельной сталью) – к другой. В отдельных случаях в качестве другого электрода может быть использована рабочая арматура.
Количество энергии, выделяемой в бетоне в единицу времени, а следовательно, и температурный режим электропрогрева зависят от вида и размеров электродов, схемы их размещения в конструкции, расстояний между ними и схемы подключения к питающей сети. При этом параметром, допускающим произвольное варьирование, чаще всего является подводимое напряжение. Ток на электроды от источника питания подается через трансформаторы и распределительные устройства.
В качестве магистральных и коммутационных проводов применяют изолированные провода с медной или алюминиевой жилой, сечение которых подбирают из условия пропуска через них расчетной силы тока.
Достоинства метода в том, что его реализация возможна с применением подручных средств – арматуры или листового железа при минимальных потерях тепловой энергии. К недостаткам относят потери части примененного в качестве электродов металла (стержневых электродов), значительная трудоемкость при установке и закреплении электродов в конструкции, вероятность появления температурных напряжений в зоне примыкания бетона к электродам, необходимость регулирования процесса обогрева путем применения понижающих трансформаторов и создания программ такого регулирования, финансовые затраты на оплату материалов и электроэнергии.
Контактный (кондуктивный) нагрев обеспечивает передачу тепловой энергии от искусственно нагретых материалов или тел прогреваемому бетону путем непосредственного контакта между ними. Разновидностями этого способа являются обогрев бетона в термоактивной опалубке или прогрев с применением различных технических средств (греющие провода, кабель, термоактивные гибкие покрытия и др.), которые непосредственно контактируют с обогреваемой средой – бетоном. Способ применяется для прогрева тонкостенных конструкций с модулем поверхности в пределах 8…20.
Способ обогрева бетона в термоактивной опалубке целесообразен при использовании инвентарных опалубок со стальной или фанерной палубой при бетонировании разнообразных конструкций, включая фундаменты, стены, перекрытия. Особенно эффективен способ при возведении конструкций и сооружений, бетонирование которых должно вестись без перерывов, а также конструкций, насыщенных арматурой. Метод обогрева экономически выгоден и технологически целесообразен при использовании разборно-переставной, блочной, объемно-переставной, катучей и скользящих опалубок.
Применение термоактивной опалубки не вызывает дополнительных требований к составу бетонной смеси и не ограничивает применение пластифицирующих добавок. Обогрев бетона в греющей опалубке может быть совмещен с электроразогревом бетонной смеси, с применением противоморозных добавок или ускорителей твердения бетона.
Обогрев бетона конструкции производят после сборки опалубочной формы для бетонирования. Те части конструкции, которые оказываются не перекрытыми термоактивной опалубкой, утепляют гибкими покрытиями (одеялами) из стеклоткани или стекловаты.
Технология бетонирования в термоактивной опалубке практически не отличается от технологии аналогичных работ в летний период. Для предотвращения тепловых потерь с горизонтальных поверхностей при перерывах в укладке бетонной смеси и температуре наружного воздуха ниже –20ºС бетонируемую конструкцию укрывают брезентом или пленочным материалом.
Технические решения, применяемые при реализации этого способа можно разбить на две группы. К первой относятся электрические термоэлементы, которыми можно оборудовать опалубку, в основном с наружной стороны, сделав ее термоактивной. Типовые щиты опалубки, оснащенные термоэлементами, промаркированные и оборудованные необходимыми электрическими разъемами, подключаются к электрической сети по определенной схеме после установки щитов в проектное положение. Типовые щиты изолированы с наружной стороны сплошным слоем пеноуретана или аналогичного теплоизолятора, что гарантирует минимальные теплопотери. В качестве эффективных термоэлементов нашли применение трубчатые электронагреватели (ТЭНы), греющий кабель, листовые графитовые, слюдяные пластинчатые, трубчатые и полосовые нагреватели из нержавеющей стали.
Во вторую группу нагревательных элементов включены закрепляемые в бетонируемой конструкции, и оставляемые в ней нагреватели. Наиболее распространенным решением являются греющие провода с одной железной жилой диаметром 1,1 и 1,2 мм, заключенные в оболочку (часто полиэтиленовую). Провода крепятся с определенным расчетным шагом на арматуре бетонируемой конструкции и отдельными участками в качестве омического сопротивления подключаются к трехфазной электрической цепи через понижающий трансформатор. Нагреваясь при прохождении электрического тока до 50ºС, провода передают контактным путем тепловую энергию окружающему массиву бетона. Данный способ недостаточно эффективен. Не решен вопрос отогрева арматуры и опалубки при укладке в нее бетонной смеси, часты обрывы проводов на всех этапах подготовительных операций. Во время бетонирования и подключения проводов к электросети выясняется, что отдельные участки этой цепи не работают, что приводит к замерзанию этих участков бетонной конструкции. Даже, если электрическая цепь не нарушена, данное решение мало эффективно, так как температура изотермического прогрева не превышает 30 ºС и продолжительность цикла прогрева часто превышает 3…4 сут.
Областью применения электрообогрева нагревательными проводами являются монолитные конструкций с модулем поверхности Мп 6...10, бетонирование которых может производиться при минимальной температуре воздуха до –40ºС.
Сущность электрообогрева нагревательными проводами заключается в передаче выделенного проводами тепла в бетон контактным путем. Провода со стальной токонесущей изолированной жилой, подключаемые в электрическую сеть, работают как нагреватели сопротивления. Нагревательные провода закладываются непосредственно в массив монолитной конструкции.
Обогрев бетона в монолитной конструкции осуществляется закладкой нагревательного провода непосредственно в бетонируемую конструкцию. Нагревательные провода размещают на арматурном каркасе после установки арматуры в проектное положение.
До начала работ по электрообогреву бетона выполняют следующие подготовительные операции: устанавливают арматурные каркасы и сетки; на арматурном каркасе закрепляют нагревательные провода; очищают от мусора, снега и наледи арматуру и опалубку; устанавливают ограждение рабочей зоны и подводят освещение и сигнализацию; устраивают все необходимые электроразводки до трансформатора – электропроводами подсоединяют нагревательные провода к шинопроводу, уложенному вдоль захватки бетонирования, шинопровод подсоединяют к трансформатору. В зоне трансформатора укладывают деревянные настилы, покрытые резиновыми ковриками.
Рекомендуется на участке электрообогрева перед подключением к электросети установить электрокалорифер и саму зону закрыть брезентом.
Основными требованиями для обеспечения нормального обогрева с помощью нагревательных проводов, являются предотвращение механических повреждений изоляции при размещении и закреплении проводов на арматурном каркасе, устранение возможности коротких замыканий токоведущей жилы с арматурой, стальной опалубкой и другими металлическими элементами. Нагревательный провод укладывают в конструкцию без натяжения, в угловых местах, местах возможного перегиба провода устраивают дополнительную изоляцию из рубероида или битумизированной бумаги.
Крепление провода к арматуре производят с помощью скруток из мягкой вязальной проволоки, обрезками изолированного провода, пластмассовыми фиксаторами, скрепками из стальной проволоки, полиэтиленовым шпагатом. Во избежание обгорания изоляции, замыкания на массу и перегорания нагревательного провода, устраивают выводы нагревательного провода из бетона с помощью монтажного провода. Узлы соединения тщательно изолируют. Перед укладкой бетонной смеси проверяют мегомметром отсутствие замыкания шинопроводов на массу.
Диаметр, длина нагревательного провода и шаг его раскладки в конструкции в зависимости от температуры наружного воздуха и электрического напряжения принимаются по расчету.
Укладку бетонной смеси в конструкцию производят только после раскладки нагревательных проводов, подключения их к шинопроводу, проверки работы всей системы обогрева.
Подготовку конструкции к бетонированию и укладку бетонной смеси при отрицательных температурах наружного воздуха можно производить с учетом следующих требований: арматура диаметром 25 мм и более, прокатные профили и крупные закладные детали конструкции должны быть отогреты до положительной температуры, выступающие части укрыты теплоизоляционным материалом; укладку бетонной смеси следует вести непрерывно, без перевалок, обеспечивая минимальное охлаждение смеси при ее подаче и укладке; температура уложенной в опалубку смеси не должна быть ниже +5ºС.