 |
По какому принципу работает электродный прогрев?
|
|
|
|
Электродный прогрев бетона. Виды и способы размещения электродов.
Чем вызвана необходимость применения специальных методов выдерживания бетона?
Процессы, протекающие в бетоне в зимних условиях, оказывают сильное влияние на его прочность.
Как видно на рис. А конечная прочность снижается тем сильнее, чем раньше был заморожен бетон.
Бетон, замороженный до начала схватывания, после оттаивания нормально твердеет практически без потери прочности, а иногда его прочность в результате замораживания даже повышается (рис. б)
Рис. Влияние раннего замораживания на твердение бетона в нормальных условиях (ab - период замораживания):
1 - твердение без замораживания:
2 - замораживание через 1 сут;
3 - то же через 4 сут;
4 - через 10 сут;
5 - сразу после приготовления
Необходимо предотвратить последствия, вызванные внутренними процессами.
1. Вода переходит в лед и не вступает в химическое соединение с цементом => прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет.
2. Возникают значительные внутренние давления, вызванные увеличением (примерно на 9 %) объема воды при переходе ее в лед.
=> нарушается структура бетона (прочность)
3. Образование ледяной пленки вокруг арматуры
=> уменьшается сцепление раствора с арматурой (прочность)
4. После таяния льда в эту щель попадает свободная влага
=> появление ржавчины
Электродный прогрев - один из способов поддержания температурно-влажностных условий при твердении.
Относится к методу, основанному на искусственном прогреве бетона.
Помимо данного метода, существуют:
■ метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение, —так называемый метод термоса;
|
|
|
■ методы, основанные на искусственном прогреве бетона,
уложенного в конструкцию: электропрогрев, контактный,
индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный
обогрев;
■ методы, использующие эффект понижения температуры
Кристаллизации воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.
По какому принципу работает электродный прогрев?
Электродный прогрев бетонных и железобетонных конструкций основан на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в электрическую цепь (рис. 2).
Интенсивность нагревания регулируется за счет изменения расстояния между заложенными в толщу бетонной смеси стальными стержням и (электродами), к которым подводится электрический ток.
Плюс и минус показаны условно! Создается поле с разными во времени напряжениями. С фазами легче поддерживать постоянный уровень переменного тока.
Три одинаковых по частоте и амплитуде переменных тока, сдвинутых относительно друг друга на 1/3 периода (120°), образуют трехфазную систему.
1 - электроды; 2 - бетон; 3 - арматура; 4 - опалубка;
Электроды для прогрева бетона: а — стержневые электроды, б — плавающие рамочные, в — нашивные пластинчатые, г — плавающие пластинчатые, д — струнные
Рис. 2. Схема прогрева бетона с использованием в качестве электродов металлических щитов опалубки (а) и арматуры (б): 1 — арматурный каркас, 2 — металлический щит опалубки, 3 — деревянный брус
Способ электропрогрева бетона в конструкциях основан на использовании выделяемой теплоты при прохождении через него электрического тока. Для подведения напряжения используют электроды различной конструкции и формы. В зависимости от расположения электродов прогрев подразделяют на сквозной и периферийный. При сквозном прогреве электроды располагают по всему сечению, а при периферийном — по наружной поверхности конструкций. Во избежание отложения солей на электродах и прилегающей зоне бетона постоянный ток использовать запрещается.
|
|
|
Для сквозного прогрева колонн, балок, стен и других конструкций, возводимых в деревянной опалубке, применяют стержневые электроды, которые изготовляют из отрезков арматурной стали диаметром до 6 мм с заостренным концом. Для установки электродов высверливают отверстия в одном из щитов опалубки таким образом, чтобы электроды не соприкасались с арматурой каркаса. Затем вставляют электрод и ударом молотка фиксируют его в противоположном щите. Расстояние между электродами по горизонтали и вертикали принимают по расчету. Затем осуществляют их коммутацию.
Для периферийного прогрева при слабом армировании и когда исключен контакт с арматурой применяют плавающие электроды в виде замкнутой петли. При прогреве плоских конструкций (например, подготовка под полы, дорожные покрытия, ребристые плиты) применяют плавающие пластинчатые электроды.
В качестве плавающих электродов применяют полосовую сталь толщиной 3…5, шириной 30…50 мм. Расстояние между ними определяют расчетом. Электроды должны контактировать с бетоном и могут быть несколько утоплены в него. Между ними и бетоном не должно быть зазора. Для этого их нагружают токонепроводящими материалами (досками, кирпичами), сами электроды должны быть без искривлений и перегибов.
Нашивные электроды, так же как и плавающие, относятся к элементам периферийного прогрева. Их изготовляют из круглой арматурной стали или металлических пластин толщиной 2…3 мм. Электроды нашивают на щиты опалубки для ее установки, а концы загибают под углом 90° и выводят наружу. После установки опалубки производят коммутацию электродов. Необходимо помнить, что электроды не должны иметь контакта с арматурой конструкции во избежание короткого замыкания. Поэтому при установке арматурных каркасов используют пластмассовые прокладки и фиксаторы, которые обеспечивают заданную толщину защитного слоя и предотвращают контакт с электродами.
|
|
|
При изготовлении длинномерных конструкций (колонн, ригелей, балок, свай) используют струнные электроды. Выполняют их из гладкой арматурной стали диаметром 4…6 мм. Располагают в центральной части сечения конструкции. Концы электродов отгибают под углом 90° и выводят через отверстия в опалубке для подключения коммутирующих проводов.
При периферийном прогреве массивных конструкций, а также элементов зданий малой массивности (стен, резервуаров, ленточных фундаментов) в качестве электродов используют металлические щиты опалубки и арматуру конструкции. В первом случае используют однофазный ток: первую фазу подключают к щитам опалубки, а нулевую — к арматурному каркасу. Во втором случае арматурный каркас не подключают к сети, а каждый элемент опалубки присоединяют к одной из трех фаз. Изоляторами между щитами опалубки служат деревянные брусья.
Пример электропрогрева бетона колонны с использованием Щитов металлической опалубки в качестве электродов приведен на рис. 3. Между опалубочными щитами 2 устанавливают диэлектрические прокладки. Напряжение от трансформатора 5 через кабели 4 передаются щитам опалубки соответственно первого, второго и третьего ярусов (при трехфазном токе). Мощность трансформатора подбирается таким образом, чтобы обеспечить прогрев одновременно 6…9 колонн.
Однородность температуры поля зависит от схемы расположения электродов и расстояния между ними. Чем ближе друг к другу электроды и чем сильнее армирование конструкции, тем больше будут температурные перепады в твердеющем бетоне, в результате чего режим твердения будет неоднородным и качество бетона ухудшится. Поэтому в каждом конкретном случае рассчитывают схему расположения электродов с учетом степени армирования конструкции.
При напряжении на электродах 50…60 В расстояние между электродами и арматурой должно быть не менее 25 мм, а при 70…85 В — не менее 40 мм.
|
|
|
Стержневые электроды применяют, как правило, в виде плоских групп, которые подключают к одной фазе. При большой длине конструкций вместо одного электрода устанавливают два или три по длине.
Допустимую длину полосового, стержневого или струнного электродов принимают путем расчета минимальной потери напряжения по его длине.
Для получения высокого качества железобетона строго соблюдают температурный режим прогрева, который разделяют на три стадии:
1. Подъем температуры бетона.
2. Изотермический прогрев. На этой стадии в бетоне поддерживают заданную температуру. Продолжительность стадии зависит от вида конструкции (прогревают до получения необходимой прочности бетона). Чаще всего на стадии изотермического прогрева достигают критическую прочность бетона.
3. Остывание конструкций. При остывании до 0° С бетон продолжает набирать прочность, что особенно важно при бетонировании массивных конструкций.
Для конструкций с Мп=6…9 применяют режим, при котором к моменту остывания бетон должен набрать прочность не менее критической. Для конструкций с М„=9…15 режим такой же, но в конце изотермического прогрева бетон должен набрать не менее 50% прочности. Этим обстоятельством определяется время изотермического прогрева. При изготовлении предварительно напряженных конструкций к моменту окончания изотермического прогрева прочность бетона должна быть не менее 80%.
Для работы также потребуется трансформатор. К нему подключаются стержни из металла, которые соединяются с бетонной конструкцией. Понижающий трансформатор будет подавать пониженное напряжение, которое разогреет металлические части конструкции.
Электродный прогрев монолитных конструкций может быть совмещен с другими способами интенсификации твердения бетона, например предварительным прогревом бетонной смеси, использованием различных химических добавок
|
|
|
