XVI.     Электропрогрев бетона в конструкциях

Электропрогрев бетона и железобетонных конструкций основан на преобразовании электрической энергии в тепловую при прохождении тока через бетон, обладающий электрическим сопротивлением. Способ рекомендуется при бетонировании конструкций с модулем поверхности охлаждения 8—20. В конструкциях с модулем поверхности менее 6 его применять не следует.

Электропрогрев — очень распространенный способ выдерживания бетона. Он предназначается, как правило, для тех ситуаций, когда способ термоса по каким-либо причинам непригоден. На производстве часто применяют комбинации этих способов—кратковременный электропрогрев в сочетании со способом термоса. В целях ускорения оборачиваемости опалубки такое выдерживание рекомендуют для осенне-весеннего периода, характеризующегося пониженной температурой наружного воздуха.

Подведение электрического тока к конструкции осуществляют с помощью стальных электродов, которые классифицируются по расположению: внутренние (стержневые и струнные) и поверхностные (пластинчатые, полосовые, наивные, плавающие и располагающиеся на нагревательных панелях). Электроды наиболее выгодно располагать на поверхности прогреваемой конструкции, так как в этом случае их можно использовать многократно и таким образом уменьшить расход металла.

A.         Стержневые и струнные электроды

Стержневые электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6—10 мм и применяют для электропрогрева бетона балок, колонн, массивных плит, фундаментных башмаков небольшого объема, а также зон, примыкающих к боковым поверхностям массивных конструкций (периферийный электропрогрев), стыков сборных железобетонных конструкций, других мест.

Стержневые электроды устанавливают после выполнения арматурных работ через открытую поверхность или отверстия, просверленные в опалубке конструкций. Устанавливать электроды можно как до начала, так и после укладки бетона в конструкцию.

Струнные электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6—10 мм, устанавливают в конструкцию перед бетонированием параллельно ее оси отдельными звеньями длиной 2,5— 3 м и закрепляют специальными крюками. Концы звеньев загибают и выпускают из бетона или опалубки для подключения к сети.

Струнные электроды применяют для прогрева бетона слабо-армированных конструкций: стенок, балок, колонн, подколоани-ков, плит толщиной более 20 см с одиночной арматурой. Применяют струнные электроды, как и полосовые, пластинчатые, при периферийном прогреве массивных конструкций и поверхностей бетона, соприкасающихся с промерзшим основанием.

В отдельных случаях для экономии металла применяют электроды диаметром 3—4 мм, что совершенно недопустимо.

B.         Электродный прогрев

Полосовые и пластинчатые электроды изготовляют из кровельной или полосовой стали и применяют при электропрогреве бетона слабоармированных конструкций — стенок, плит, полов, арматура которых имеет защитный слой не менее 5 см.

Плавающие электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6—12 мм. Их втапливают в бетон на глубину 3—4 см сразу после его укладки. Эти электроды применяют главным образом при прогреве бетонных горизонтальных конструкций (полы, площадки и др.) и при периферийном прогреве (не огражденных опалубкой) поверхностей массивных конструкций.

Электродный прогрев (струнные, стержневые и полосовые электроды) характеризуются высокой металлоемкостью, наличием напряжений в конструкциях при прогреве, неравномерностью электрического поля, возможностью перегрева бетона и т. д. Это в равной степени касается электропрогрева с помощью пластинчатых и плавающих электродов.

Результаты исследований НИИМосстроя и производственной проверки показывают, что периферийный электропрогрев с помощью нашивных электродов эффективнее сквозного стержневого ввиду его меньшей металлоемкости. Этот способ применим для всех конструкций за исключением стыков толщиной менее 50 мм. Расход стали при этом способе 0,3—0,6 кг на 1 м3 бетона, что примерно в десятки раз меньше, чем при стержневом.

C.         Режим электропрогрева

Нашивные электроды изготовляют из арматурной стали диаметром мм, листовой стали или отходов от штамповки (высечки). Лучше всего использовать насечную сталь 20x0,3 мм.

Температурные режимы электропрогрева бетона: режим, не учитывающий нарастание прочности бетона при его остывании; режимы, учитывающие нарастание прочности бетона при остывании; продолжительность разогрева бетона; то же, изометрического прогрева; остывания; электропрогрева.

Нашивные электроды, прикрепляемые к опалубке с внутренней ее стороны, оставляют на бетоне следы, что необходимо» учитывать при возведении конструкций, к которым предъявляются повышенные архитектурные требования.

Однако этот недостаток устраним при использовании инвентарной опалубки, в которой имеются пазы специально для установки электродов. В этом случае поверхность электрода совпадает с поверхностью-опалубочного щита и не оставляет на бетоне следов.

Панели, к которым прикрепляют полосовые электроды, состоят из закрытых коробов, заполненных теплоизоляционным материалом.

Режим электропрогрева устанавливают в зависимости от требуемой прочности к моменту окончания прогрева бетона с учетом модуля поверхности конструкции, вида и марки цемента, температуры окружающей среды, начальной температуры бетонной смеси, характеристики утепления, скорости разогрева бетона.

D.          Повышение эффективности электропрогрева

В зависимости от сочетания исходных данных, режим электропрогрева может быть сведен к четырем разновидностям: режим из двух периодов — разогрева и изотермического прогрева, рекомендующийся при электропрогреве конструкций с модулем поверхности выше;режим из трех периодов — разогрева, изотермического прогрева и остывания, обеспечивающий заданную прочность бетона к концу остывания прогретой конструкции, и применяется при электропрогреве конструкций с модулем поверхности в пределах 6—15; режим, предусматривающий разогрев и сразу после достижения максимальной температуры остывание бетона, рекомендующийся для массивных конструкций с модулем поверхности до 6.

Может быть также рекомендован, особенно для периферийного прогрева, режим, при котором после периода разогрева до заданной температуры прогрев ведется с периодическим включением и выключением тока — пилообразный режим.

Для экономии электроэнергии и повышения эффективности электропрогрева необходимо выполнять электропрогрев в возможно короткие сроки с максимально допустимой для применяемого бетона температурой; выдерживать бетон под током до приобретения им 50% прочности. В случае необходимости получения сразу после прогрева более высокой прочности бетона использовать жесткие и малоподвижные бетонные смеси с осадкой конуса не более 20мм, готовить бетон на быстротвердеющих цементах, вводить в бетонную смесь добавки — ускорители твердения.

E.         Расположение электродов в бетоне

В отдельных случаях при достаточном обосновании разрешается повышать проектную марку бетона; совмещать электропрогрев с методом термоса для достижения 50% прочности от 28, особенно для конструкций, не воспринимающих нагрузки до сдачи сооружений в эксплуатацию; осуществлять мероприятия, максимально препятствующие потере бетоном тепла.

Наивысшая допустимая температура бетона при электропрогреве. Для предохранения бетона от потерь тепла открытые поверхности конструкции утепляют термоизоляционными материалами, При сильном ветре (скорость более 4 м/сек), а также для сокращения потерь влаги из бетона, опалубку наружной стороны обивают толем или укрывают полиэтиленовой пленкой.

Правильное расположение электродов в бетоне должно обеспечить равномерный нагрев конструкции до заданной температуры. При этом электрическая мощность тока и мощность, требуемая по тепловому расчету, должны соответствовать друг другу. Расположение электродов влияет на величину температурного перепада при электродных свойствах бетона. Перепад не должен превышать ГС на 1 см радиус зоны.

Для выполнения этих условий прогрева, необходимо соблюдать минимально допустимые расстояния между электродами и арматурой. Если же выдержать рекомендуемые расстояния нельзя, необходимо устраивать местную изоляцию электродов или же применять групповой способ размещения электродов с подключением к каждой фазе группы электродов. Количество электродов зависит от применяемого для прогрева напряжения.

F.         Теплозащита прогретых конструкций

При прогреве железобетонных конструкций, насыщенных арматурой, где невозможно разместить требуемое количество групповых электродов, применяют одиночные электроды. Расстояния: между ними не должны быть большими.

При прогреве железобетонных конструкций струнные электроды из стали диаметром 5 мм рекомендуется изготовлять в виде парных струн.

Скорость подъема температуры в конструкциях с модулем поверхности менее 6 не должна превышать 8° С, а с модулем более 6 — 10° С в час. Для каркасных тонкостенных конструкций небольшой длины (до 6 л) и конструкций, возводимых в скользящей опалубке, допускается увеличение скорости подъема температуры до 15° С в час.

В связи с популяризацией периферийного электропрогрева Б. А. Крылов предупреждает, что избежать трещинообразования при возведении массивных конструкций можно в том случае, если температура в ядре будет превышать или иметь то же значение, что и в периферийной зоне.

Опалубку и теплозащиту прогретых конструкций разрешается снимать после остывания бетона в наружных слоях до 5° С. Допускать примерзание опалубки к бетону нельзя. Разность температуры открытых поверхностей бетона и наружного воздуха при распалубке не должна превышать 20° С для конструкций с модулями поверхности до 6 и 30° С для конструкций с модулями поверхности и выше.