Прогрев бетона в зимнее время: методы и схемы электропрогрева

Строительство бетонных монолитов при минусовых температурах осложняется неравномерным застыванием смеси. Вода быстро превращается в лед, процесс гидратации останавливается, в результате прочность готовой постройки нарушается. Прогрев бетона помогает избежать этих проблем.

Добиться необходимой температуры бетонной смеси можно пятью способами:

• электродным;

• проводом ПНСВ;

• электропрогревом опалубки;

• индукционным обогревом;

• инфракрасным теплом.

Рассказываем, в каких случаях используется каждый из них.

Электродный прогрев

Принцип действия основывается на способности бетонного раствора проводить ток. Электроды располагают внутри и на поверхности смеси. После подключения к трансформатору образуется электрическое поле и происходит нагрев. Добиться оптимальной температуры можно изменением выходных параметров трансформатора.

• простота монтажа и высокий КПД;
• позволяет прогреть конструкцию любой толщины и формы.

• требует проведения расчетов и долгой подготовки;
• высокие энергозатраты (не менее 1000 кВт на 3–5 м3 смеси).

Что нужно знать об электродном прогреве

1. По мере схватывания бетона, его электрическое сопротивление меняется нелинейно. Чтобы избежать потери тепла и влаги, после завершения установки электродов необходимо укрыть поверхность утеплителем. Им может стать фанера с прокладкой из пенопласта, шлаковата, картон, опилки, доски и т. д. Осуществлять работы без утепляющего материала нельзя.

2. Прогрев с помощью сварочных аппаратов не рекомендуется по ряду причин:

• при вживлении электродов в бетон ток проходит непосредственно через раствор – отсюда вытекает опасность поражения людей и животных;

• допустимое напряжение – 36 В, в противном случае опасность удара током становится критичной;

• сварочный трансформатор не предназначен для таких нагрузок и быстрее изнашивается.

3. Постоянный ток при прогреве бетона электродами использовать недопустимо: он способствует электролизу. Вода разлагается и не кристаллизируется. Застывание смеси становится невозможным.

4. Подходят электроды четырёх видов:

5. Трансформатор для прогрева бетона в зимнее время должен отличаться высокой мощностью, иметь защищенный корпус, быть удобным для транспортировки и выдерживать длительную работу при минусовых температурах.

Пример техники:

Артикул:

Цена по запросу

Прогрев бетона проводом ПНСВ

Один из самых эффективных и безопасных способов. При прохождении тока через провод ПНСВ выделяется тепло, нагревая смесь. Расход – в среднем 60 м на 1 м3 бетона. Этот провод часто используется как напольный обогреватель в частном секторе.

• несложно предсказать «поведение» и отрегулировать температуру, бетон нагревается постепенно, набор прочности происходит плавно;
• существенно ускоряет процесс застывания;
• подходит для повторного использования;
• устойчив к возгоранию за счёт покрытия изоляцией;
• отличается прочностью и не перегибается;
• эффективен при экстремальных температурах;
• устойчив к воздействию кислотной и щелочной среды.

• требует точных расчетов и подготовительных работ.

Что нужно знать о проводе ПНСВ

1. Укладка кабеля в холодное года должна выполняться таким образом, чтобы он не касался опалубки, земли, а также не выходил за пределы бетона. После того как опалубка будет залита бетонной смесью, дождитесь, пока она начнет застывать, затем подключите трансформаторную подстанцию и регулируйте температуру.

2. Секции монтируются на одинаковом расстоянии нагревательных проводов относительно друг друга (примерно 15 см). Смесь прогреется равномерно.

3. Закрепить провод на арматурном каркасе, вдоль которого он протянут, следует так, чтобы риски повредить его при подаче бетона в траншею отсутствовали.

4. Температура смеси измеряется в процессе изотермического прогрева каждые два часа. Этот пункт входит в содержание технологической карты на электрообогрев нагревательными проводами монолитных конструкций.

5. 70 В – напряжение, которым следует ограничиться при проведении работ. Поэтому при эксплуатации может потребоваться понижающий трансформатор (ПТ).

Артикул:

Цена по запросу

Электропрогрев опалубки (контактный метод)

Этот способ предполагает изготовление опалубки, в которую заранее будут закладываться нагревательные элементы. Они отдают бетону свое тепло при нагреве и ускоряют твердение. Электропрогрев опалубки происходит снаружи, через контактную поверхность.

• доступность.

• трудоемкость изготовления;
• низкий КПД (при заливке фундамента смесь греется лишь частично).

Индукционный обогрев

Применяется с армированными конструкциями. Металлические элементы, содержащиеся внутри них, станут сердечниками. Изолированный кабель выполняет роль индуктора и размещается петлями вокруг арматуры. Количество мотков провода и сечение необходимо рассчитать предварительно. Вдоль кабеля пускается переменный ток, образующий электромагнитное поле. Затем происходит нагревание армирующих элементов, от них тепло переходит к бетону, постепенно распространяясь по всей смеси.

Расход электроэнергии достигает 150 кВт/ч на 1 кубический метр бетона.

• низкая цена;
• равномерный прогрев.

• сложный расчет;
• ограниченность применения (балки, колонны и т. д.).

Артикул:

Цена по запросу

Инфракрасный подогрев

Инфракрасные лучи нагревают поверхность непрозрачных объектов, распространяя тепло на весь объем. При применении инфракрасного подогрева бетонную конструкцию необходимо окутать прозрачной пленкой – она задержит тепло, пропустив лучи через себя. Подходит для прогрева железобетона. Инфракрасный нагреватель должен быть устойчивым к сильному ветру и способным долгое время работать без дозаправки.

• простота и доступность.

• подходит только для небольших тонких конструкций;
• инфракрасное тепло распространяется неравномерно.

Артикул:

Цена по запросу

Выводы

• Электродный прогрев подойдёт для раствора любой толщины и формы, но требует больших энергозатрат (около 1000 кВт на 3–5 куб. м.).

• Провод ПНСВ равномерно нагревает смесь и отличается безопасностью эксплуатации: кабель изолирован, температура легко регулируется.

• Контактный метод требует изготовления опалубки под заказ и не может обеспечить равномерный обогрев.

• Индукционный способ применим исключительно с армированными конструкциями.

• Инфракрасным теплом можно прогреть только небольшой слой бетона.

Также в нашем интернет-магазине представлены дизельные станции для прогрева бетона. Узнать, сколько стоит оборудование с учетом скидки, можно у наших менеджеров. Стоимость доставки зависит от габаритов и массы товара.

Прогрев бетона электродами: технология и особенности

Технология, применяемая в сложных условиях для приобретения бетоном необходимых физико-механических свойств, называется прогрев бетона электродами. Метод получил распространение благодаря простому оборудованию, которое основано на способностях электрического тока при прохождении через какое-либо вещество выделять тепло. Прогрев бетона в зимнее время электродами очень производителен, он охватывает рабочий объем 100 м³ при t -40 °C. Исходя из особенностей конструкции и уличной температуры, подбираются технологические режимы, учитывающие:

• расстояние между электродами при прогреве бетона, их тип;
• силу тока;
• стадийность процесса в зависимости от использования изотермического «одеяла».

Чтобы обеспечить прогрев бетона электродами, расчет должен быть точным. Зависит он от следующих параметров:

• форма, толщина и общая площадь заливки;
• мощность трансформатора;
• толщина электрических проводников;
• сила тока;
• время, выдержка и продолжительность нагрева.

Схема подключения электродов для прогрева бетона

Важно! В ходе процедуры важно обеспечить равномерность нагревания и невысокую скорость — 8-15 °С в час, а остывания — 5-10 °С

На сегодня самый эффективный способ не привязывать строительные работы к определенному времени года, трудиться в дождливых условиях, а также суровом климате — это проводить прогрев бетона электродами, технология может состоять из нескольких стадий:

• нагрев и выдержка;
• нагнетание температуры с последующим охлаждением при термоизоляции;
• нагрев, выдержка и остывание.

Прогрев бетона с помощью электродов могут дополнять использованием термоизолирующей конструкции, которая снижает скорость охлаждения или позволяет выдерживать однородную температуру во время операции. Это наиболее эффективный метод нагрева. Кроме этого, сам трансформатор может оснащаться модулями:

• подогрева почвы;
• сушки электродов;
• стабилизации напряжения;
• генератором.

Разновидности применяемых электродов

Прогрев стен бетона электродами обеспечивается с помощью специальной установки или сварочного аппарата, состоящего из трансформатора и нагревательных элементов. Разные типы конструкций определяют форму электродов, применение которых наиболее целесообразно.

Электроды для прогрева бетона

Существует 4 типа нагревательных элементов: 2 варианта предназначены для внутреннего напряжения и 2 для поверхностного. Первые изготавливаются из арматуры в бунтах или прутьях. Маркируется проволока ВР1, а электроды для прогрева бетона ВР 4/ 5/ 3 обозначают диаметр проволоки. Вторые из пластин разных размеров. За основу берется листовая или кровельная сталь до 4 мм толщиной.

Электроды для внутреннего напряжения:

1. Стержневые. Для изготовления используется арматура диаметром 6-12 мм, длиной до 2 метров. Располагаются по «телу» бетона. Подходят для больших площадей, при этом используется индивидуальная технологическая карта прогрева бетона электродами. Площадь должна соответствовать мощности трансформатора. Шаг прутьев варьируется от 60 до 100 см, но расстояние между рядами должно быть не менее 200-400 мм; до каркаса — 50-150 мм; до шва конструкции — более 100 мм.
2. Струнные. Используются для вертикальных конструкций (колонны, арки). Представляют собой арматуру диаметром до 15 мм и длиной 2-3 метра. Один устанавливается по центру (может применяться каркасная арматура), в качестве второго используется опалубка из токопроводящего материала.
3. Пластинчатые. Представляют собой пластины, которые устанавливаются между опалубкой и бетоном с разных сторон и создают электрическое поле.
4. Полосовые или нашивные. Похожи на пластинчатые, но имеют более компактную ширину (20-50 мм) и толщину до 4 мм, располагаются по сторонам стяжки. Шаг электродов при прогреве бетона составляет 100-400 мм. Их применяют для небольших площадей, плит перекрытия и бетона, соприкасающегося с грунтом.

Чтобы обеспечить эффективный прогрев бетона электродами, схема подключения должна учитывать толщину бетонной смеси. В случаях с пластинчатыми изделиями это имеет основное значение: подсоединяются они периферийно (при толщине смеси более 300 мм) или односторонне (при толщине до 300 мм).

Обвязка электродов для прогрева бетонного фундамента

Советы по реализации

Важно! Применять можно только переменный ток. Постоянный приведет к активизации электролиза. Также нерационально использовать этот метод для конструкций большой толщины

Электроды устанавливаются в бетон в порядке, при котором после подключения к трансформатору создается электрическое поле. Регулируя параметры трансформатора, достигается необходимая t нагрева и выдержки. Интенсивность нагрева должна быть невысокой, максимальная t выдержки зависит от марки бетона и составляет не более +55-75 °С. Во время прогрева участок должен быть покрыт изолирующим верхом (рубероид, специальные маты). Зимний прогрев бетона электродами должен учитывать при охлаждении перепад t между уличной и рабочей — не более 20 °С.

Поскольку при изменении структуры меняется сопротивление, то необходимо следить за силой тока: установить в цепь приборы, контролирующие параметры тока, температуры, проверять степень застывания бетонной смеси. Изменение сопротивления происходит не линейно, а параболически, также на этот показатель влияют марка бетона и производитель (компоненты состава меняют свойства в зависимости от места добычи).

Задаваясь вопросом, как прогреть бетон электродами, важно обеспечить безопасность технологии, поскольку здесь присутствуют такие энергоносители, как вода и электрический ток. При невозможности изоляции электрических проводников обычным способом, они защищаются эбонитовыми трубками. Также категорически запрещается соприкосновение изделий с армирующим каркасом из-за короткого замыкания.

Ток для прогрева бетона электродами используется как 1-фазный, так и 3-фазный. Но в первом случае конструкция должна быть небольшой, без армирующей сетки, а также не контактировать с другими элементами построек. В остальных ситуациях используется напряжение 380 В.

Заключение

К особенностям этого метода относят одноразовость использования электродов: после затвердевания они остаются частью конструкции. При этом стоимость расходников низкая, а сами они широко доступны, поэтому технология вполне оправдывает себя.

Видео: Прогрев бетона в зимнее время, кабель пнсв,тмо-80, оборудование для прогрева

Технология бетонирования в зимних условиях. 5. Электрический…

Способ электрообогрева бетона в конструкциях основан на использовании тепла, выделяющегося при прохождении через него электрического тока. Для подачи напряжения используются электроды различной конструкции и формы. В зависимости от расположения электродов нагрев подразделяют на сквозной и периферийный. При непрерывном нагреве электроды располагают по всему сечению, а при периферийном нагреве — по внешней поверхности конструкций. Во избежание отложений солей на электродах запрещается подавать постоянный ток.

Для сквозного обогрева колонн, балок, стен и других конструкций, возводимых в деревянной опалубке, применяют стержневые электроды, которые изготавливают из кусков арматурной стали диаметром до 6 мм с заостренным концом. Для установки электродов просверлите отверстия в одном из щитов опалубки так, чтобы электроды не соприкасались с арматурой каркаса. Затем вставьте электрод и ударом молотка зафиксируйте его в противоположном щитке. Расстояние между электродами по горизонтали и вертикали принимают расчетным. Затем осуществляют их коммутацию.

Для периферийного обогрева при слабом армировании и при исключении контакта арматурой применяют плавающие электроды в виде замкнутого контура. При обогреве плоских конструкций (например, подготовка полов, тротуаров, ребристых плит) применяют пластинчатые электроды.

Полоса стальная толщиной 3…5 мм и шириной 30…50 мм применяют в качестве плавающих электродов. Расстояние между ними определяется расчетным путем. Электроды должны соприкасаться с бетоном и могут быть слегка утоплены в него. Между ними и бетоном не должно быть зазора. Для этого их нагружают непроводящими материалами (доски, кирпичи), сами электроды должны быть без искривлений и перегибов.

Электроды нашивные, так же как и плавающие, относятся к элементам периферийного нагрева. Их изготавливают из круглой арматурной стали или металлических пластин толщиной 2…3 мм. На щиты опалубки пришивают электроды, а концы загибают под углом 90 0 и выводят наружу. После установки опалубки производят коммутацию электродов. Необходимо помнить, что электроды не должны соприкасаться с арматурой конструкции во избежание коротких замыканий. Поэтому при установке арматурных каркасов применяют пластиковые прокладки и хомуты, обеспечивающие заданную толщину защитного слоя и предотвращающие контакт с электродами.

При изготовлении длинномерных конструкций (колонны, балки, балки, сваи) с применением струнных электродов. Изготавливаются из гладкой арматурной стали диаметром 4…6 мм. Расположен в центральной части поперечного сечения конструкции. Концы электродов загнуты под углом 90° и выведены через отверстия в опалубке для подключения коммутирующих проводов.

Для периферийного обогрева массивных конструкций, а также элементов зданий малой массивности (стены, резервуары, ленточные фундаменты) в качестве электродов применяют металлические щиты опалубки и конструктивную арматуру. В первом случае используется однофазный ток: первая фаза подключается к щитам опалубки, а ноль к арматурному каркасу. Во втором случае арматурный каркас не подключается к сети, а каждый элемент опалубки подключается к одной из трех фаз. Утеплителями между щитами опалубки служат деревянные бруски.

Равномерность температуры поля зависит от расположения электродов и расстояния между ними. Чем ближе электроды друг к другу и чем прочнее армирование конструкции, тем больше будут перепады температур твердеющего бетона, в результате чего режим твердения будет неравномерным и качество бетона ухудшится. Поэтому в каждом конкретном случае рассчитывайте расположение электродов исходя из 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 применяются, как правило, в виде плоских групп, которые подключаются к одной фазе. При большой длине конструкций вместо одного электрода устанавливают два или три по длине. Допустимую длину ленточных, стержневых или струнных электродов принимают путем расчета минимальных потерь напряжения по их длине.

Способы установки электродов и их применение.

Таблица 10.3.

Для получения железобетона высокого качества строго соблюдается температурный режим нагрева, который делится на три этапа:

1. Повышение температуры бетона. Скорость подъема зависит от модуля поверхности:

М ………………………… 2…6 6…9 9…15

Скорость подъема С0/ч 8 10 15

2. Изотермический обогрев. На этом этапе бетон выдерживается при заданной температуре. Продолжительность этапа зависит от типа конструкции (подогрев до получения необходимой прочности бетона). Чаще всего критическая прочность бетона достигается на стадии изотермического нагрева.

3. Конструкции охлаждения. При охлаждении до 0°С бетон продолжает набирать прочность, что особенно важно при бетонировании массивных конструкций.

Для конструкций с Мн = 6…9 применяют режим, при котором к моменту остывания бетон должен набрать прочность не ниже критической. Для конструкций с Мн = 9…15 режим тот же, но по окончании изотермического прогрева бетон должен набрать не менее 50 % прочности. Это обстоятельство определяет время изотермического нагрева. При изготовлении предварительно напряженных конструкций к концу изотермического нагрева прочность бетона должна быть не менее 80 %.

Нарушение технологического режима электрообогрева может привести к перегреву бетона в результате перегрева бетонной смеси выше 100°С, недостаточной прочности, растрескиванию из-за неоднородности температурного поля.

Температура нагрева бетона зависит от конструкции и типа цемента.

Максимально допустимая температура бетона, 0С, при электрообогреве.

Таблица 3.3.2

Максимальная температура нагрева более массивных конструкций задается из условия получения равномерного температурного поля и исключения высоких термические напряжения в них.

Необходимую температуру нагрева бетона получают изменением напряжения, периодическим отключением и включением всего нагрева или части электродов. При электрообогреве бетонных конструкций с помощью приборов постоянно контролируют напряжение, силу тока и температуру бетона. В течение первых 3 часов нагрева температуру измеряют каждый час, а затем через 2…3 часа.

Также регулируется скорость охлаждения бетона.

Допустимая скорость охлаждения бетонных конструкций.

Таблица 10.4.

Бетон

15 … 10

12

Легкоармированный и армированный бетон

8 … 6

пять

Железобетон

5 … 3

2 … 3

Средне- и сильноармированные не более 15 или образовать трещины в этом. Регулировать скорость охлаждения путем правильного подбора теплоизоляционной опалубки.

Перед началом бетонирования проверяют правильность установки электродов и их коммутацию, качество изоляции опалубки, определяют надежность контактов электродов с токопроводами.

При электрообогреве необходимо тщательно соблюдать требования электробезопасности и охраны труда.

Новый подход предлагает путь к безэмиссионному цементу | MIT News

Хорошо известно, что производство цемента — ведущего в мире строительного материала — является основным источником выбросов парниковых газов, на долю которых приходится около 8 процентов всех таких выбросов. Если бы производство цемента было страной, она была бы третьим по величине источником выбросов в мире.

Группа исследователей из Массачусетского технологического института придумала новый способ производства материала, который может полностью устранить эти выбросы и даже производить некоторые другие полезные продукты.

Результаты были опубликованы сегодня в журнале PNAS в статье Йет-Минг Чанга, профессора материаловедения и инженерии Kyocera в Массачусетском технологическом институте, а также постдока Лии Эллис, аспиранта Андреса Бадела и других.

«На каждый килограмм производимого сегодня цемента выделяется около 1 килограмма углекислого газа, — говорит Чанг. В сумме это составляет от 3 до 4 гигатонн (миллиардов тонн) цемента и выбросов двуокиси углерода, производимых сегодня ежегодно, и прогнозируется, что это количество будет расти. Ожидается, что к 2060 году количество зданий во всем мире удвоится, что эквивалентно «строительству одного нового Нью-Йорка каждые 30 дней», — говорит он. И этот товар теперь очень дешев в производстве: он стоит всего около 13 центов за килограмм, что, по его словам, делает его дешевле, чем бутилированная вода.

Таким образом, найти способы уменьшить выбросы углерода из материала, не делая его слишком дорогим, очень сложно. Чанг и его команда провели последний год в поисках альтернативных подходов и пришли к идее использования электрохимического процесса для замены нынешней системы, зависящей от ископаемого топлива.

Обыкновенный портландцемент, наиболее широко используемый стандартный сорт, изготавливается путем измельчения известняка и последующей варки его с песком и глиной при сильном нагреве, который получается при сжигании угля. В ходе этого процесса двуокись углерода образуется двумя разными способами: при сжигании угля и из газов, выделяющихся из известняка при нагревании. Каждый из них вносит примерно равный вклад в общие выбросы. По словам Чанга, новый процесс устранит или резко сократит оба источника. Хотя они продемонстрировали основной электрохимический процесс в лаборатории, процесс потребует дополнительной работы для масштабирования до промышленных масштабов.

Во-первых, новый подход может исключить использование ископаемого топлива для процесса нагрева, заменив электроэнергию из чистых, возобновляемых источников. «Во многих регионах возобновляемая электроэнергия является самой дешевой электроэнергией, которая у нас есть сегодня, и ее стоимость все еще падает», — говорит Чанг. Кроме того, новый процесс производит тот же цементный продукт. Команда поняла, что попытка добиться признания нового типа цемента — то, что многие исследовательские группы преследовали разными способами — будет тяжелой битвой, учитывая, насколько широко используется этот материал во всем мире и насколько неохотно могут быть строители. новые, относительно непроверенные материалы.

Новый процесс основан на использовании электролизера, с чем многие люди сталкивались на уроках химии в старших классах, где батарея подключается к двум электродам в стакане с водой, производя пузырьки кислорода из одного электрода и пузырьки водорода из другого, поскольку электричество расщепляет молекулы воды на составляющие их атомы. Важно отметить, что электрод электролизера, выделяющий кислород, производит кислоту, а электрод, выделяющий водород, производит основание.

В новом процессе измельченный известняк растворяется в кислоте на одном электроде, и выделяется двуокись углерода высокой чистоты, а гидроксид кальция, широко известный как известь, осаждается в виде твердого вещества на другом электроде. Затем гидроксид кальция может быть переработан на другом этапе для получения цемента, который в основном представляет собой силикат кальция.

Углекислый газ в виде чистого концентрированного потока затем можно легко улавливать, использовать для производства продуктов с добавленной стоимостью, таких как жидкое топливо для замены бензина, или использовать для таких применений, как добыча нефти или даже в напитки и сухой лед. В результате в ходе всего процесса в окружающую среду не выделяется углекислый газ, говорит Чанг. Напротив, двуокись углерода, выбрасываемая обычными цементными заводами, сильно загрязнена оксидами азота, оксидами серы, окисью углерода и другими веществами, что делает непрактичной «очистку», чтобы сделать двуокись углерода пригодной для использования.

Расчеты показывают, что водород и кислород, также выбрасываемые в процессе, могут быть рекомбинированы, например, в топливном элементе, или сожжены для производства достаточного количества энергии для подпитки всего остального процесса, говорит Эллис, не производя ничего, кроме водяного пара.

Для демонстрации основных химических реакций, используемых в новом процессе, электролиз происходит в нейтральной воде. Красители показывают, как кислота (розовый) и основание (фиолетовый) образуются на положительном и отрицательном электродах. Вариант этого процесса можно использовать для преобразования карбоната кальция (CaCO ₃ ) в гидроксид кальция (Ca(OH) ₂ ), который затем можно использовать для производства портландцемента без выбросов парниковых газов. На производство цемента в настоящее время приходится 8 процентов глобальных выбросов углерода.

В своей лабораторной демонстрации команда выполнила необходимые ключевые электрохимические этапы, производя известь из карбоната кальция, но в небольшом масштабе. Этот процесс немного похож на встряхивание снежного шара, так как внутри стеклянного контейнера образуется шквал взвешенных белых частиц по мере того, как извести выпадает в осадок из раствора.

Несмотря на то, что технология проста и, в принципе, может быть легко расширена, обычный цементный завод сегодня производит около 700 000 тонн материала в год. «Как проникнуть в такую ​​отрасль и войти в дверь?» — спрашивает Эллис, ведущий автор статьи. Один из подходов, по ее словам, состоит в том, чтобы попытаться заменить только одну часть процесса за раз, а не всю систему сразу, и «поэтапно» постепенно добавлять другие части.

Первоначальная предложенная система, которую придумала команда, «не потому, что мы обязательно думаем, что у нас есть точная стратегия» для наилучшего возможного подхода, говорит Чанг, «а для того, чтобы заставить людей в электрохимическом секторе начать больше думать об этом».