Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера
РУКОВОДСТВО
ПО ПРОИЗВОДСТВУ БЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ, РАЙОНАХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА, СИБИРИ И КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Рекомендовано к изданию решением секции технологии и механизации строительного производства НТС ЦНИИОМТП Госстроя СССР.
Приведены способы приготовления и транспортирования бетонной смеси, режимы тепловой обработки бетона. Рассмотрены вопросы выдерживания бетона способом термоса, предварительного электроразогрева бетонной смеси, электропрогрева бетона, обогрева бетона в греющей опалубке, индукционного нагрева бетона, бетонирования в тепляках, паропрогрева бетона, замоноличивания стыков. Освещены особенности производства бетонных работ в районах Северной климатической зоны, электрооборудования, контроль за производством работ и качеством бетона, дано экономическое обоснование выбора способа зимнего бетонирования.
Для инженерно-технических работников строительных организаций.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее Руководство разработано к главе СНиП III-15-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные».
Руководство разработано впервые и включает как основные положения ранее изданных инструктивных документов по отдельным способам зимнего бетонирования — по электротермообработке бетона, по термосному выдерживанию бетона, по электропрогреву бетонов, содержащих противоморозные добавки, по бетонированию в термоактивной опалубке, по применению бетонов с противоморозными добавками, так и результаты научных исследований последних лет в области зимнего бетонирования, конструкторских разработок и передовой производственный опыт.
В Руководстве приведены материалы по всем способам зимнего бетонирования, применяемым в нашей стране, как безобогревным способом, так и с прогревом бетона, прежде всего по способам электротермообработки, которые обусловливают меньшие затраты топливно-энергетических ресурсов на 1 м3 бетона, чем другие виды тепловой обработки. Впервые изложены данные по бетонированию в тепляках; тепловой обработке с применением нагревательных элементов, размещенных в бетоне; по замоноличиванию стыков с разными способами выдерживания бетона; по технологическим особенностям бетонных работ в условиях Крайнего Севера и приведены данные для обоснованного выбора на основе технико-экономических критериев оптимального способа зимнего бетонирования в конкретных условиях строительства.
В Руководстве рассмотрены вопросы механизации и автоматизации операций при зимнем бетонировании и снижения их трудоемкости, а также снижения расхода энергии на тепловую обработку бетонов.
Разработано Руководство ЦНИИОМТП Госстроя СССР при участии НИИЖБ Госстроя СССР, МИСИ, ЧПИ и МАДИ Министерства высшего и среднего специального образования, Красноярского Промстройниипроекта Минтяжстроя СССР, СибЗНИИЭП Гражданстроя СССР, ВНИПИ Теплопроекта Минмонтажспецстроя СССР, ВНИИСТ Министерства строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности СССР, Норильского горно-металлургического комбината им. А.П. Завенягина.
| раздел 1, 2, 3 | - | инж. И.В. Коротковым с участием по разд. 2 инж. В.И. Остромогольского; |
|---|---|---|
| раздел 4 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП) с участием д-ра техн. наук Б.А. Крылова (НИИЖБ), канд. техн. наук А.И. Замощика, инж. Т.Н. Кондратьевой (Красноярский Промстройниипроект); |
| раздел 5 | - | докторами техн. наук Б.А. Крыловым, С.А. Мироновым, канд. техн. наук О.С. Ивановой, инж. С.И. Пчелкиным (НИИЖБ) с участием д-ра техн. наук И.Б. Заседателева, кандидатов техн. наук В.Г. Петрова-Денисова, С.А. Шифрина, инж. И.В. Дудникова (Теплопроект Минмонтажспецстроя); |
| раздел 6 | - | канд. техн. наук А.В. Лагойдой (НИИЖБ) и инж. Л.С. Гончаровой (ЦНИИОМТП) с участием д-ра техн. наук Б.А. Крылова, кандидатов техн. наук Г.П. Апостоловой и О.П. Лариной (НИИЖБ), канд. хим. наук Т.И. Розенберг (ВНИИСТ), канд. техн. наук В.Д. Смелик (СибЗНИИЭП); |
| раздел 7 | - | д-ром техн. наук Б.А. Крыловым, канд. техн. наук А.И. Ли, инж. Р.А. Лукичевым (НИИЖБ) с участием инж. В.В. Прохорова (НИИЖБ), д-ра техн. наук А.С. Арбеньева (НИСИ), кандидатов техн. наук А.П. Шешукова и А.И. Гмыри (ТИСИ); |
| раздел 8 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП) с участием канд. техн. наук А.Н. Архангельского (Уральский Промстройниипроект); |
| раздел 9 | - | кандидатами техн. наук В.Д. Топчием, Н.И. Евдокимовым, В.В. Шишкиным, инж. М.М. Поляковой (ЦНИИОМТП) с участием д-ра техн. наук И.Б. Заседателева, канд. техн. наук С.А. Шифрина (Теплопроект Минмонтажспецстроя), кандидатов техн. наук Ю.Е. Гавриша, А.И. Замощика, инженеров Т.Н. Зиновьевой, В.А. Самодеева (Красноярский Промстройниипроект); |
| раздел 10 | - | канд. техн. наук Б.М. Красновским (МИСИ); |
| раздел 11 | - | д-ром техн. наук Н.Н. Даниловым и канд. техн. наук В.С. Абрамовым (МИСИ); |
| раздел 12 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП); |
| раздел 13 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным, инж. Л.С. Гончаровой (ЦНИИОМТП), канд. техн. наук В.Ф. Смелик (СибЗНИИЭП); |
| раздел 14 | - | канд. техн. наук Б.И. Березовским (ЦНИИОМТП) с участием канд. техн. наук Д.А. Могильникова, инженеров Ю.А. Егорова и Е.В. Коротова (Норильский горно-металлургический комбинат), д-ра техн. наук С.А. Миронова и канд. техн. наук О.С. Ивановой (НИИЖБ); |
| раздел 15 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным с участием инж. В.И. Нарских (ЦНИИОМТП) с использованием материалов авторов других разделов; |
| раздел 16 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП); |
| раздел 17 | - | канд. техн. наук С.Г. Головневым и Н.В. Юнусовым (ЧПИ) с участием инж. Л.И. Бланка (ЦНИИОМТП); нормирование энергоресурсов — кандидатами техн. наук С.Н. Коротковым (ВНИИКТЭП), В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП); |
| раздел 18 | - | канд. техн. наук В.Я. Гендиным (ЦНИИОМТП) с использованием материалов авторов других разделов. |
Общая редакция Руководства осуществлена канд. техн. наук В.Д. Топчием, д-ром техн. наук Б.А. Крыловым, канд. техн. наук В.Я. Гендиным, инж. И.В. Коротковым.
Замечания и предложения по содержанию настоящего Руководства просим направлять в ЦНИИОМТП Госстроя СССР по адресу: 127434, Дмитровское шоссе, 9.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера содержит рекомендации по особенностям технологии приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси, по выбору наиболее эффективного способа выдерживания бетона и методике его осуществления в зимних условиях, а также в сложных природных условиях Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера.
1.2. Положения настоящего Руководства должны выполняться, согласно главе СНиП III-15-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные», в период производства бетонных работ при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °C или минимальной суточной температуре ниже 0 °C, а также при бетонировании конструкций на вечномерзлых грунтах.
Продолжительность зимнего периода, расчетная температура и скорость ветра для различных пунктов территории СССР по месяцам приведены в прил. 1.
1.3. Бетонирование конструкций в зимних условиях следует производить, согласно п. 5.1 главы СНиП III-15-76, только по специально разработанным технологическим картам, в которых должны быть приведены:
а) особенности технологии приготовления и транспортирования бетонной смеси, обеспечивающие получение заданной температуры этой смеси при выгрузке из бетоносмесителя и у места ее укладки в конструкцию;
б) требуемая прочность бетона к концу выдерживания и моменту распалубливания;
в) способы и температурно-влажностные режимы выдерживания бетона;
г) данные о материале опалубки с указанием теплоизоляционных показателей, о пароизоляционных и теплоизоляционных материалах для укрытия неопалубленных поверхностей бетона и при необходимости опалубки;
д) потребность энергии, воды, пара, оборудования и специальных материалов;
е) схема размещения скважин и наименования устройств для измерения температуры бетона;
ж) при применении электротермообработки бетона дополнительно указывается схема размещения и подключения электродов или электронагревателей, требуемые электрическая мощность, напряжение и сила тока, тип понижающего трансформатора, сечение и длина проводов;
з) сроки и порядок распалубливания и загружения конструкций;
и) особенности техники безопасности при производстве работ.
1.4 До наступления отрицательных температур необходимо подготовить к эксплуатации в зимних условиях:
устройства для подогрева воды и заполнителей;
автотранспорт для перевозки бетонной смеси;
механизмы и инвентарь для подачи, распределения и уплотнения бетонной смеси;
понижающие трансформаторы для электротермообработки бетона.
1.5. Прочность бетона (называемая критической) <1> монолитных конструкций и монолитной части сборно-монолитных конструкций к моменту возможного замерзания или охлаждения ниже расчетных температур должна быть указана в проекте производства работ или в технологической карте и составлять в соответствии с требованиями главы СНиП III-15-76:
а) для бетона без противоморозных добавок 50, 40, 30% проектной прочности при марках соответственно М 150, М 200 — М 300, М 400 — М 500;
б) 70% для конструкций, подвергающихся по окончании выдерживания попеременному замораживанию и оттаиванию, независимо от проектной марки;
в) 80% для преднапряженных конструкций;
г) 100% для конструкций, подвергающихся сразу после окончания выдерживания действию расчетного давления воды, и конструкций, к которым предъявляются специальные требования по морозостойкости и водонепроницаемости;
д) для бетона с противоморозными добавками к моменту его охлаждения ниже температуры, на которую рассчитано количество добавок — 30, 25 и 20% проектной прочности при марках соответственно до М 200, М 300 и М 400.
<1> Критической прочностью называется прочность бетона в % от R28, после достижения которой бетон может быть заморожен без снижения его прочности и других показателей в процессе последующего твердения после оттаивания.
Если бетон замерзает, не достигнув критической прочности, то под влиянием внутреннего давления при образовании льда происходит частичное разрушение цементного камня и нарушение его сцепления с заполнителями, которые при дальнейшем твердении в условиях положительных температур восстанавливаются не полностью, в результате чего конечная прочность бетона снижается.
Бетон, достигший к моменту замерзания критической прочности, проектную прочность приобретает только после оттаивания и выдерживания при положительной температуре в течение не менее 28 сут.
В тех случаях, когда конструкции подлежат загружению нормативной нагрузкой до наступления устойчивых положительных температур, требуется обеспечить приобретение бетоном предусмотренной проектом прочности до его загружения.
Условия и период, по истечении которого допускается замерзание бетона в транспортных и массивных гидротехнических сооружениях, должны уточняться в проекте производства работ с учетом требований на проектирование и возведение этих сооружений.
1.6. Температурно-влажностное выдерживание бетона в зимних условиях может производиться: способом термоса; с применением противоморозных добавок; электротермообработкой бетона (предварительным электроразогревом смеси, электродным прогревом; обогревом в греющей опалубке, инфракрасным обогревом и индукционным нагревом); обогревом бетона паром, горячим воздухом и в тепляках.
Для предварительного выбора способа зимнего бетонирования в зависимости от массивности конструкции (Mп) и температуры наружного воздуха следует пользоваться табл. 1, а окончательное решение принимать на основе теплотехнических расчетов и установления экономической эффективности того или иного способа применительно к местным условиям.
| Конструкции | Модуль поверхности <1> | Рекомендуемый способ |
|---|---|---|
| Массивные бетонные и железобетонные фундаменты | До 3 | Способ термоса, способ термоса с применением ускорителей твердения бетона при температуре наружного воздуха ниже минус 20 °C. Бетон с противоморозными добавками при более низких температурах |
| Фундаменты под конструкции зданий и оборудование, массивные стены и т.п. | 3 — 6 | Способ термоса, способ термоса с применением ускорителей твердения. Бетон с противоморозными добавками. При необходимости получения заданной прочности бетона в короткие сроки или при температуре наружного воздуха ниже минус 15 °C — предварительный электроразогрев бетонной смеси либо периферийный электропрогрев, либо применение греющей опалубки |
| Колонны, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, свайные ростверки, стены, перекрытия и т.п. | 6 — 10 | Бетон с противоморозными добавками. Предварительный электроразогрев бетонной смеси, электродный прогрев, электрообогрев с применением греющих опалубок, покрывал и щитов |
| Полы, перегородки, плиты перекрытий, тонкостенные конструкции | 10 — 20 | Электродный прогрев, обогрев с помощью греющей опалубки. Бетон с противоморозными добавками (для полов) |
| Стыки, подливки | 20 — 100 | Электродный прогрев, индукционный нагрев, применение добавки поташа или нитрита натрия |
<1> Модуль поверхности конструкции (Mп) равен отношению суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкции (\sum F) к ее объему (V), т.е. M_{\text{п}} = \sum F/V .
В зависимости от принятого способа выдерживания бетона, охлаждения смеси при транспортировании и укладке назначается температура бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя и температура подогрева составляющих бетон материалов.
1.7. Распалубливание несущих бетонных и железобетонных конструкций следует производить после достижения бетоном прочности, приведенной в табл. 2, или в указаниях проекта производства работ. Допускается снятие опалубки, воспринимающей массу бетона конструкций, армированных несущими сварными каркасами, а также боковых элементов, не несущих нагрузки от массы конструкций, после достижения бетоном критической прочности согласно требованиям п. 1.5 настоящего Руководства.
| Конструкции | Прочность бетона (% проектной) при фактической нагрузке | |
| свыше 70% расчетной | менее 70% расчетной | |
| С напрягаемой арматурой | 100 | 80 |
| Находящиеся в мерзлом грунте | 100 | 70 — 85 <*> |
| Несущие длиной менее 6 м | 100 | 70 |
| Несущие длиной 6 м и более | 100 | 80 |
| Плиты пролетов до 3 м | 100 | 70 |
<*> При отсутствии в бетоне добавок — ускорителей твердения и противоморозных.
Примечание. При невозможности обеспечить требуемую прочность бетона к моменту загрузки конструкции нормативной нагрузкой допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании применение марки бетона, увеличенной на одну ступень.
1.8. Прочность бетона перед распалубливанием должна быть подтверждена испытаниями в соответствии с п. 16.21 настоящего Руководства.
1.9. Распалубливание массивных конструкций (с Mп < 2), в том числе гидротехнических блоков, следует производить с учетом заданных проектом производства работ наибольших допустимых температурных перепадов между ядром блока и его поверхностью, а также между поверхностью блока и наружным воздухом.
1.10. Снятие теплозащиты и опалубки с конструкций, выдержанных по методу термоса, следует производить не ранее остывания бетона в наружных слоях до расчетной конечной температуры, не допуская примерзания к бетону; при электротермообработке бетона — не ранее остывания до температуры, предусмотренной расчетом, а при применении бетонов с противоморозными добавками — по достижении прочности, указанной в п. 1.5 настоящего раздела. Не допускается снятие теплоизоляции, если температура в центре конструкции продолжает повышаться. Кроме того, снятие теплозащиты и опалубки следует производить не ранее момента, когда разность температур поверхностного слоя бетона и наружного воздуха составит не более 20 °C для конструкций с модулем поверхности от 2 до 5 и не более 30 °C для конструкции с Mп = 5 и выше. При большей разности указанных температур распалубленные конструкции должны быть после распалубки укрыты.
1.11. Загружение распалубленных конструкций полной расчетной нагрузкой допускается только после приобретения бетоном проектной прочности.
Распалубка и частичная загрузка могут быть допущены при меньшей, чем указано в табл. 2, прочности бетона при условии проверки расчетом прочности конструкции под действием фактических нагрузок.
1.12. Скорость остывания бетона при всех способах зимнего бетонирования не должна превышать для конструкций с модулем поверхности: более 10 — 10 °C в час и от 6 до 10 — 5 °C в час; 5 и менее — величины, определяемой расчетом и исключающей появление трещин в поверхностных слоях бетона.
2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ
2.1. В зимних условиях наиболее эффективно применение цементов в зависимости от способа выдерживания бетона и Mп конструкций, приведенных в табл. 3.
Рекомендуемые цементы для зимнего бетонирования (знак «плюс» означает «рекомендуется»; знак «минус» — «не допускается»)
| Вид цементов | Способы выдерживания бетона | ||||
| термос | термос с предварительным электроразогревом бетонной смеси | бетон с противоморозными добавками | тепловая обработка бетона в конструкциях | ||
| конструкции с Mп | |||||
| 3 и более | менее 3 | ||||
| Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) | + | - | + с примеч. 1 | + с примеч. 2 | + |
| Портландцементы марок 400 и выше, высокоалитовые (C3 более 55%) с содержанием молотых добавок до 10%, сроком хранения до 2 мес. | + | - | То же | То же | + |
| Портландцементы высокомарочные (400 и выше), алитовые (C3 не менее 50%) с содержанием C3A не более 8%, с активными кремнеземистыми добавками до 10% | + | - | «» | «» | + с примеч. 3 |
| Портландцементы марок М 400 и выше с содержанием C3A: | |||||
| до 10% при добавках хлоридов натрия и кальция | - | - | - | «» | - |
| до 5% при добавке нитрита натрия | - | - | - | «» | - |
| до 8% при добавке НКМ | - | - | - | «» | - |
| более 8% при добавке поташа | - | - | - | «» | - |
| Глиноземистый цемент | + с примеч. 4 | - | - | - | - |
| Шлакопортландцемент | - | + с примеч. 5 | + с Mп > 3 | - | + с примеч. 6 |
| Пуццолановый портландцемент | + с примеч. 7 | То же | - | - | + с примеч. 7 |
Примечания: 1. При подтверждении лабораторной проверкой требуемой подвижности смеси.
2. Низкоалюминатные портландцементы, шлакопортландцементы и особенно пуццолановые портландцементы применять не рекомендуется ввиду замедленного их твердения при температуре ниже 0 °C.
3. При C3A более 8% бетон не приобретает высокой относительной прочности и в 28-суточном возрасте бетон недобирает 15 — 20% марочной прочности.
4. При технико-экономическом обосновании с Mп конструкций от 6 до 12 и учете понижающих защитных свойств по отношению к арматуре.
5. При эффективном утеплении наружных поверхностей или периферийном электропрогреве.
6. Допускается только при отсутствии повышенных требований к морозостойкости и с учетом длительных сроков тепловой обработки.
7. Если предусмотрено проектом.
2.2. Заполнители при зимнем бетонировании должны удовлетворять всем требованиям, которые предъявляются для бетонов, укладываемых в летних условиях. Кроме того, заполнители для бетонов перед загрузкой в смеситель не должны содержать смерзшихся комьев, кусков льда, наледи на зернах и снега. В связи с этим для уменьшения или исключения возможностей смешения заполнителей со снегом и обледенения необходимо складировать их высокими штабелями на сухих и возвышенных местах, защищенных от снежных заносов.
Оттаивание и подогрев заполнителей может производиться (с помощью дымовых газов и горячего воздуха) в открытых штабелях, закрытых бункерах, сушильных барабанах и других устройствах. Подогрев воды для бетонной смеси наиболее просто и эффективно осуществлять посредством пуска в нее пара.
2.3. Подбор составов бетона для зимней укладки осуществляется любыми проверенными на практике и принятыми для летних условий способами.
а) учитывать, что бетоны, подвергнутые электротермообработке при жестких режимах, недостаточной защите от влагопотерь, отсутствии добавок и т.п., к 28-суточному возрасту после прогрева могут иметь недобор прочности до 10% R28. В случае необходимости получения проектной прочности бетона в установленный срок допускается увеличивать марку бетона против проектной на одну ступень или применять другие способы выдерживания;
б) назначать водоцементное отношение (В/Ц) бетонной смеси не более 0,65, а для бетонов с повышенными требованиями по морозостойкости (Мрз > 50) — не более 0,5.
2.4. Основными особенностями приготовления бетонной смеси в зимних условиях в отличие от летних являются обеспечение расчетной температуры смеси на выходе ее из бетоносмесителя, осуществление подогрева воды, отогрева или подогрева составляющих заполнителей, а также отопление бетоносмесительного узла, дозаторного и бункерных отделений.
Расчетная температура бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя (tсм) и температура предварительного электроразогрева смеси определяется по формуле
t_{\text{см}} = \frac{t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{н}.\text{в}} \sum \Delta t_{\text{тр}}}{1 - \sum \Delta t_{\text{тр}}} , (1)
где tб.н — начальная средняя температура бетона после укладки в опалубку, уплотнения и укрытия (назначается в зависимости от способа выдерживания бетона), град;
tн.в — температура наружного воздуха, град;
\sum \Delta t_{\text{тр}} — суммарное относительное снижение температуры бетонной смеси при всех операциях — от приемки из бетоносмесителя до укладки и укрытия в конструкции;
\Delta t_{\text{тр}} — относительное снижение температуры бетонной смеси на каждой операции (при транспортировании, перегрузке, укладке и уплотнении) при перепаде между температурой наружного воздуха и температурой бетонной смеси 1 °C.
Расчеты по формуле (1) можно производить при температуре наружного воздуха ниже 0 °C.
Пооперационные относительные величины снижения температуры бетонной смеси \Delta t_{\text{тр}} определяются по формуле
\Delta t_{\text{тр}} = \Delta t_{\text{т}}\prime_{\text{р}}\tau, (2)
где \tau — время транспортирования (укладки, уплотнения, перегрузки) бетонной смеси, мин;
\Delta t_{\text{т}}\prime_{\text{р}} — относительное снижение средней температуры бетонной смеси, град/(град·мин), при транспортировке (укладке, уплотнении, перегрузке) в течение 1 мин и перепаде температуры бетонной смеси и окружающего воздуха 1 °C.
Значения \Delta t_{\text{тр}} при транспортировании смеси даны в табл. 4, а при укладке и уплотнении составляют:
| \Delta t_{y} | Толщина конструкции, мм |
|---|---|
| 0,03 | 60 |
| 0,018 | 100 |
| 0,012 | 150 |
| 0,009 | 200 |
| 0,007 | 300 |
| 0,005 | 400 |
| 0,004 | 500 |
| 0,003 | 600 |
Примечания: 1. При других емкостях транспортных устройств значения следует брать по интерполяции.
2. Расчетное значение коэффициента теплоотдачи ограждения принято, кВт/(м2·°C): автосамосвалов — 14; бункеров — 13.
При погрузке и перегрузке на каждую операцию можно принимать \Delta t_{\text{тр}.\text{п}} = 0,032 ; при перемещении башенным краном — \Delta t_{\text{тр}} = 0,0022\text{Н} , где H — высота подъема, м; при перемещении смеси шахтным подъемником (в утепленной шахте) — \Delta t_{\text{тр}.\text{ш}} = 0,001\text{Н} .
Вместе с этим температура бетонной смеси и температура подогрева воды не должна быть выше значений, указанных в табл. 5.
2.5. Температура воды и заполнителей при загрузке их в бетоносмеситель должна обеспечивать получение расчетной температуры бетонной смеси при выходе ее из бетоносмесителя. Для этого в зависимости от состояния материалов, особенно заполнителей, условий приготовления и транспортирования (методов укладки и выдерживания в зимнее время) приходится оттаивать заполнители, подогревать воду, а иногда и заполнители.
Температура подогрева составляющих подобранного состава бетона в зависимости от требуемой (заданной) температуры бетонной смеси (tсм) при выдаче из бетоносмесителя определяется расчетом по формуле
(3)а теплопотребность для нагрева составляющих бетонной смеси Q, кДж, от начальной температуры до температуры, установленной расчетом по формулам:
Q_{\text{в}} = 4,2V\gamma_{\text{в}}(t_{\text{в}.\text{к}} - t_{\text{в}.\text{н}}); (4)
Q_{\text{п}} = V\gamma_{\text{п}}[0,84(t_{\text{п}.\text{к}} - t_{\text{п}.\text{н}}) + i_{\text{п}}(4,2t_{\text{п}.\text{к}} - 2,1t_{\text{п}.\text{н}} + 336)]; (5)
в) для нагрева крупного заполнителя
Q_{\text{к}.\text{з}} = V\gamma_{\text{к}.\text{з}}[0,84(t_{\text{к}.\text{к}.\text{з}} - t_{\text{н}.\text{к}.\text{з}}) + i_{\text{к}.\text{з}}(4,2t_{\text{к}.\text{к}.\text{з}} - 2,1t_{\text{н}.\text{к}.\text{з}} + 336)], (6)
где iп, iк.з — относительная влажность соответственно песка и крупного заполнителя по массе, %;
qп, qк.з, qц, qв.о — соответственно масса песка, крупного заполнителя, цемента и воды в 1 м3 бетонной смеси, кг (в расчете на сухие заполнители);
qв — qв.о — за вычетом количества воды, содержащейся в заполнителях;
tп, tк.з, tв — соответственно температура песка, крупного заполнителя и воды при загрузке в смеситель, °C;
0,84 — удельная теплоемкость песка, крупного заполнителя и цемента, кДж/(кг·°C);
4,2 — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·°C);
V — объем подогреваемого материала;
tк.з.н, tк.з.к, tп.н, tп.к — соответственно температура начальная и конечная крупного заполнителя и песка;
\gamma_{\text{в}} , \gamma_{\text{п}} , \gamma_{\text{к}.\text{з}} — объемная масса соответственно воды, песка и крупного заполнителя.
Зная весовой состав бетонной смеси по массе и влажность заполнителей, расчетом по формуле (3) определяется температура любого из четырех составляющих (tсм, tв, tп, tк.з), задаваясь значениями остальных трех.
Как правило, tсм устанавливается расчетом по формуле (1).
Температуру воды принимают максимально возможной в зависимости от применяемого цемента по табл. 5. Температура песка и крупного заполнителя определяется в зависимости от tсм, tв и производственных возможностей подогрева.
2.6. Продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть на 25% больше, чем в летних условиях, и не менее величин, приведенных в табл. 6.
Продолжительность перемешивания допускается не увеличивать против летних условий, если применяются подогретая вода, оттаянные или подогретые заполнители.
При применении только подогретой воды в смеситель одновременно с началом ее подачи загружают крупный заполнитель, а после заливки половины требуемого количества воды и нескольких оборотов барабана (чаши) смесителя — песок, остальную воду и цемент.
2.7. Применяемые средства и продолжительность транспортирования бетонной смеси в зимних условиях должны исключать возможность охлаждения ее более установленного технологическим расчетом (согласно п. 2.4 настоящего Руководства) нарушения однородности и снижения заданной подвижности на месте укладки.
В целях обеспечения вышеизложенных требований рекомендуется:
транспортировать бетонную смесь без задержки при погрузке, перевозке и выгрузке, как правило, в утепленной и укрытой транспортной таре, предохраняющей смесь от попадания осадков;
при температуре наружного воздуха ниже минус 15 °C и температуре смеси выше 20 °C, как правило, предварительно перед загрузкой смеси прогревать бадьи и обогревать кузова бетоновозов и автосамосвалов выхлопными газами двигателя;
максимально сокращать количество перегрузочных операций и по возможности осуществлять разгрузку смеси непосредственно в опалубку бетонируемой конструкции или бетоноукладочное оборудование;
пункты (места) перегрузок (если они неизбежны) бетонной смеси следует защищать от ветра и попадания снега. Перегрузочные бункера должны утепляться, а при длительном пребывании в них смеси — обогреваться горячим воздухом, паром или электропечами. Температура стенок бункеров должна быть не выше 40 °C;
утепление, укрытие и обогрев транспортной тары следует производить так, чтобы теплопотери бетонной смеси при транспортировании не превышали 4 °C за 1 ч;
время транспортирования бетонной смеси исходя из условий сохранения удобоукладываемости не должно превышать 30 мин при температуре смеси tсм = 40 °C, 45 мин при tсм = 20 — 30 °C и 120 мин при tсм = 5 — 10 °C. Увеличить допускаемую продолжительность транспортирования смеси можно за счет применения замедляющих или пластифицирующих добавок, приготовления смеси пониженной, в допустимых пределах, температуры и подогрева ее у места укладки, при сильных морозах — введения в бетонную смесь противоморозных добавок.
Емкости, в которых перевозится бетонная смесь, следует очищать после каждой рабочей смены и перед длительными (более 1 ч) перерывами в транспортировании.
2.8. Транспортирование бетонной смеси в зимних условиях следует производить автобетоновозами, при их отсутствии — автосамосвалами или в бадьях (бункерах), установленных на автомашинах (автобадьевозах).
Автобетоновозы имеют высокие кузова с крышками и двойную обшивку днища и бортов с пространством между ее листами, которые позволяют утеплить кузов термоизолятором или осуществить обогрев кузова выхлопными газами.
В автосамосвалах для зимней перевозки бетонной смеси следует устраивать термоизоляцию кузова (от переохлаждения смеси) или оборудовать его для обогрева выхлопными газами, кузова для укрытия смеси снабжать деревянными щитами, брезентом или одеялами из шлаковаты, упакованной в полиэтиленовую пленку.
Автобадьевозы предназначаются для перевозки готовых смесей в отдельных специальных, утепленных и снабженных крышками бадьях, которые ставятся и снимаются с рамы автобадьевоза с помощью крана. С помощью бадьевоза бетонную смесь можно доставлять мелкими порциями в любую точку строительной площадки.
Транспортирование бетонной смеси, предназначенной для предварительного электроразогрева, а также с противоморозными добавками, может производиться и в неутепленной таре, но с защитой от снега и испарения влаги при условии обеспечения температуры смеси выше 0 °C до начала электроразогрева и не менее чем на 5 °C выше температуры замерзания раствора солей затворения после укладки и уплотнения с противоморозными добавками.
2.9. Предельная продолжительность и дальность транспортирования бетонной смеси устанавливается строительной лабораторией из условий сохранения первоначальной ее удобоукладываемости, однородности и заданной температуры на месте укладки в зависимости от имеющихся транспортных средств, объема бетонной смеси и темпа его укладки, температуры бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя и температуры наружного воздуха, состояния дорог и допустимого расчетом охлаждения смеси в пути.
3. УКЛАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ
3.1. Подготовку основания и укладку бетонной смеси в зимних условиях следует производить в соответствии с правилами производства этих работ в летний период и рекомендациями настоящего раздела.
3.2. Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а также способ укладки и последующее выдерживание бетона должны исключать возможность деформации основания и замерзания бетона в контакте с основанием до приобретения им требуемой прочности.
3.3. Мерзлые основания из пучинистых грунтов перед укладкой бетонной смеси для предотвращения их деформации и преждевременного замерзания бетона в контакте с основанием должны быть отогреты до положительной температуры на глубину не менее 500 мм. Промерзшие бетонные, скальные или сезонно-мерзлые непучинистые основания, как правило, рекомендуется отогревать до положительной температуры на глубину, определяемую теплотехническим расчетом (примерно на 300 мм), вечномерзлые скальные основания — на глубину 500 мм. Отогретые основания должны быть тщательно защищены от промерзания до укладки бетона.
В вечномерзлых грунтах производство бетонных работ можно начинать в том случае, когда мерзлотно-грунтовые условия основания соответствуют данным проекта. Подготовленное под бетонирование основание должно быть защищено от оттаивания летом и промерзания зимой.
3.4 Отогревание грунтовых, скальных и бетонных оснований и стыкуемых поверхностей может выполняться:
в местных тепляках из брезента, полиэтилена, фанеры, обогреваемых электропечами сопротивления или электрообогревателями, работающими на любом топливе. Температура воздуха в тепляках на поверхности отогреваемого основания следует поддерживать в пределах 10 — 35 °C;
электропрогревом при помощи вертикальных или горизонтальных электродов;
прогревом плоскими жидкостно-топливными нагревателями или кострами (кроме бетонных оснований).
Способы отогрева не должны вызывать снижения качества старого бетона (скалы).
Не допускается оттаивание мерзлых грунтов оснований с помощью пара либо поливкой горячей водой, либо растворами хлористых и других солей.
Способ отогрева основания выбирается с учетом имеющегося оборудования, источника тепла, температуры наружного воздуха, размеров конструкций, глубины отогрева и утеплителя.
3.5. При выдерживании бетона в конструкции по способу термоса или с предварительным разогревом бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое мерзлое непучинистое основание или старый бетон, очищенные от снега и наледи, если в зоне контакта на протяжении всего расчетного периода выдерживания будет обеспечиваться незамерзаемость бетона. Это возможно, например, при бетонировании массивных конструкций с Mп не более 3 и при условии, что температура наружного воздуха не ниже минус 15 °C и температура укладываемой смеси более 15 °C, что при этом открытые поверхности старого бетона или грунта вокруг бетонируемой конструкции укрываются теплоизоляционным материалом с коэффициентом общей теплопередачи K не более 2,32 Вт/(м2·°C).
3.6. Укладка бетонной смеси с последующей тепловой обработкой бетона в конструкции допускается на мерзлые неотогретые непучинистые основания, старый бетон, очищенные от снега и наледи, при условии, что к началу прогрева бетона его температура в месте контакта с основанием будет обеспечиваться не ниже 2 °C; при этом поверхность основания шириной не менее 1 м по контуру конструкции следует укрывать теплоизоляционным материалом с коэффициентом общей теплопроводности K не более 2,32 Вт/(м2·°C). Для предотвращения замерзания бетона до начала прогрева допускается введение в бетонную смесь при ее приготовлении нитрита натрия до 10% массы цемента.
3.7. Опалубка и арматура перед бетонированием должны быть очищены от снега и наледи, например, струей горячего воздуха под брезентовым или полиэтиленовым укрытием с высушиванием поверхностей. Не допускается снимать наледь с помощью пара или горячей воды.
При температуре воздуха ниже минус 10 °C арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру прокатных профилей и крупные закладные металлические детали следует отогревать до положительной температуры струей горячего воздуха под колпаком и с помощью устройств для индукционного или инфракрасного обогрева, если они используются для электротермообработки бетона. Арматура и закладные части могут не отогреваться, если температура уложенного бетона с противоморозными добавками на 5 °C выше температуры замерзания рабочего раствора солей.
Все выступающие закладные части и выпуски должны быть дополнительно утеплены.
Стойки, поддерживающие опалубку, следует опирать на готовые конструкции, а при их отсутствии — на лежни или подкладки, уложенные на непучинистое грунтовое основание.
При устройстве опалубки из железобетонных плит, оболочек и бетонных блоков указанные элементы, как правило, должны иметь с наружной стороны надежно прикрепленное утепление и устанавливаться насухо.
3.8. Укладку бетонной смеси следует вести непрерывно, без перевалок, средствами механизации, обеспечивающими минимальное охлаждение смеси при ее подаче, распределении и уплотнении, например кранами с помощью утепленных бункеров (бадей), бетононасосами, пневмонагнетателями, ленточными бетоноукладчиками.
3.9. При использовании бетононасосов для перекачивания и укладки бетонных смесей в зимних условиях требования к составу смесей должны быть такими же, как в летнее время.
3.10. При использовании бетононасосов для транспортирования и укладки бетонной смеси необходимо обеспечить работу их масляных и водяных систем при температуре ниже 0 °C с помощью утепленных кожухов с обогревом отходящими газами двигателя (для автобетононасосных установок) или с применением электронагревательных приборов.
Утепление и обогрев должны исключать контакт холодного воздуха с транспортными масляными цилиндрами, баками для воды и масла, маслопроводами и другими узлами, в которых при остановке бетононасоса может замерзнуть жидкость. Приемный бункер для бетонной смеси должен быть утеплен и оборудован утепленной крышкой.
3.11. По неутепленным трубопроводам бетонную смесь без противоморозных добавок можно транспортировать при температуре воздуха от минус 5 до минус 20 °C соответственно на расстояние от 250 до 100 м, с противоморозными добавками — при температуре воздуха, равной расчетной температуре применения добавки заданной концентрации (см. п. 6.8 данного Руководства), на расстояние до 250 м. Во избежание коррозии бетононасоса и трубопроводов перекачивание бетонных смесей с добавками хлористых солей допускается только при введении в смесь ингибиторов коррозии стали, например нитрита натрия, нитрита кальция.
3.12. По утепленным трубопроводам транспортирование бетонной смеси, в том числе предварительно разогретых до 40 — 80 °C, возможно при температуре воздуха до минус 40 °C на такое же расстояние, как в летних условиях.
3.13. Перерывы в перекачивании бетонной смеси без противоморозных добавок в связи с неисправностями или перебоями в подаче смеси в приемный бункер не должны превышать ориентировочно 15 мин для неутепленных трубопроводов и 30 мин — для утепленных. В случае перекачивания предварительно разогретой смеси продолжительность перерыва не должна вызывать недопустимого загустевания бетонной смеси. Методика расчета необходимого утепления трубопроводов и допустимой продолжительности перерывов в перекачивании смеси изложена в «Руководстве по укладке бетонных смесей бетононасосными установками» (М., Стройиздат, 1978).
По истечении допустимой продолжительности перерыва в перекачивании бетонная смесь должна быть удалена из трубопровода.
3.14. Прогрев трубопровода перед началом перекачивания смеси, очистку приемного бункера, бетононасоса и трубопровода по окончании перекачивания следует производить горячей водой. После очистки воду из трубопровода необходимо полностью удалить во избежание ее замерзания.
3.15. Послойное бетонирование массивных конструкций необходимо вести так, чтобы температура бетона в уложенном слое до перекрытия его следующим слоем не опускалась ниже предусмотренной расчетом. Кроме того, допустимая продолжительность перекрытия слоев бетона должна назначаться строительной лабораторией в зависимости от температуры укладываемой бетонной смеси и начала схватывания цемента.
Толщина укладываемого слоя бетонной смеси назначается в зависимости от средств уплотнения, обычно в пределах 30 — 50 см.
3.16. Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания или прогрева (обогрева), или предварительного разогрева должна быть не ниже:
температуры, установленной расчетом, при выдерживании бетона по способу термоса; температуры замерзания рабочего раствора солей, увеличенной на 5 °C, при применении бетона с противоморозными добавками; 0 °C в наиболее охлажденных зонах перед началом предварительного электроразогрева бетонной смеси или форсированного электроразогрева ее в конструкциях; 2 °C при применении других способов выдерживания.
3.17. Открытые поверхности бетона после окончания бетонирования, а при больших поверхностях по мере бетонирования отдельных участков должны без промедления тщательно укрываться пароизоляционным материалом и утепляться в соответствии с теплотехническим расчетом. В случае перерыва в бетонировании поверхности бетона следует укрыть, а при необходимости — обогревать.
3.18. Бетонирование монолитных железобетонных конструкций при выдерживании с применением методов прогрева бетона следует производить с соблюдением следующих требований:
а) железобетонные балки, свободно опирающиеся на массивные ранее забетонированные конструкции, в целях возможности перемещения по опорам при прогреве должны быть отделены от конструкций прокладками из металлических листов;
б) если мероприятие подпункта «а» не может быть осуществлено и дополнительные температурные напряжения в балках не учтены расчетом, следует бетонировать и прогревать балки участками с разрывом в каждом пролете длиной 1/8 пролета, но не менее 0,7 м, а заполнение разрывов бетонной смесью и прогрев бетона в разрывах производить после остывания бетона балок до 15 °C;
в) бетонирование и прогрев неразрезных балок, не связанных с опорами, должны производиться одновременно на участках длиной не более 20 м;
г) бетонирование и прогрев неразрезных ригелей многопролетных рам при отношении высоты стойки рамы к высоте ее сечения (в плоскости рамы) до 15 м должны также производиться в порядке, изложенном в подпункте «б» с разрывами через два пролета при пролетах рам до 8 м и через пролет при большей величине пролетов;
д) бетонирование и прогрев колонн, связанных массивными ригелями малых пролетов, должны производиться с оставлением разрывов в ригелях между колоннами, аналогичных указанным в подпункте «б»;
е) при прогреве балок, расположенных параллельно друг другу и жестко связанных между собой, должны обеспечиваться возможно близкие температурные условия их прогрева и остывания;
ж) бетонирование и прогрев железобетонных ребристых перекрытий должны производиться участками, имеющими разрывы в продольном и поперечном направлениях, расстояние между которыми определяются в соответствии с указаниями, приведенными в подпунктах «б», «г»;
з) бетонирование и прогрев балок ребристых перекрытий должны производиться одновременно с бетонированием и прогревом плиты.
4. РЕЖИМЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОНА И ТРЕБУЕМАЯ МОЩНОСТЬ
4.1. Режим тепловой обработки бетона должен обеспечить достижение им заданной прочности и других показателей, указанных в рабочих чертежах конструкций. Режим назначается с учетом вида и марки цемента, вида заполнителя (плотный или пористый), В/Ц, массивности конструкции, ее армирования (при электропрогреве и индукционном нагреве), типа электродов и т.п. При назначении режима следует учитывать необходимость экономии энергетических ресурсов, расходуемых на тепловую обработку бетона.
4.2. Тепловую обработку бетона целесообразно применять для достижения бетоном на портландцементах прочности до 70% R28 сразу после ее окончания. Бетоны на шлакопортландцементах и бетоны на пористых заполнителях могут достигать по окончании тепловой обработки 75 — 85% R28.
При необходимости получения более высокой прочности следует выдерживать бетон при температурах до 40 °C (что значительно увеличивает необходимую продолжительность его тепловой обработки по сравнению с прогревом при температурах 60 °C и выше) либо повысить марку бетона.
4.3 Температурные режимы тепловой обработки бетона включают следующие периоды:
предварительное выдерживание от момента окончания укладки бетонной смеси до начала прогрева;
4.4 Применяются следующие режимы тепловой обработки:
а) подъем температуры и изотермический прогрев (рис. 1, а) — заданная прочность достигается бетоном по окончании изотермического прогрева. Режим применяется при тепловой обработке немассивных конструкций (с Mп > 10), при быстром остывании которых прирост прочности незначителен и не учитывается;
б) подъем температуры, изотермический прогрев и остывание (см. рис. 1, б) — бетон приобретает заданную прочность по окончании остывания. Режим применяется при тепловой обработке конструкций с Mп = 4 — 10;
в) подъем температуры и остывание (см. рис. 1, в) — бетон приобретает заданную прочность по окончании остывания. Режим применяется для конструкций с Mп до 4;
г) остывание (см. рис. 1, г), по окончании которого бетон приобретает заданную прочность; применяется при бетонировании с предварительным электроразогревом бетонной смеси или при форсированном разогреве бетона в конструкции с повторным ее вибрированием;
д) ступенчатый подъем температуры (см. рис. 1, д), при котором вначале поднимают температуру бетона до 40 — 50 °C, поддерживают эту температуру в течение 1 — 3 ч, затем быстрый (со скоростью не более 40 °C в час) подъем до максимально допустимой температуры изотермического прогрева. Заданная прочность достигается к концу изотермического прогрева или к концу остывания в зависимости от модуля поверхности. Применяется главным образом для предварительно напряженных конструкций;
е) саморегулирующийся; используется только при электродном прогреве с постоянной величиной напряжения на электродах, изменение температуры бетона при этом обратно пропорционально изменению удельного электрического сопротивления бетона, температура вначале повышается, достигает максимальной величины, затем медленно снижается (см. рис. 1, г). Режим применяется при электропрогреве бетона большого числа одинаковых конструкций, например стыков, включаемых под напряжение постоянной величины по мере окончания их бетонирования; саморегулирующийся режим характерен определенной максимальной температурой бетона для каждой величины скорости подъема температуры применительно к конкретной конструкции.
Рис. 1. Температурные режимы тепловой обработки бетона
а — подъем температуры и изотермический прогрев; б — подъем температуры, изотермический прогрев и остывание; в — подъем температуры и остывание; г — остывание; д — ступенчатый подъем температуры; е — саморегулирующийся; \tau_{\text{и}}\tau_{\text{а}}\tau_{\text{о}} — продолжительность соответственно подъема температуры, изотермического прогрева и остывания
4.5. В режимы, перечисленные в п. 4.4, не включен период предварительного выдерживания бетона. Он рекомендуется при всех (кроме п. 4.4 «г») температурных режимах тепловой обработки бетона со скоростью подъема температуры более 8 °C в час; его продолжительность 2 — 6 ч. Однако предварительное выдерживание не всегда осуществимо из-за опасности замерзания бетона в наиболее быстро остывающих зонах конструкции. В связи с этим решение о предварительном выдерживании бетона следует принимать с учетом в каждом конкретном случае температуры бетона после укладки, температуры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи, опалубки и укрытия неопалубленных поверхностей бетона.
4.6. Подъем температуры бетона в конструкции или бетонной смеси при ее предварительном электроразогреве в бункерах (бадьях) либо в кузовах автосамосвалов следует начинать при значениях температуры в наиболее охлажденных зонах, приведенных в п. 3.16.
4.7. Скорость подъема температуры бетона в наиболее быстро нагреваемых зонах не должна превышать 5 °C в час для конструкций с Mп от 2 до 4; 8 °C в час для конструкций с Mп от 4 до 6; 10 °C в час для конструкций с Mп от 6 до 10; 15 °C в час для конструкций с Mп > 10 длиной до 6 м и конструкций, бетонируемых в скользящей опалубке; 20 °C в час для бетона (раствора) замоноличивания в стыках.
4.8. Температура изотермического прогрева бетона в наиболее нагретых зонах не должна превышать 80 °C при использовании портландцементов и 90 °C при использовании шлакопортландцементов.
4.9. При периферийном прогреве (электропрогреве, обогреве в термоактивной опалубке, индукционном нагреве в металлической опалубке, инфракрасном обогреве, паропрогреве) бетона конструкций с модулем поверхности менее 5 температура наружных слоев не должна превышать 40 °C.
4.10. Продолжительность изотермического прогрева бетона для достижения заданной прочности необходимо принимать по величине температуры в наименее нагретых зонах конструкции. При этом прочность бетона в более нагретых зонах будет больше заданной.
4.11. Продолжительность изотермического прогрева бетонов на плотных заполнителях в зависимости от заданной прочности по окончании выдерживания следует определять, пользуясь графиками на рис. 2 и 3, на которых приведены кривые твердения бетона при постоянной температуре. Далее приводятся примеры определения с помощью этих графиков режимов с переменной температурой бетона в процессе тепловой обработки.
Рис. 2. Графики нарастания прочности бетона марки М 200 при разных температурах твердения
а, б — на портландцементе марки 400, 500; в, г — на шлакопортландцементе марки 400
Рис. 3. Графики нарастания прочности бетона разных марок на портландцементе при температуре изотермического прогрева 80 °C 1, 2, 3, 4 — бетон соответственно марок М 200, М 300, М 400, М 500
Пример 1. Определить продолжительность изотермического прогрева бетона при температуре 70 °C в конструкции с Mп = 4 на портландцементе марки 400 до приобретения прочности 70% R28 к концу остывания до 5 °C. Начальная температура бетона 10 °C. Скорость подъема температуры 10° в час, скорость ветра 15 м/с. Опалубка деревянная толщиной 25 мм.
Решение. Определяем величину относительной прочности за период подъема температуры. Продолжительность подъема температуры \frac{70 - 10}{10} = 6 при средней температуре \frac{70 + 10}{2} = 40^{\circ}\text{С} . Для этого из точки А (см. рис. 2, б) проводим перпендикуляр до пересечения с кривой прочности при 40 °C (точка Б). Величина прочности за время подъема температуры определяется проекцией точки Б на ось ординат (точка В) и составляет 15%.
Определяем величину относительной прочности бетона при остывании. Используя формулу (12) и пренебрегая тепловыделением цемента, которое по окончании изотермического прогрева незначительно, определяем продолжительность остывания бетона:
\tau = \frac{1,05 \cdot 2400(70 - 5)}{3,6 \cdot 5,98 \cdot 4[35,3 - (- 30)]} = 12\text{ч}.
При этом значения удельной теплоемкости бетона, его объемной массы и коэффициент теплопередачи опалубки принимаем по данным раздела 5, а среднюю температуру остывания определяем
t_{\text{б}.\text{ср}} = t_{\text{б}.\text{к}} + \frac{t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{б}.\text{к}}}{1,03 + 0,181\text{М}_{\text{п}} + 0,006(t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{б}.\text{к}})} . (7)
Подставляя исходные данные для нашего примера, получим
t_{\text{б}.\text{ср}} = 5 + \frac{70 - 5}{1,03 + 0,181 \cdot 4 + 0,006(70 - 5)} = 36^{\circ}\text{С}.
Определим прочность бетона, приобретенную в процессе остывания.
Из точки Г, находящейся на пересечении прямой, соответствующей 70% R28, с кривой прочности при 36 °C, опускаем перпендикуляр на ось абсцисс (точка Д), откладываем влево от точки Д отрезок, соответствующий продолжительности остывания 12 ч (точки Е), и проводим из точки перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с кривой прочности при 36 °C (точка Ж). Проекция отрезка ГЖ на ось ординат характеризует прочность бетона, приобретенную в процессе остывания (точки З — И), и составляет 9% R28.
Определяем продолжительность изотермического прогрева как проекцию отрезка КЛ кривой прочности при 70 °C на ось абсцисс (отрезок МН), которая составляет 12 ч.
Пример 2. Определить прочность бетона в конструкции с Mп = 4 на портландцементе марки 400 при скорости подъема температуры 10 °C в час, температуре изотермического прогрева 70 °C, его продолжительности 12 ч и остывании со скоростью 5 °C в час до конечной температуры 8 °C.
Решение. Определяем величину относительной прочности бетона за период подъема температуры, как и в примере 1. Она составляет 15% R28 (точка В на оси ординат рис. 2, б).
Определяем прирост относительной прочности при изотермическом прогреве за 12 ч как проекцию участка (точки Л, К) кривой прочности при 70 °C (отрезок ВЗ), что соответствует 46% R28.
Определяем прирост прочности бетона за 12 ч остывания по кривой прочности при 38 °C как проекцию участка ЖГ на ось ординат. Отрезок ЗИ соответствует 9% R28.
За весь цикл термообработки бетон приобретает прочность 15 + 46 + 9 = 70% R28.
Для каждого конкретного состава бетона строительной лабораторией должен быть уточнен на опытных образцах-кубах оптимальный режим выдерживания.
4.12. Продолжительность изотермического прогрева бетонов на пористых заполнителях с объемной массой 1600 кг/м3 и более следует определять по тем же графикам как бетонов на плотных заполнителях.
Продолжительность изотермического прогрева бетонов на пористых заполнителях с объемной массой менее 1600 кг/м3 для достижения заданной прочности уменьшается со снижением объемной массы бетонов и должна определяться по графикам на рис. 4.
Рис. 4. Графики нарастания прочности керамзитобетона марок М 50 — 1000 на портландцементе при различных температурах изотермического прогрева
4.13. На рис. 2 - 4 приведены усредненные графики нарастания прочности бетона с использованием которых продолжительность изотермического прогрева бетона определяется ориентировочно на стадии предварительных расчетов.
Окончательный режим тепловой обработки бетона конкретного состава устанавливается строительной лабораторией по результатам опытных прогревов образцов.
4.14. Для значительного сокращения продолжительности тепловой обработки и существенного уменьшения расхода энергии следует вводить в бетон добавку ННХК в количестве 3% массы цемента. При температуре изотермического прогрева 40 °C, продолжительности изотермического прогрева 4, 6, 8 ч и остывании в течение 2 ч бетон на портландцементе достигает прочности соответственно 50, 55, 57% R28. Введение добавки ННХК не допускается в случаях, указанных в табл. 32.
4.15. При тепловой обработке бетона необходимо стремиться к обеспечению возможно большей равномерности температуры в объеме конструкции, что приводит к сокращению продолжительности тепловой обработки и соответствующему снижению расхода энергии, а также к повышению однородности бетона.
4.16. Предельно допустимую скорость остывания бетона монолитных конструкций по окончании тепловой обработки следует принимать согласно п. 1.12 данного Руководства.
4.17. Скорость остывания бетона стыков в первые 1 — 2 ч после окончания прогрева допускается до 20 °C в час, по мере остывания бетона скорость уменьшается.
4.18. Бетоны, замороженные после тепловой обработки по режимам с рекомендованными выше параметрами, в случае выполнения технологических требований, указанных в данном Руководстве, приобретают после оттаивания и выдерживания при температуре выше 0 °C около 100% R28, а бетоны на шлакопортландцементах и бетоны, приготовленные на пористых заполнителях, — 100 — 110% R28.
4.19. Для осуществления назначенного режима тепловой обработки бетона необходимо затратить определенное количество тепла в единицу времени или при электротермообработке бетона — определенную электрическую мощность. Требуемая мощность устанавливается теплотехническим расчетом отдельно для периода подъема температуры и для периода изотермического прогрева.
4.20 В период подъема температуры требуемая удельная тепловая мощность определяется по формуле
(8)где Pп — требуемая удельная электрическая мощность, кВт/м3;
P1, P2, P3 — удельные мощности, необходимые соответственно для нагревания самого бетона, опалубки и для восполнения теплопотерь в окружающую среду, кВт/м3;
P4 — удельная мощность, соответствующая интенсивности тепловыделения при твердении цемента, осредненно принятая равной 0,8 кВт/м3;
tи — температура изотермического прогрева бетона, °C;
p — скорость подъема температуры бетона (средняя по объему конструкции), °C, ч;
tн.в — температура наружного воздуха, °C;
Cб — удельная теплоемкость бетона, принимается равной 1,05 кДж/(кг·°C);
Cоп — удельная теплоемкость материала опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, кДж/(кг·°C);
\gamma_{\text{б}} — плотность бетона, кг/м3;
\gamma_{\text{оп}} — плотность материала опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, кг/м3;
\delta_{\text{оп}} — толщина материала опалубки, м;
K — коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, Вт/(м2·°C) (см. п. 5.12);
Mопi — модуль опалубленной поверхности, для которой показатели опалубки равны: Cопi, \gamma_{\text{оп}i} , \delta_{\text{оп}i} , Mопi = Fопi/V, где Fопi — площадь указанной поверхности, м2;
V — объем бетона конструкции, м3.
При периферийном электропрогреве бетона (см. разд. 8) величину P1 необходимо умножить на коэффициент C, равный при одностороннем прогреве конструкции толщиной до 0,2 м и 0,2 — 0,3 м соответственно 1 и 0,95, а при двухстороннем прогреве конструкций толщиной до 0,4; 0,4 — 0,6; 0,6 — 0,8 и 0,8 — 1 м — соответственно 0,97; 0,9; 0,82 и 0,75. Скорость подъема температуры опалубки в формуле (8) приближенно принимается равной половине скорости подъема температуры бетона.
Требуемая мощность (P4) для нагрева арматуры в бетоне в формуле (8) не учитывается в связи с ее незначительной величиной.
4.21. Величины требуемой удельной тепловой мощности при подъеме температуры бетонов на плотных заполнителях с объемной массой 2400 кг/м3 при разной скорости подъема, утеплении опалубки, температуре наружного воздуха и модуле поверхности конструкции при скорости ветра 5 м/с приведены в табл. 7 - 9.
Требуемая удельная тепловая мощность в период подъема температуры бетона в деревянной опалубке толщиной 40 мм
Требуемая удельная тепловая мощность в период подъема температуры бетона в деревянной опалубке толщиной 25 мм
Требуемая удельная тепловая мощность в период подъема температуры бетона в металлической опалубке толщиной 3 мм с утеплением минеральной ватой толщиной 50 мм и защитным слоем толщиной 4 мм
4.22. Требуемую удельную тепловую мощность в период подъема температуры бетонов на пористых заполнителях можно определять по формуле
\text{Р}_{\text{п}.\text{п}.} = \text{Р}_{\text{п}}(2520 - 1,05\gamma_{\text{л}.\text{б}}) \frac{\text{Р}}{3630} , (9)
где Pп.п — требуемая мощность при подъеме температуры бетонов на пористых заполнителях, кВт/м3;
Pп — требуемая мощность для подъема температуры бетона на плотных заполнителях (по табл. 7 - 9), кВт/м3;
\gamma_{\text{л}.\text{б}} — объемная масса легкого бетона на пористых заполнителях, кг/м3.
4.23. Величины требуемой тепловой мощности при подъеме температуры бетонов на пористых заполнителях в деревянной опалубке при скорости ветра 5 м/с приведены в табл. 10.
Удельная тепловая мощность для подъема температуры бетонов на пористых заполнителях
Примечание. Таблица составлена для прогрева бетона в опалубке с коэффициентом теплопередачи K = 3,3 Вт/(м2·°C). Деревянная опалубка толщиной 40 мм, металлическая опалубка с утеплением минеральной ватой и т.п. при температуре изотермического прогрева 80 °C.
4.24 Требуемая тепловая мощность в период изотермического прогрева бетона (Pи) определяется по формуле
Pи = 1,16·10-3KM(tи — tн.в). (10)
Величины требуемой мощности в период изотермического прогрева бетонов не зависят от их объемной массы. Они приведены в табл. 11 - 13. Скорость ветра принята 5 м/с.
Удельная тепловая мощность в период изотермического прогрева бетона в деревянной опалубке толщиной 40 мм
Удельная тепловая мощность в период изотермического прогрева бетона в деревянной опалубке толщиной 25 мм
Удельная тепловая мощность в период изотермического прогрева бетона в металлической опалубке толщиной 3 мм с утеплением минеральной ватой толщиной 50 мм и защитным слоем толщиной 4 мм
4.25 Удельный расход электроэнергии при электротермообработке бетона определяется по формуле
W = \text{Р}_{\text{п}}\tau_{\text{п}} + \text{Р}_{\text{и}}\tau_{\text{и}}, (11)
где W — расход электроэнергии, кВт·ч/м3;
\tau_{\text{п}} и \tau_{\text{и}} — соответственно продолжительность подъема температуры и изотермического прогрева, ч.
Удельный расход электроэнергии при электротермообработке бетона монолитных конструкций можно ориентировочно принимать в пределах от 45 до 120 кВт·ч/м3 для конструкций с модулем соответственно от 3 до 15.
5. ВЫДЕРЖИВАНИЕ БЕТОНА СПОСОБОМ ТЕРМОСА
5.1. Способ термоса основан на принципе использования тепла, введенного в бетон до укладки его в опалубку, и тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона, и является наиболее простым и, как правило, экономичным способом выдерживания бетона.
Общий запас тепла в бетоне должен соответствовать его потерям при остывании конструкции (при соответствующем утеплении) до набора бетоном заданной прочности.
5.2. Возможность применения термосного выдерживания бетона определяется массивностью бетонируемой конструкции, активностью и тепловыделением цемента, температурой уложенного бетона и температурой наружного воздуха, скоростью ветра и возможностью получения заданной прочности бетона в установленные сроки. Сочетание этих факторов устанавливает область применения способа термоса, за пределами которой либо невозможно обеспечить заданную проектом прочность бетона к моменту его распалубки или замерзания, либо другие методы выдерживания бетона окажутся более экономичными и эффективными.
Целесообразность применения способа термоса устанавливается теплотехническим и технико-экономическим расчетом.
5.3. Выдерживание бетона способом термоса наиболее целесообразно производить при бетонировании массивных конструкций с Mп до 8, а также в тех случаях, когда к бетону предъявляются повышенные требования по морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости, так как применение этого метода позволяет получать наиболее благоприятное термонапряженное состояние бетона в конструкциях.
Способ термоса рекомендуется использовать как элемент комбинированных способов зимнего бетонирования, например предварительным электроразогревом бетонной смеси перед укладкой ее в опалубку с применением химических добавок-ускорителей и противоморозных, а также в отдельных случаях целесообразно сочетать термос с электрообогревом конструкций (табл. 14). Комбинированные способы с использованием термоса в этом случае могут применяться для выдерживания бетона в конструкциях с Mп до 12.
Рекомендации по применению способа термоса и комбинированных способов зимнего бетонирования в зависимости от массивности конструкции и температуры наружного воздуха
| Наименование конструкции | Mп | tн.в, °C | При укладке бетонной смеси | ||||||
| с температурой tб.н до 25 — 30 °C | предварительно разогретой до tб.н = 50 °C | ||||||||
| способ выдерживания бетона | цемент | марка цемента | способ выдерживания | цемент | марка цемента | ||||
| Массивные фундаменты, гидротехнические сооружения | До 2 | До -20 | Термос | Шлакопортландцемент | 300 — 400 | Термос с укладкой разогретой бетонной смеси в ядро конструкции | Шлакопортландцемент | 300 — 400 | |
| Портландцемент | 300 | Портландцемент | 300 | ||||||
| То же | От -21 до -40 | Термос с противоморозными добавками <1> | Портландцемент | 400 | То же | Шлакопортландцемент | 400 — 500 | ||
| Шлакопортландцемент | 500 | Портландцемент | 400 | ||||||
| Фундаменты зданий и технологического оборудования, плиты и стены толщиной 40 — 50 см, балки высотой 90 см | 3 — 5 | До -20 | Термос, термос с добавками — ускорителями твердения | Портландцемент | 400 | Термос | Шлакопортландцемент | 400 | |
| Шлакопортландцемент | 500 | Портландцемент | 300 | ||||||
| То же | От -21 до -40 | Термос с противоморозными добавками <1> | Портландцемент | 500 — 600 | Термос с добавками — ускорителями твердения | Портландцемент | 500 | ||
| Фундаменты под колонны и оборудование, колонны сечением 50 — 70 см и балки высотой 50 — 70 см, стены и плиты толщиной 30 — 40 см | 6 — 8 | До -20 | Термос с добавками — ускорителями твердения или с противоморозными добавками <1> | То же | 500 — 600 | То же | Шлакопортландцемент Портландцемент |  | 400 — 500 |
| То же | От -21 до -40 | Термос в сочетании с греющей опалубкой | Термос с добавками — ускорителями твердения нитритом натрия | Портландцемент | 400 — 600 | ||||
| Рамные конструкции, колонны сечением 30 — 40 см, плиты и стены толщиной 20 — 25 см, балки высотой 30 — 40 см, покрытие дорог | 8 — 12 | До -20 | Термос с противоморозными добавками или греющая опалубка с термосным выдерживанием | Портландцемент | 500 — 600 | Термос с добавками — ускорителями твердения и нитритом натрия | Портландцемент | 500 — 600 | |
| То же | 8 — 12 | От -21 до -40 | Не рекомендуется | - | - | Термос в сочетании с греющей опалубкой | Портландцемент | 500 — 600 | |
<1> Термическое сопротивление опалубки должно обеспечивать принятые расчетные температуры твердения бетона, исходя из которых назначается количество противоморозной добавки.
5.4. При подготовке технической документации к производству работ в зимнее время расчетные месячные температуры наружного воздуха (tн.в) и скорость ветра следует принимать по прил. 1 или по главе СНиП II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика».
Наружный слой тепловой изоляции опалубки или засыпки должен выполняться из непродуваемого, водоотталкивающего материала. Конструкция опалубки должна исключать возможность образования продуваемых ветром зазоров между опалубкой и покровным слоем.
Температурный режим и прочность бетона в конструкции определяются по контрольной точке, расположенной на глубине 50 мм в центре охлаждаемой поверхности бетона.
5.5. При решении вопроса о сроках снятия опалубки или тепловой защиты бетонируемых конструкций необходимо руководствоваться указаниями пп. 1.7 - 1.9 настоящего Руководства. Кроме того, при температурах наружного воздуха минус 20 °C и ниже необходимо выдерживать бетон в опалубке вплоть до появления в контрольной точке соответствующих отрицательных температур (п. 1.10), несмотря на получение к моменту остывания до 5 °C заданной прочности. После снижения температуры бетона до 5 °C дальнейшее выдерживание бетона рекомендуется производить либо в этой же, отодвинутой от бетона опалубке, либо под непродуваемым теплоизолирующим покрытием, например брезентом. В обоих случаях должна быть исключена возможность непосредственного контакта поверхности бетона с окружающей средой (продуваемые щели, неплотности и т.п.).
5.6. Для приготовления бетонных смесей при выдерживании конструкций способом термоса рекомендуется применять цементы согласно указаниям п. 2.1 и табл. 14 настоящего Руководства.
5.7. При производстве работ способом термоса для ускорения твердения бетона особенно при низких положительных температурах наружного воздуха в соответствии с «Руководством по применению химических добавок к бетону» (М., Стройиздат, 1975) рекомендуется применять следующие добавки — ускорители твердения в количестве 0,5 — 2% массы вяжущего: хлорид кальция (ХК), нитрат кальция (НК), нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат хлорида кальция (ННХК), нитрит натрия (НН) и сочетание последнего с хлоридом натрия (ХН) или хлоридом кальция (ХК); пластифицирующие добавки — СДБ, ССБ и др. в количестве 0,1 — 0,3%, а также воздухововлекающие добавки СНВ, СПД и др. в количестве 0,01 — 0,025% массы вяжущего.
При применении портландцементов марки ниже 400 и шлакопортландцементов в случае бетонирования неармированных конструкций или армированных конструктивной арматурой добавка хлористых солей может быть увеличена до 3%.
5.8. С целью обеспечения условий термосного твердения бетона при отрицательных температурах в бетонную смесь рекомендуется вводить противоморозные добавки, снижающие температуру замерзания жидкой фазы: хлорид кальция и хлорид натрия (ХК + ХН), нитрит натрия (НН) и нитрат натрия (НН) и др. в количестве, указанном в табл. 15.
| Температура твердения бетона, °C | Количество безводной соли, % массы цемента | ||
| хлористый натрий + хлористый кальций (ХН + ХК) <1> | нитрит натрия (НН1), нитрат натрия (НН1) | нитрит-нитрат хлорида кальция (ННХК) | |
| От 0 до -5 | 2 + 1 | 4 | 3 |
| От -6 до -10 | 3,5 + 1,5 | 6 | 6 |
| От -11 до -15 | 3 + 4,5 | 8 | 9 |
<1> Для неармированного бетона.
Перечисленные добавки должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.
Допускаемые области применения добавок приведены в разд. 6 (табл. 32).
Оптимальное количество добавки (в указанных пределах) уточняется строительной лабораторией.
5.9. При зимнем бетонировании водоцементное отношение следует снижать до минимально возможного, и оно не должно превышать величин, приведенных в табл. 16.
Зависимость между проектной маркой бетона, маркой цемента и водоцементным отношением
| Проектная марка бетона | Водоцементное отношение при марке цемента | ||
| 300 | 400 | 500 | |
| М 150 | 0,65 | - | - |
| М 200 | 0,55 | 0,65 | - |
| М 300 | 0,38 | 0,45 | 0,5 |
| М 400 | - | 0,38 | 0,4 |
| М 500 | - | - | 0,38 |
5.10. Для ускорения твердения бетона в начальные сроки при термосном его выдерживании расход воды в бетонной смеси должен быть минимальным. Для обеспечения требуемой удобоукладываемости смеси в нее при приготовлении следует вводить пластифицирующие добавки.
При введении пластификаторов и воздухововлекающих ПАВ расход воды и соответственно цемента в бетонной смеси уменьшается примерно на 10%, а при использовании суперпластификаторов — до 20%.
5.11. При расчете термосного выдерживания бетона необходимо решить одну из двух задач: определение продолжительности остывания бетона и величины набранной им за это время прочности при заданном термическом сопротивлении термоограждающих конструкций или определение величины термического сопротивления термоограждающей конструкции, требуемой для достижения бетоном заданной прочности в установленные сроки.
5.12. Расчет термосного выдерживания бетона следует производить по табл. 17 - 19, при составлении которых приняты оптимальные значения термического сопротивления опалубки и начальной температуры бетонной смеси <*>. Приведенные в таблицах параметры позволяют к моменту достижения заданной прочности бетона получить разность температур бетона и наружного воздуха, допускающую распалубливание конструкции.
<*> В табл. 17 - 19 для каждого расхода цемента приведены значения трех параметров: верхняя строка — термическое сопротивление опалубки, м2·°C/Вт; средняя строка — температура окончания выдерживания бетона, °C; нижняя строка — время выдерживания, ч.
Портландцемент марки 400, конечная прочность 40% от R28
Портландцемент марки 400, конечная прочность 70% от R28
Портландцемент марки 400, конечная прочность 100% от R28
Портландцемент марки 500, конечная прочность 40% от R28
Портландцемент марки 500, конечная прочность 70% от R28
Портландцемент марки 500, конечная прочность 100% от R28
Шлакопортландцемент марки 400, конечная прочность 40% от R28
Шлакопортландцемент марки 400, конечная прочность 70% от R28
Шлакопортландцемент марки 400, конечная прочность 100% от R28
В случаях, когда исходные параметры бетонирования существенно отличаются от приведенных в табл. 17 - 19, допускается выполнять ориентировочный расчет продолжительности остывания бетона в конструкциях с Mп от 3 <**> до 8 по формуле (12) (Б.Г. Скрамтаева), которая дает наилучшую сходимость с фактической продолжительностью остывания при Mп от 4 до 6:
\tau = \frac{\text{С}_{\text{б}}\gamma_{\text{б}}(t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{б}.\text{к}}) + \text{ЦЭ}}{3,6KM_{\text{п}}(t_{\text{б}.\text{ср}} - t_{\text{н}.\text{в}})} , (12)
где Cб — удельная теплоемкость бетона, принимается равной 1,05 кДж/(кг·°C);
\gamma_{\text{б}} — плотность бетона, кг/м3;
Э — тепловыделение цемента, кДж/кг, за время твердения бетона принимается по табл. 20;
tн.в — температура наружного воздуха; принимается средняя за время остывания бетона, град;
tб.к — температура бетона к концу остывания; для бетонов без противоморозных добавок рекомендуется принимать не ниже 5 °C;
Ц — расход цемента в бетоне, кг/м3;
K — коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, Вт/(м2·°C), определяется по формуле (13) или по табл. 21;
tб.н — начальная температура бетона после укладки, °C;
tб.ср — средняя температура за время остывания бетона, °C; определяется по формуле (7) или приближенно может быть принята равной: (tб.н + 5):2 для конструкций с Mп <= 4; tб.н:2 при Mп от 5 до 8; tб.н:3 при Mп от 9 до 12.
<**> Для конструкций с Mп до 3 режим термосного выдерживания рассчитывается по методу проф. В.С. Лукьянова (см. «Руководство по зимнему бетонированию с применением метода термоса». М., Стройиздат, 1975).
Тепловыделение цементов (Э) различных видов и марок в зависимости от температуры твердения и времени твердения
Коэффициенты теплопередачи опалубок и укрытий неопалубленной поверхности бетона различной конструкции
Для повышения точности расчета по формуле (12) рекомендуется продолжительность остывания определять в несколько этапов, принимая остывание бетона на каждом этапе примерно на 5 °C, при неизменных величинах K и tн.в (например, от 20 до 15 °C, от 15 до 10 °C и т.д.).
При расчете термосного выдерживания бетонов из предварительно разогретых смесей расчет в несколько этапов является обязательным. При этом необходимо тепловыделение цемента определять согласно прил. 2.
5.13 Коэффициент теплопередачи опалубки или утеплителя укрытия неопалубленных поверхностей определяется по формуле
K = \frac{1}{\frac{1}{\alpha} + \sum_{i = 1}^{i = n} \frac{\delta_{i}}{\lambda_{i}}} , (13)
где \lambda_{i} — коэффициент теплопроводности материала каждого слоя ограждения, Вт/(м2·°C), принимается по табл. 22;
\alpha — коэффициент теплопередачи у наружной поверхности ограждения, Вт/(м2·°C);
\delta_{i} — толщина каждого слоя ограждения, м.
Величины теплофизических характеристик строительных и теплоизоляционных материалов
Примечания: 1. Wб — влажность материала, соответствующая нормативным и влажностным условиям эксплуатации.
2. Стоимость рубероида, пергамина, толя, руб./м2.
3. Оборачиваемость, приведенная в скобке, дана для утеплителя, закрепленного в опалубочных щитах.
В зависимости от скорости ветра \alpha имеет значения:
| Скорость ветра, м/с | \alpha , Вт/(м2·°C) | Скорость ветра, м/с | \alpha , Вт/(м2·°C) |
|---|---|---|---|
| 0 | 3,77 | 5 | 26,56 |
| 1 | 3,88 | 10 | 33,18 |
| 3 | 14,96 | 15 | 43,15 |
Если коэффициенты теплопередачи бетона в окружающую среду через ограждения с разным утеплением (например, через деревянную опалубку или неопалубленную поверхность, укрытую толем и минераловатными матами) существенно различаются между собой, можно суммировать теплопотери через все поверхности или пользоваться приведенным коэффициентом теплопередачи
K = \frac{F_{1}K_{1} + F_{2}K_{2} + ... + F_{n}K_{n}}{F_{1} + F_{2} + ... + F_{n}} , (14)
где K1, K2, ..., Kn — коэффициенты теплопередачи через разные поверхности конструкции, Вт/(м2·°C);
F1, F2, ..., Fn — площади соответствующих поверхностей, м2.
Величина коэффициента теплопередачи наиболее часто применяемых конструкций опалубки и укрытий неопалубленной поверхности бетона приведена в табл. 21.
5.14. Прочность бетона за период остывания \tau при tб.ср определяется согласно указаниям, изложенным в п. 5.19, или по графикам рис. 2 и должна быть не менее установленной проектом производства работ. Если прочность окажется ниже требуемой, то следует увеличить продолжительность остывания до набора бетоном заданной прочности за счет снижения величины K и повышения tб.н.
Пример подбора конструкции опалубки при термосном остывании бетона дан в прил. 3.
5.15. При расчете длительности остывания бетона коэффициент теплоограждения укрытия поверхностей без опалубки рекомендуется принимать равным термическому сопротивлению опалубки и изоляции.
Угловые выступающие части, металлические закладные детали и другие элементы, остывающие быстрее основной части конструкций, необходимо утеплять дополнительно для обеспечения одинаковых условий остывания всей конструкции. Термическое сопротивление тепловой изоляции этих элементов должно быть в 2 раза выше, чем термическое сопротивление опалубки с изоляцией.
5.16. Термическое сопротивление опалубки и время выдерживания бетона до приобретения требуемой прочности рекомендуется определять по табл. 17 и 18.
Табличный метод расчета позволяет решать задачу термосного выдерживания бетона М 200, М 300 и М 400 на портландцементах марок 400 и 500, а также бетона марки М 300 на шлакопортландцементе марки 400 для конструкций с 2 <= Mп <= 10.
Расчет выдерживания бетона основан на использовании таблиц основных параметров (табл. 17, 18), а также номограммы на рис. 5. В таблицах основных параметров для каждого сочетания модуля поверхности, расхода цемента, начальной температуры бетона и температуры среды даны значения трех параметров, расположенных по вертикали один под другим. Верхнее — полное термосопротивление опалубки, среднее — температура окончания выдерживания бетона, нижнее — время выдерживания. В ряде случаев для получения 40 и 70% от R28 для одной и той же температуры среды дается ряд таких комплексов.
Рис. 5. Номограмма для определения термического сопротивления опалубки в зависимости от скорости ветра и термических сопротивлений слоев опалубки
5.17. Таблицы 17 и 18 получены расчетным путем для тел классической формы (неограниченный цилиндр, неограниченная пластина, шар).
Геометрия конструкции в таблицах в явном виде не фигурирует, а учитывается при подсчете модуля поверхности.
5.18. Полное термосопротивление опалубки (Rт) складывается из термосопротивления собственно опалубки (Rоп), термосопротивления слоев тепловой изоляции и сопротивления теплоотдаче на границе опалубка — внешняя среда (Rв.н):
R_{\text{т}} = R_{\text{оп}} + \sum_{1}^{n} R_{\text{из}}^{i} + R_{\text{н}.\text{в}}, (15)
где R_{\text{из}}^{i} — термосопротивление i-го слоя изоляции определяется по формуле
R_{\text{из}}^{i} = \delta_{i}/\lambda_{i}, (15а)
где \delta_{i} и \lambda_{i} — соответственно толщина и коэффициент теплопроводности i-го слоя изоляции. В качестве слоя изоляции может рассматриваться замкнутая воздушная прослойка. Величина термосопротивления воздушной прослойки в среднем для толщин от 0,01 до 0,05 м составит от 0,12 до 0,165 м2 град/Вт.
Для поверхностей бетонируемой конструкции, примыкающих к углам и ребрам на расстоянии до 1 м (для конструкций с наименьшим размером более 5 м — на расстоянии до 2 м), толщина тепловой изоляции удваивается по сравнению с ее расчетным значением, полученным для основной поверхности.
5.19. При назначении температурного режима выдерживания бетона по способу термоса с целью получения заданной прочности в требуемые сроки следует руководствоваться данными табл. 23 - 27, устанавливающими прочность бетона на цементах различных видов и марок в зависимости от температуры бетона (в пределах от 0 до 60 °C) и продолжительности твердения.
Нарастание прочности бетона марок М 200 — М 300 на портландцементе марки 400 (% от R28)
Нарастание прочности бетона марки М 200 на портландцементе марки 300 (% от R28)
| Возраст бетона, сут | Температура бетона, °C | |||||||
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| 1/2 | - | 2 | 5 | 8 | 15 | 20 | - | - |
| 1 | - | 6 | 10 | 18 | 27 | 36 | 45 | 52 |
| 2 | - | 12 | 18 | 30 | 43 | 55 | 65 | 72 |
| 3 | - | 20 | 25 | 40 | 52 | 65 | 75 | - |
| 5 | - | 30 | 40 | 55 | 65 | 78 | - | - |
| 7 | - | 38 | 48 | 64 | 74 | 85 | - | - |
| 14 | 40 | 52 | 64 | 80 | 90 | 100 | - | - |
| 28 | 55 | 68 | 80 | 100 | - | - | - | - |
Нарастание прочности бетона марки М 400 на портландцементе марки 500 (% от R28)
| Возраст бетона, сут | Температура бетона, °C | |||||||
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| 1 | - | 12 | 18 | 28 | 40 | 55 | 65 | 70 |
| 2 | - | 22 | 32 | 50 | 63 | 75 | 85 | 90 |
| 3 | - | 32 | 45 | 60 | 74 | 85 | 92 | 98 |
| 5 | 32 | 45 | 58 | 74 | 85 | 96 | - | - |
| 7 | 40 | 55 | 66 | 82 | 92 | 100 | - | - |
| 14 | 57 | 70 | 80 | 92 | 100 | - | - | - |
| 28 | 70 | 90 | 90 | 100 | - | - | - | - |
Нарастание прочности бетона марок М 200 — М 300 на шлакопортландцементе марки 400 (% от R28)
| Возраст бетона, сут | Температура бетона, °C | |||||||
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| 1/2 | - | 2 | 4 | 7 | 20 | 25 | 32 | 42 |
| 1 | - | - | 10 | 16 | 30 | 40 | 50 | 65 |
| 2 | - | 12 | 18 | 30 | 40 | 60 | 75 | 90 |
| 3 | - | 18 | 25 | 40 | 55 | 70 | 90 | - |
| 5 | - | 27 | 35 | 55 | 65 | 85 | - | - |
| 7 | - | 34 | 43 | 65 | 70 | 92 | - | - |
| 14 | 35 | 50 | 60 | 80 | 96 | 100 | - | - |
| 28 | 45 | 65 | 80 | 100 | - | - | - | - |
Нарастание прочности бетона марки М 500 на портландцементе марки 600 (% от R28)
| Возраст бетона, сут | Температура бетона, °C | |||||
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| 1 | 8 | 13 | 21 | 32 | 45 | 59 |
| 2 | 17 | 25 | 36 | 52 | 65 | 75 |
| 3 | 23 | 35 | 46 | 62 | 74 | 83 |
| 7 | 42 | 57 | 68 | 83 | 90 | 98 |
| 14 | 58 | 73 | 82 | 94 | 100 | - |
| 28 | 71 | 83 | 92 | 100 | - | - |
5.20. Таблицы нарастания прочности составлены для бетона с подвижностью, соответствующей осадке конуса бетонной смеси 1 — 3 см. При применении более подвижных смесей темп нарастания прочности замедляется на 10 — 20%.
5.21. Учитывая, что интенсивность твердения бетона при различных температурах неодинакова, рекомендуется устанавливать среднюю температуру по отдельным интервалам остывания бетона. За максимальную продолжительность интервала следует принимать время, необходимое для изменения температуры бетона примерно на 5 °C (см. п. 5.12).
5.22. В случае применения портландцементов с содержанием C3A 8% и более темп нарастания прочности увеличивается на 5 — 10% (табл. 28).
Нарастание прочности бетона марок М 200 — М 300 на портландцементе марки 400 Белгородского (содержание C3A 4%) и Воскресенского заводов (C3A 8%)
| Возраст бетона, сут | Температура бетона, °C | |||||||||||
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | |||||||
| А <1> | Б <2> | А <1> | Б <2> | А <1> | Б <2> | А <1> | Б <2> | А <1> | Б <2> | А <1> | Б <2> | |
| 1/2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 6 | 6 | 10 | 14 | 15 | 25 | 25 | 30 |
| 1 | 5 | 6 | 9 | 12 | 12 | 14 | 22 | 28 | 41 | 48 | 53 | 55 |
| 2 | 10 | 14 | 18 | 24 | 26 | 30 | 40 | 48 | 53 | 63 | 70 | 70 |
| 3 | 18 | 22 | 25 | 32 | 35 | 40 | 50 | 60 | 69 | 75 | 85 | 90 |
| 5 | 28 | 35 | 38 | 46 | 50 | 55 | 65 | 70 | 81 | 85 | 98 | 98 |
| 7 | 37 | 43 | 48 | 53 | 56 | 60 | 75 | 80 | 91 | 95 | 100 | 102 |
| 14 | 51 | 59 | 67 | 72 | 72 | 70 | 87 | 92 | 104 | 105 | - | - |
| 28 | 70 | 75 | 84 | 85 | 93 | 93 | 100 | 100 | - | - | - | - |
<1> Портландцемент Белгородского завода.
<2> Портландцемент Воскресенского завода.
5.23. Для бетона на глиноземистом цементе оптимальной температурой твердения является 15 — 25 °C. Повышение температуры не ускоряет твердения в начальные сроки и приводит к снижению конечной прочности.
5.24. Нарастание прочности легкого бетона марки М 200 на керамзитовом гравии и аглопоритовом щебне приведено в табл. 29. При температурах от 0 до 10 °C прочность легкого и тяжелого бетона растет примерно одинаково, а при температурах выше 20 °C нарастание прочности легкого бетона происходит более интенсивно.
Нарастание прочности легкого бетона марки М 200 на портландцементе марки 400
Дальнейшее (после 28 сут) нарастание прочности легкого бетона продолжается более длительное время.
5.25. Следует учитывать, что твердение бетона на морозе может продолжаться, однако темп его в большей степени зависит от температуры наружного воздуха (или окружающей среды) и прочности бетона до замерзания. Увеличение прочности бетона на морозе приведено в табл. 30.
Нарастание прочности бетона при отрицательной температуре в зависимости от температуры и прочности бетона к моменту замораживания
| Прочность бетона до замораживания, % R28 | Прирост прочности бетона, %, за 28 сут пребывания при температуре, °C | |||||
| 0 | -2 | -3 | -5 | -10 | -20 | |
| 40 — 50 | 30 — 40 | 20 | 20 | 20 | 15 | 10 |
| 70 — 80 | 15 | 15 | 10 — 15 | 10 — 15 | 5 — 10 | - |
5.26 Для ускорения твердения бетона в его состав рекомендуется вводить добавки — ускорители твердения бетона:
сульфат натрия — СН <*> (ГОСТ 6318-77, ТУ 38-10742-78);
хлорид кальция — ХК (ГОСТ 450-77);
нитрат кальция — НК (ТУ 6-03-367-79);
нитрит-нитрат хлорида кальция — ННХК (ТУ 6-18-194-76).
<*> Условное сокращенное название добавки.
Оптимальное количество добавок должно устанавливаться строительной лабораторией. При этом их количество не должно превышать от массы цемента: СН — 2%; НК и ННХК — 4%; ХК в бетоне армированных конструкций — 2%, а в бетоне неармированных конструкций — 3%.
Указанные добавки следует применять в соответствии с указаниями разд. 6 настоящего Руководства.
Коэффициенты увеличения прочности бетона на портландцементе и шлакопортландцементе для добавок ускорителей твердения приведены в табл. 31.
Примечания: 1. Приведенные коэффициенты для бетона с В/Ц = 0,35 — 0,55.
2. Приведенные коэффициенты должны быть уточнены экспериментальным путем для каждого конкретного состава бетона и конкретной добавки.
5.27. При бетонировании плитных конструкций на мерзлом основании следует руководствоваться общими требованиями глава СНиП III-15-76, положениями разд. 1 - 3 настоящего Руководства и дополнительными рекомендациями и правилами, вытекающими из специфики условий бетонирования:
а) при возведении таких конструкций рекомендуется применять метод термоса, сочетая его при необходимости с предварительным разогревом бетонной смеси, с форсированным разогревом уложенного бетона или с кратковременным поверхностным обогревом конструкции;
б) при наличии в мерзлом основании в пределах глубины протаивания неустойчивых при оттаивании грунтов следует устраивать подсыпку из талого песчаного грунта толщиной не менее максимальной глубины протаивания основания под бетонируемой конструкцией;
в) в качестве утеплителя рекомендуется применять специальные теплоизоляционные плиты и маты, помещенные во влагонепроницаемые чехлы и дополнительно насыпные теплоизоляционные материалы и рыхлый снег;
г) для кратковременного поверхностного электрообогрева конструкции с последующим термосным выдерживанием под слоем тепловой изоляции рекомендуется использовать гибкие греющие покрывала со слоем теплогидроизоляции.
5.28. Параметры выдерживания бетона в конструкции должны назначаться при проектировании производства работ по следующим исходным данным: ожидаемая температура (tг) и влажность (W) приповерхностного слоя грунта (до глубины 0,5 м), температура воздуха tв, состав бетона.
5.29. Основными тепловыми параметрами выдерживания являются: температура бетонной смеси после укладки (tб.н), длительность остывания конструкции до 0 °C (\tau_{\text{ост}}) , средняя температура бетона за этот период (tб.ср), требуемое термическое сопротивление тепловой изоляции (R), а также максимальная глубина протаивания (hпр) основания под забетонированной конструкцией.
5.30. Перечисленные в п. 5.29 параметры определены теплотехническим расчетом для конструкций типа плиты толщиной 0,15 — 0,30 м и представлены на рис. 6 - 11.
Рис. 6. График для определения глубины протаивания (hпр) и термического сопротивления изоляции (Rиз) при бетонировании монолитной плиты на мерзлом песчаном основании с влажностью 5% при наборе бетоном прочности до замерзания 50% R28 (tб.н — начальная температура бетона)
Рис. 7. Время остывания бетона до 0 °C (\tau_{\text{ост}}) и средняя температура бетона (tб.ср) за это время в зависимости от начальной температуры бетона
Рис. 8. График для определения параметров бетонирования монолитной плиты на мерзлом песчаном основании с влажностью 5% при наборе бетоном прочности до замерзания 70% R28 (tб.н — начальная температура бетона)
Рис. 9. Время остывания бетона до 0 °C (\tau_{\text{ост}}) и средняя температура бетона (tб.ср) за это время в зависимости от начальной температуры бетона
Рис. 10. График для определения параметров бетонирования монолитной плиты на мерзлом песчаном основании с влажностью 10% при наборе бетоном прочности до замерзания 50% R28 (tб.н — начальная температура бетона после укладки)
Рис. 11. Время остывания бетона до 0 °C (\tau_{\text{ост}}) и средняя температура бетона (tб.ср) за это время в зависимости от начальной температуры бетона
прочность бетона 50 и 70% R28;
весовая влажность грунта W 5 и 10%;
температура грунта и воздуха от 5 до 30 °C;
бетон на портландцементе марки 400 с расходом 330 кг/м3.
5.31. Термическое сопротивление тепловой изоляции (R), обеспечивающей получение требуемой прочности бетона к моменту его замерзания, и максимальная глубина протаивания грунта под бетонируемой конструкцией (hпр) определяется по графикам рис. 6, 8, 10 для соответствующих заданных значений влажности грунта и требуемой прочности бетона следующим образом: на оси ординат находится точка, соответствующая заданному значению температуры грунта, и через нее восстанавливается перпендикуляр вправо и влево до пересечения с кривой, соответствующей заданному значению начальной температуры уложенного бетона tб.н; в правой части графика абсцисса точки пересечения равна требуемой величине термического сопротивления изоляции, а в левой — максимальной глубине протаивания грунта под бетонируемой конструкцией.
Найденная таким образом величина термического сопротивления R является искомой, когда начальная температура грунта отличается от температуры воздуха не более чем на 2 град. Когда это отличие более 2 град, необходимое термическое сопротивление тепловой изоляции (R') рассчитывается по формуле
R\prime = R \frac{t_{\text{б}.\text{ср}} - t_{\text{в}}}{t_{\text{б}.\text{ср}} - t_{\text{гр}}} . (16)
Пример расчета по графикам приведен в прил. 4.
6. ПРИМЕНЕНИЕ БЕТОНОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ
6.1. Введение противоморозных добавок обеспечивает сохранение жидкой фазы в бетоне и твердение его при отрицательных температурах.
Бетоны с противоморозными добавками применяются при возведении в зимних условиях монолитных бетонных и железобетонных конструкций, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных конструкций.
6.2 В качестве противоморозных рекомендуется использовать следующие добавки:
поташ П <1> (ГОСТ 10690-73*);
нитрит натрия НН (ГОСТ 19906-74, ТУ 38-10274-79);
нитрат кальция НК (ТУ 6-03-367-79) с мочевиной М (ГОСТ 2081-75*);
соединение нитрата кальция с мочевиной НКМ (ТУ 6-03-349-73);
нитрит-нитрат кальция ННК (ТУ 6-03-7-04-74) с мочевиной М;
хлорид кальция ХК (ГОСТ 450-77) с хлоридом натрия ХН (ГОСТ 13830-68; ТУ 6-12-26-69; ТУ 6-01-540-70);
хлорид кальция ХК с нитритом натрия НН;
нитрит-нитрат хлорида кальция ННХК (ТУ 6-18-194-76);
нитрит-нитрат хлорида кальция ННХК с мочевиной М.
<1> Условное сокращенное наименование добавки.
6.3. Противоморозные добавки, указанные в п. 6.2, рекомендуется вводить в состав конструкционных бетонов (марка М 150 и более) на плотных и пористых заполнителях в соответствии с рекомендациями, приведенными табл. 32.
Область применения бетонов с противоморозными добавками и ускорителями твердения (знак «плюс» означает «допускается», знак «плюс в скобках» означает «допускается введение только ускорителя твердения бетона», знак «минус» — «не допускается»)
| Тип конструкций и условия их эксплуатации | Добавки | ||||||||
| СН | ХК, ХК + ХН | НК, НКМ НК + М, ННК + М | ХК + НН <*> | ННХК, ННХК + М | НН | П | |||
| 1. | Предварительно напряженные конструкции, кроме указанных в поз. 2, стыки (каналы) сборно-монолитных и сборных конструкций с напрягаемой арматурой | + | - | (+) | - | - | - | - | |
| 2. | Предварительно напряженные конструкции, армированные сталью классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, А-IV и А-V | + | - | - | - | - | - | - | |
| 3. | Железобетонные конструкции с ненапрягаемой рабочей арматурой диаметром, мм: | ||||||||
| а) более 5 | + | (+) | + | + | + | + | + | ||
| б) 5 и менее | + | - | + | - | (+) | + | + | ||
| 4. | Железобетонные конструкции, а также стыки без напрягаемой арматуры сборно-монолитных и сборных конструкций, имеющие выпуски арматуры или закладные детали: | ||||||||
| а) | без специальной защиты стали | + | - | + | - | - | + | + | |
| б) | с цинковыми покрытиями по стали | - | - | - | - | - | + | - | |
| в) | с алюминиевыми покрытиями по стали | - | - | (+) | - | (+) | - | - | |
| г) | с комбинированными покрытиями (щелочестойкими лакокрасочными или другими по металлизационному подслою), также стыки без закладных деталей и расчетной арматуры | + | (+) | + | - | (+) | + | + | |
| 5. | Сборно-монолитные конструкции из оконтуривающих блоков толщиной 30 см и более с монолитным ядром | + | - | + | + | + | + | + | |
| 6. | Железобетонные конструкции, предназначенные для эксплуатации: | ||||||||
| а) | в неагрессивных газовых средах | + | (+) | + | + | + | + | + | |
| б) | в агрессивных газовых средах | + | - | + | (+) | (+) | + | + <**> | |
| в) | в неагрессивных и агрессивных водных средах, кроме указанных в поз. 6 «г» | + | + | + | + | + | + | + <**> | |
| г) | в агрессивных сульфатных водах и в растворах солей и едких щелочей при наличии испаряющих поверхностей | + | - | - | - | - | + | - | |
| д) | в зоне переменного уровня воды | + | - | + | - | - | + | - | |
| е) | в водных и газовых средах при относительной влажности более 60% при наличии в заполнителе включений реакционноспособного кремнезема | - | - <***> | + | - | + | - | - | |
| ж) | в зонах действия блуждающих токов постоянного напряжения от посторонних источников | + | - | + | - | - | + | + | |
| 7. | Железобетонные конструкции для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих электрический ток постоянного напряжения | - | - | - | - | - | - | - | |
<*> При соотношении компонентов 1:1 по массе в расчете на сухое вещество.
<**> Допускается в сочетании с добавками, указанными в п. 6.6 «в» настоящего раздела.
<***> Не допускается, за исключением ХК в бетонных конструкциях.
Примечания: 1. Возможность применения добавок по поз. 1 - 4 настоящей таблицы должна уточняться с учетом требований поз. 6, а по поз. 1 - 3 при наличии защитного покрытия по стали — с требованиями поз. 4.
2. Ограничения по применению бетонов с добавками по поз. 4 и поз. 6 «г», «е», а также для бетона с добавкой поташа по поз. 6 «д» настоящей таблицы распространяются и на бетонные конструкции.
3. По поз. 6 «б» настоящей таблицы в среде, содержащей хлор или хлористый водород, добавки, за исключением нитрита натрия, допускаются при наличии специального обоснования.
4. Показатели агрессивности среды устанавливаются по главе СНиП II-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии», наличие блуждающих токов постоянного напряжения от посторонних источников — по СН 65-76 «Инструкция по защите железобетонных конструкций от коррозии, вызываемой блуждающими токами» (М., Стройиздат, 1977), включения реакционноспособного кремнезема в заполнителях — по ГОСТ 8735-75 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
5. Конструкции, периодически увлажняющиеся водой, конденсатом или технологическими жидкостями, приравниваются к эксплуатируемым при относительной влажности воздуха более 60%.
6. При изготовлении массивных конструкций следует предусматривать мероприятия, понижающие температуру внутренних слоев бетона и предотвращающие растрескивание конструкций.
7. Применению бетонов с противоморозными добавками на конкретных материалах должны предшествовать испытания:
а) на коррозионное воздействие на бетон добавок по методике, приведенной в прил. 5;
б) на образование высолов по методике, приведенной в прил. 6, если поверхности конструкции предназначены для последующей отделки (малярные и другие работы) или к ним предъявляются архитектурные требования;
в) влияния добавок на скорость твердения бетона, а также на другие свойства бетона в соответствии с требованиями проекта (прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость, водопроницаемость и т.п.) по стандартным методикам.
6.4. Бетоны с противоморозными добавками допускается применять при условии обеспечения требований п. 1.5 настоящего Руководства.
6.5. Бетон с противоморозными добавками рекомендуется применять для конструкций с модулем поверхности Mп > 3, если он удовлетворяет требованиям проекта, и применение его экономически целесообразно по сравнению с выдерживанием по методу термоса.
При несоответствии темпа твердения бетона, допускаемому графиком производства работ, рекомендуется рассмотреть целесообразность применения бетона с противоморозными добавками в сочетании с утеплением конструкций, а также с электропрогревом (обогревом) уложенной смеси. Рекомендуемый вид конструкций из бетонов с противоморозными добавками и метод выдерживания бетона приведены в табл. 33.
Примечание. Цифрами обозначены следующие методы выдерживания бетона: 1 — без специального утепления; 2 — в сочетании с методом термоса; 3 — в сочетании с электропрогревом или обогревом.
ВЫБОР ПРОТИВОМОРОЗНЫХ ДОБАВОК И НАЗНАЧЕНИЕ ИХ КОЛИЧЕСТВА
6.6. Противоморозные добавки следует выбирать в зависимости от типа и условий эксплуатации конструкции (см. табл. 32), темпа строительства, температуры наружного воздуха (табл. 34) и технико-экономических показателей.
Кроме того, необходимо учитывать следующие положения:
а) бетон с противоморозными добавками допускается применять, если по прогнозу во время выдерживания до приобретения прочности не менее критической температура бетона с максимально допустимыми дозировками добавок не опустится ниже значений, приведенных в табл. 34;
б) прочность бетона в зависимости от добавки, продолжительности твердения и расчетной температуры ориентировочно достигает значений, приведенных в табл. 34, а после 28-суточного выдерживания при температурах выше 0 °C бетон, как правило, приобретает проектную прочность. Данные табл. 34 должны уточняться в лаборатории применительно к используемому цементу согласно п. 6.3;
в) бетонные смеси с добавками НН и ХК + НН характеризуются обычными сроками загустевания; бетонные смеси с добавками НКМ, НК + М, ННК, ХК + ХН, ННХК, ННХК + М и особенно П характеризуются ускоренными сроками загустевания, поэтому одновременно с указанными противоморозными добавками в состав бетонной смеси необходимо вводить добавку сульфитно-дрожжевой бражки СДБ; эффективным замедлителем загустевания бетонной смеси с добавкой поташа является тетраборат натрия ТН, тринатрийфосфат ТНФ или жидкое стекло ЖС в сочетании с пластификатором адипиновым щелочным ПАЩ-1.
Ориентировочные величины прочности бетона с противоморозными добавками на портландцементах
6.7 Расчетная температура твердения бетона для конструкций с Mп более 16 принимается равной:
минимальной температуре наружного воздуха до приобретения бетоном критической прочности, если в течение этого периода температура наружного воздуха ожидается ниже среднемесячной, определяемой по табл. прил. 10;
среднемесячной температуре наружного воздуха, если за период выдерживания бетона до набора им критической прочности минимальная температура воздуха ожидается выше среднемесячной.
Температура твердения бетона для конструкций с Mп до 16 определяется расчетом. Продолжительность остывания бетона (\tau_{c\text{ут}}) до предельно допустимой температуры для выбранной к производству работ добавки (см. п. 6.6 «а») определяется по формуле
\tau = \frac{\text{С}_{\text{б}}\gamma_{\text{б}}(t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{б}.\text{к}}) + \alpha\text{ЦЭ}R}{86,4KM_{\text{п}}(t_{\text{б}.\text{ср}} - t_{\text{н}.\text{в}})} , (17)
где значения Cб, \gamma_{\text{б}} , tб.н, tб.к, tб.ср, tн.в, K, Mп, Ц, Э — аналогичны значениям в формуле (12);
tб.ср — определяется по формуле (7), приведенной в разд. 4;
\alpha — коэффициент интенсивности тепловыделения, 1/%, принимается по табл. 35;
R — прочность <1>, набираемая бетоном за время \tau , % от марочной (см. табл. 34).
<1> Расчет обязательно выполняется при значении R, равном критической прочности бетона (см. п. 1.5), а при необходимости — и при более высоких значениях прочности.
| tб.н, tб.к | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \alpha | 0,01 | 0,011 | 0,012 | 0,013 | 0,014 | 0,015 | 0,016 | 0,017 | 0,018 | 0,019 |
Найденное по расчету время остывания бетона сопоставляется с опытными данными, полученными в соответствии с рекомендациями п. 6.3 «в». При этом сравнивается прочность бетона, принятая в расчете R, с прочностью бетона Rо, полученной на основании опытных данных. Последняя находится по экспериментальному графику при температуре твердения tб.ср.
При сравнении расчетной R и опытной Rо прочности бетона за время \tau могут представиться три случая.
1. При R, большей Rо, когда бетон достигает расчетной прочности раньше, чем достигнет расчетной температуры tб.к, следует повторить расчет, приняв более высокие значения температуры tб.к и уменьшив таким образом количество вводимой добавки.
2. При R, равной Rо, количество добавки следует назначить по принятой в расчете температуре tб.к.
3. При R, меньшей Rо, необходимо утеплять конструкцию, чтобы получить требуемую прочность к моменту замерзания бетона. С этой целью, задаваясь \tau по формуле (17), определяют требуемое значение K, которое позволит свести решение задачи ко второму случаю. Пример расчета см. в прил. 7.
6.8. Количество противоморозных добавок в зависимости от расчетной температуры твердения бетона следует назначать по табл. 36.
| Расчетная температура бетона, °C | Количество безводных добавок, % массы цемента | |||||||
| от | до | НН | ХН + ХН | НКМ НК + М <*> | ННК + М, НК + М | НХХК ХК + НН <*> | ННХК + М | П |
| 0 | -5 | 4 — 6 | (0 + 3) \div (2 + 3) | 3 — 5 | (3 + 1) \div (4 + 1,5) | 3 — 5 | (2 + 1) \div (4 + 1) | 5 — 6 |
| -6 | -10 | 6 — 8 | (3,5 + 3,5) \div (2,5 + 4) | 6 — 9 | (5 + 1,5) \div (7 + 2,5) | 6 — 9 | (4,5 + 1,5) \div (7 + 2,5) | 7 — 8 |
| -11 | -15 | 8 — 10 | (4,5 + 3) \div (5 + 3,5) | 7 — 10 | (6 + 2) \div (8 + 3) | 7 — 10 | (6 + 2) \div (8 + 3) | 8 — 10 |
| -16 | -20 | 9 — 10 | (6 + 2,5) \div (7 + 3) | 9 — 12 | (7 + 3) \div (9 + 4) | 8 — 12 | (7 + 2) \div (9 + 4) | 10 — 12 |
| -21 | -25 | - | - | - | - | 10 — 14 | (8 + 3) \div (10 + 4) | 12 — 15 |
<*> При соотношении компонентов 1:1 по массе в расчете на сухое вещество.
Примечания: 1. Оптимальное количество добавок при данной температуре твердения бетона при использовании холодных материалов назначается в зависимости от водоцементного отношения, а при применении подогретых материалов — от вида цемента и его минералогического состава:
а) при работе на холодных материалах в бетоны с В/Ц < 0,5 следует назначать меньшее из указанных пределов количество добавки, а с В/Ц >= 0,5 — большее;
б) при работе на подогретых заполнителях меньшее количество ХК + ХН, НК + М, ННК + М, ННХК + М, П — следует вводить в бетоны на портландцементах, содержащих 6% и более трехкальциевого алюмината C3A; меньшее количество НН и ХК + НН следует вводить при изготовлении бетона на портландцементах с содержанием C3A до 6%.
2. Концентрация раствора затворения (с учетом влажности заполнителей) не должна превышать: 30% для П; 26% для НКМ; НК + М, ННК + М, ННХК, ННХК + М, ХК + ХН, ХК + НН и 20% для НН.
3. При температурах бетона выше минус 5 °C вместо ХН возможно применение ХК в количестве до 3% массы цемента.
4. С целью увеличения удобоукладываемости и сроков схватывания бетонных смесей целесообразно вводить добавки НКМ, ННХКМ, НН + ХК в количествах: при средней температуре наружного воздуха до минус 5 °C — 2 - 4%, до минус 10 °C — 4 - 6%, до минус 35 °C — 6 - 9% массы цемента в сочетании с предварительным твердением под слоем утеплителя до набора бетоном требуемой прочности. Вид и толщину утеплителя назначают в соответствии с данными теплотехнического расчета (см. разд. 5).
5. При температурах наружного воздуха до минус 10 °C возможно применение мочевины в количестве до 10% массы цемента.
6.9. Цементы для бетонов с противоморозными добавками рекомендуется применять согласно указаниям табл. 3. Кроме того, допускается применение быстротвердеющего шлакопортландцемента и шлакопортландцемента марки М 400 — М 500, как правило, в сочетании с электропрогревом (обогревом) бетона.
При предъявлении к бетону требований по морозостойкости Мрз 100 и более следует применять только портландцементы с содержанием C3A до 6%, если в проекте нет специальных указаний по виду применяемого цемента.
6.10. Допускается введение противоморозных добавок в бетоны, приготовленные с использованием сульфатостойких цементов, но следует учитывать замедленное твердение бетона на этих цементах, особенно при температурах ниже -10 °C.
6.11. Для бетонов с противоморозными добавками не допускается использование цементов без точного указания завода-изготовителя.
6.12. Заполнители для бетонов с противоморозными добавками должны удовлетворять требованиям п. 2.2 настоящего Руководства.
6.13. Заполнители, предназначенные для приготовления бетонов с добавками НН, П, ХК + ХН или ХК + НН, не должны содержать включений реакционноспособного кремнезема (опал, халцедон и др.).
Определение содержания включений реакционноспособного кремнезема в заполнителях следует производить по методикам, изложенным в ГОСТ 8735-75, при получении результатов, требующих дополнительной проверки, производить ее по методике, изложенной в прил. 8.
6.14. Марка бетона назначается в соответствии с указанием проекта с учетом фактических данных по нарастанию прочности бетона с противоморозными добавками (см. табл. 34) по прогнозируемому температурному режиму с выбранной к производству работ противоморозной добавкой.
При невозможности получения бетоном заданной прочности в установленный срок допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании повышение марки бетона против предусмотренной проектом.
6.15. Если бетонная смесь с противоморозной добавкой теряет подвижность и удобоукладываемость ранее 30 мин, то независимо от продолжительности ее укладки в состав смеси одновременно с противоморозной следует вводить добавку замедлителя схватывания. При применении поташа количество указанных добавок рекомендуется назначать по данным табл. 37, а при применении остальных противоморозных добавок, кроме НН, использовать СДБ в количестве до 0,5% массы цемента. ТН эффективен при содержании C3A в цементе до 5%, а ТНФ — до 10%.
| Дозировка поташа, % массы цемента | Количество замедлителей схватывания, % массы цемента | ||
| СДБ | ТН или ТНФ | ЖС + ПАЩ-1 <*> | |
| 5 — 6 | 0,5 — 0,75 | 1 — 1,2 | 0,8 — 1,2 |
| 6 — 8 | 0,5 — 1 | 1,2 — 1,6 | 1 — 1,6 |
| 8 — 10 | 0,75 — 1 | 1,6 — 2 | 1,2 — 2 |
| 10 — 12 | 1 — 1,25 | 2 — 2,4 | 1,6 — 2,6 |
| 12 — 15 | 1 — 1,25 | 2,4 — 3 | 1,8 — 3,2 |
<*> При соотношении компонентов 1:1 по массе в расчете на сухое вещество.
6.16. В бетоны с проектными требованиями по морозостойкости Мрз 200 и выше следует предусматривать введение воздухововлекающих добавок — смолы нейтрализованной воздухововлекающей СНВ или синтетической поверхностно-активной добавки СПД; газообразующих добавок — полигидросилоксана ГКЖ-94 или сесквиоксана ПГЭН в соответствии с табл. 38.
Примечание. Дозировка ГКЖ-94 дана в расчете на вещество 100%-ной концентрации.
Добавки СНВ, СПД, ГКЖ-94 и ПГЭН следует применять для повышения морозостойкости бетона, если она не может быть получена на применяемых материалах.
6.17. При подборе состава бетона следует руководствоваться п. 2.3 настоящего Руководства.
6.18. В бетонную смесь подобранного состава вводится установленное в соответствии с рекомендациями п. 6.8 количество противоморозной добавки и на контрольных замесах, приготовленных в условиях, наиболее близких к производственным, проверяются подвижность смеси и время ее сохранения, на образцах из этих же замесов — нарастание прочности бетона.
При необходимости корректировки сроков схватывания смеси производятся повторные испытания с введением в бетонную смесь добавки замедлителя в соответствии с рекомендациями п. 6.15 начиная с минимальных дозировок; при пластификации смеси за счет введения добавок (НН, СДБ, ПАШ-1) уменьшается расход воды до получения смеси заданной подвижности к моменту укладки.
ПРИМЕР ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКАМИ
Требуется подобрать состав бетона марки М 200 на неотогретых заполнителях. Расход материалов на 1 м3 бетона, применявшегося в летних условиях при подвижности бетонной смеси 2 — 3 см, составляет: портландцемента 310 кг, песка 620 кг, щебня 1315 кг, воды 155 л. Расчетная температура твердения бетона минус 10 °C. В качестве противоморозной добавки приняты хлорид кальция с нитритом натрия.
При использовании неотогретых заполнителей для бетона с В/Ц = 0,5 и при температуре твердения минус 10 °C по табл. 36 назначаем добавки в количестве 9% (ХК + НН) при соотношении по массе 1:1.
Количество добавок с расходом 4,5% ХК + 4,5% НН от массы цемента составляет:
По табл. 80 находим, что в 1 л концентрированного раствора хлорида кальция с плотностью 1,293 г/см3 при 20 °C содержится 0,401 кг CaCl2, а в 1 л концентрированного раствора нитрита натрия с плотностью 1,183 г/см3 при 20 °C — 0,308 кг NaNO2.
Следовательно, для введения в бетон необходимого количества концентрированных растворов солей на 1 м3 смеси требуется:
В найденных количествах растворов солей воды содержится:
Учитывая влажность имеющихся материалов (песка 3%, щебня 1,5%), количество воды следует уменьшить еще на
620·0,03 + 1315·0,015 = 38,3 л.
Тогда количество воды для затворения 1 м3 бетонной смеси уменьшится до
а расход материалов на 1 м3 бетона с добавками ХК + НН (в расчете на влажные материалы) составит:
| цемента — 310 кг; | раствора ХК — 34,7 л; |
|---|---|
| песка (620·1,03) — 638,6 кг; | раствора НН — 45,1 л; |
| щебня (1315·1,015) — 1334,7 кг; | воды — 46 л. |
Устанавливается соотношение смешения концентрированных растворов ХК, НН и воды для получения раствора рабочей концентрации:
\text{ХК}:\text{НН}:\text{Н}_{2}\text{О } = \frac{34,7}{34,7} : \frac{45,1}{34,7} : \frac{46}{34,7} = 1:1,3:1,33.
Определяется процентное содержание в растворе:
\text{ХК илиНН } = \frac{13,9 \cdot 100}{34,7 \cdot 1,293 + 45,1 \cdot 1,183 + 46} = 9,7\%.
Находится по табл. 80 температура замерзания раствора ХК при концентрации 9,7% (-5,6 °C) и НН при той же концентрации (-4,7 °C). Температура замерзания раствора комплексной добавки (-5,6°) + (-4,7 °C) = -10,3 °C.
Устанавливается, что температура бетонной смеси после укладки и уплотнения не должна быть ниже (-10,3 °C) + 5 °C = -5,3 °C.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДОБАВОК
6.19. Для правильного дозирования и равномерного распределения противоморозные добавки следует вводить в состав бетонной смеси в виде водного раствора рабочей концентрации, который приготовляется смешением максимально концентрированного (но исключающего выпадение осадка) раствора соли с водой до введения в бетоносмеситель.
6.20. При приготовлении растворов противоморозных добавок для повышения скорости растворения пастообразных и твердых продуктов рекомендуется подогревать воду до 40 — 80 °C и перемешивать растворы, а твердые продукты при необходимости предварительно дробить. Для растворов, содержащих мочевину, температура подогрева не должна превышать 40 °C из-за разложения мочевины при более высоких температурах.
6.21. Добавки СДБ и ЖС + ПАЩ-1 рекомендуется готовить и подавать в дозатор воды в виде растворов концентрации не более 10%, а добавки СНВ, СПД — в виде растворов концентрации не более 5%, чтобы уменьшить ошибки при дозировании.
6.22. В случае применения СДБ для замедления схватывания бетонной смеси с добавкой ХК + НН из-за требований техники безопасности обязателен следующий порядок приготовления раствора: сначала смешиваются концентрированные растворы солей с необходимым количеством воды, а в этот раствор затем подается раствор СДБ не более чем 10%-ной концентрации.
6.23. ТН из-за плохой растворимости в воде рекомендуется растворять в растворе поташа.
6.24. Приготовлять растворы добавок следует при положительных температурах в тщательно очищенных и промытых емкостях, защищенных от попадания в них атмосферных осадков.
Металлические емкости, предназначенные для приготовления и хранения растворов ХК, ХН, ХК + ХН, следует защищать от коррозии слоем битума марки III либо другим покрытием, стойким в растворах указанных солей.
Объемы емкостей должны позволять готовить раствор не менее чем для работы одной смены. Схемы технологического процесса и расчеты при приготовлении растворов добавок рабочей концентрации приведены в прил. 9.
6.25. Добавки ГКЖ-94 ПГЭН вводятся в дозатор воды в виде водных эмульсий или суспензий соответственно 50%-ной и 30%-ной концентрации.
Приготовлять эмульсию или суспензию следует в соответствии с рекомендациями «Руководства по получению и применению коррозионно-стойких бетонов с кремнийорганическими добавками, в том числе при гидротермальной обработке» (М., НИИЖБ Госстроя СССР, 1974).
6.26. Растворы противоморозных добавок могут храниться при отрицательных температурах. Минимальная температура, при которой допустимо хранение раствора, может быть определена по таблицам прил. 10 в зависимости от его концентрации (плотности).
Растворы, эмульсию или суспензию остальных рекомендуемых добавок СДБ, ЖС + ПАЩ-1, СНВ, СПД, ГКЖ-94, ПГЭН следует хранить при положительных температурах.
6.27. При приготовлении бетонной смеси с противоморозными добавками следует руководствоваться разд. 2 настоящего Руководства и дополнительно учитывать:
а) при работе на холодных материалах загрузку их в бетоносмеситель рекомендуется производить в следующем порядке: сначала загружаются заполнители и раствор добавки рабочей концентрации, после их перемешивания в течение 1,5 — 2 мин загружается цемент и смесь перемешивается еще в течение 4 — 5 мин;
б) в случае быстрого схватывания бетонной смеси и небольших объемов укладываемого бетона целесообразно применять раздельный способ приготовления: сухая смесь (цемент + песок + щебень) на строительном объекте перемешивается в течение 3 — 3,5 мин с раствором добавки рабочей концентрации;
в) бетонную смесь с добавкой ХК + ХН или ННХК рекомендуется приготовлять с температурой при выходе из смесителя не выше 15 °C, с добавкой НН, ХК + НН, НКМ, НК + М, ННК + М или ННХК + М — с температурой не выше 35 °C; температура бетонной смеси с добавкой П должна назначаться от 15 °C и ниже с таким расчетом, чтобы во время схватывания и начального затвердевания бетон имел отрицательную температуру.
6.28. Для предотвращения замораживания бетона непосредственно после укладки необходимо, чтобы температура уложенной бетонной смеси с учетом потерь тепла на отогрев арматуры, опалубки, теплоизоляции и грунта («старого» бетона) превышала температуру замерзания применяемого раствора затворения не менее чем на 5 °C.
Температура уложенной бетонной смеси tб.н с учетом указанных потерь тепла определяется по формуле
t_{\text{б}.\text{н}} = \frac{V_{1}\gamma_{1}C_{1}t_{1} + (V_{2}\gamma_{2}C_{2} + V_{3}\gamma_{3}C_{3} + V_{4}\gamma_{4}C_{4} + V_{5}\gamma_{5}C_{5})t_{2}}{V_{1}\gamma_{1}C_{1} + V_{2}\gamma_{2}C_{2} + V_{3}\gamma_{3}C_{3} + V_{4}\gamma_{4}C_{4} + V_{5}\gamma_{5}C_{5}} , (18)
где t1 — температура бетонной смеси после укладки, °C;
t2 — температура воздуха в период укладки бетона, °C;
V1, ..., V5 — объемы соответственно бетона, опалубки, теплоизоляции, арматуры, соприкасающегося с бетоном грунта («старого» бетона), м3;
\gamma_{1} , ..., \gamma_{5} — объемные массы указанных материалов соответственно, кг/м3;
C1, ..., C5 — удельные теплоемкости материалов, кДж/(кг·°C).
Объем грунта («старого» бетона) определяется по формуле
где F — площадь грунта (бетона), соприкасающегося с укладываемым бетоном, м2;
h — глубина отогрева грунта (бетона), принимаемая 0,2 м.
6.29. Для получения бетонной смеси с заданной температурой допускается подогревать воду не более чем до 40 °C при применении добавки, содержащей мочевину, до 60 °C при использовании быстротвердеющего портландцемента или портландцемента марки М 600 и не более чем до 80 °C в остальных случаях. Если подогрев воды не обеспечивает получение требуемой температуры бетонной смеси, то подогревают песок и при необходимости щебень.
Температура подогрева составляющих подобранного состава бетона в зависимости от требуемой температуры бетонной смеси определяется по формуле (3).
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И УКЛАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ
6.30. Транспортирование и укладку бетонной смеси с противоморозными добавками следует производить, руководствуясь данными разд. 2 и 3 настоящего Руководства.
ВЫДЕРЖИВАНИЕ БЕТОНА И УХОД ЗА НИМ
6.31. Выдерживание монолитных бетонных и железобетонных конструкций, возводимых из бетонов с противоморозными добавками, необходимо производить с соблюдением следующих указаний:
а) поверхности бетона, не защищенные опалубкой, во избежание потери влаги или повышенного увлажнения за счет атмосферных осадков следует по окончании бетонирования немедленно укрывать слоем гидроизоляционного материала (полиэтиленовая пленка, прорезиненная ткань, рубероид и др.); поверхности бетона, не предназначенные в дальнейшем для монолитной связи с бетоном или раствором, могут покрываться пленкообразующими составами или защитными пленками (битумно-этинолевым, этинолевым лаком и др.);
б) при непредвиденном понижении температуры бетона ниже расчетной (см. п. 6.7) конструкцию необходимо утеплять или обогревать до набора бетоном критической прочности.
6.32. Распалубливание и загружение конструкций, снятие гидроизоляционных и теплоизоляционных укрытий должно производиться с соблюдением требований разд. 1 настоящего Руководства.
7. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВ БЕТОННОЙ СМЕСИ
7.1. Возведение монолитных конструкций с использованием предварительного электроразогрева заключается в приготовлении и доставке бетонной смеси на строительную площадку, форсированном ее разогреве до заданной температуры электрическим током, укладке разогретой смеси в подготовленную опалубку и последующем выдерживании бетона в последней в течение заданного времени, не допуская остывания конструкции в целом ниже расчетной температуры.
7.2. Предварительный электроразогрев бетонных смесей является технологическим приемом повышения начальной температуры свежеуложенного бетона. Применение его позволяет интенсифицировать процессы твердения бетона в ранние сроки, увеличивать сроки остывания забетонированной конструкции, а следовательно, и получить более высокую прочность бетона к моменту его замерзания по сравнению со способом обычного термоса.
7.3. Электроразогрев бетонных смесей осуществляется непосредственно перед их укладкой с помощью системы пластинчатых электродов, подключаемых к источнику переменного электрического тока промышленной частоты на рабочее напряжение, как правило, 380 В.
7.4. Уплотнение разогретой бетонной смеси в процессе ее укладки обеспечивает высокое качество бетона, так как при этом практически исключается остаточное тепловое расширение, которое обычно имеет место при других способах тепловой обработки.
7.5. Применение предварительного электроразогрева при зимнем бетонировании монолитных конструкций позволяет отказаться от подогрева до высоких температур заполнителей, ограничиваясь только их оттаиванием, увеличить допустимую продолжительность транспортирования бетонной смеси с бетоносмесительного узла на строительную площадку, исключить активную тепловую обработку бетона непосредственно в конструкции и сократить сроки достижения заданной прочности по сравнению с методом термоса.
7.6. Учитывая большие потребности в установочных электрических мощностях и необходимость экономии энергетических ресурсов, предварительный электроразогрев бетонных смесей рекомендуется применять в случаях:
когда способ термоса, в том числе и в сочетании с противоморозными добавками, не обеспечивает в данных конкретных погодно-климатических условиях достижение требуемой прочности или заданного срока достижения этой прочности;
когда применение способа термоса трудно осуществимо или экономически нецелесообразно из-за значительных материальных и трудовых затрат, отсутствия необходимых эффективных теплоизоляционных материалов и других причин, что должно быть подтверждено технико-экономическим обоснованием;
когда отсутствуют противоморозные добавки или их применение не допускается для данных конструкций.
7.7. Предварительный электроразогрев бетонных смесей наиболее эффективно применять для бетонирования монолитных конструкций с модулем поверхности менее 12 м-1.
7.8. Продолжительность форсированного электроразогрева бетонной смеси до заданного температурного уровня определяется наличием электрических мощностей, темпом бетонирования, интенсивностью загустевания смеси и другими факторами и должна находиться в пределах 5 — 20 мин. При разогреве в течение менее 5 мин значительно возрастает требуемая электрическая мощность и наблюдается отставание нагрева крупного заполнителя, а разогрев в течение более 20 мин может привести к недопустимому загустеванию смеси.
7.9. Максимальная температура разогрева бетонной смеси назначается в зависимости от вида и минералогического состава применяемого цемента, требуемых сроков достижения заданной прочности, интенсивности загустевания смеси и ряда других факторов и, как правило, не превышает 80 °C.
7.10. Разогретая бетонная смесь быстро теряет свои формовочные свойства. Поэтому транспортировать ее к месту укладки целесообразно по возможности без перегрузок в промежуточные емкости, а укладку ее в опалубку производить немедленно, в минимально короткие сроки. Время от момента окончания разогрева до окончания виброуплотнения не должно, как правило, превышать 15 мин.
Обеспечение в течение заданного срока требуемых формовочных свойств разогретой смеси может быть достигнуто введением при приготовлении бетонной смеси пластифицирующих или замедляющих схватывание добавок, в частности сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ), винсоловой смолы (СНВ), омыленного древесного пека, ГКЖ-10, мылонафта, суперпластификаторов и других. Эффективность добавок в разогретых смесях и ее дозировка должны быть проверены опытным путем построечной лабораторией применительно к конкретным местным материалам.
7.11. Разогретая бетонная смесь укладывается в конструкцию (подготовленную опалубку) и уплотняется обычными способами. Сразу после уплотнения неопалубленная поверхность бетона укрывается влаго- и теплозащитой расчетной толщины, обеспечивающей последующее остывание монолитной конструкции по заданному температурному режиму. В отдельных случаях, когда термосное выдерживание уложенного разогретого бетона не обеспечивает заданную скорость остывания и возникает опасность, что к моменту замерзания жидкой фазы в бетоне или к расчетному сроку бетон не достигнет требуемой прочности (из-за резкого понижения температуры окружающей среды, недостаточности или отсутствия теплоизоляции и ряда других причин), следует осуществлять дополнительный обогрев конструкции.
7.12. Защита поверхности уложенного разогретого бетона от влагопотерь может быть достигнута либо укрытием ее пленкообразующими материалами, либо нанесением на нее пленкообразующих составов.
Для защиты бетона от теплопотерь могут быть использованы любые теплоизоляционные материалы, применяемые обычно при выдерживании бетона способом термоса, — минеральная вата, опилки, техническая пена и т.п.
В качестве тепло- и влагоизоляции могут быть использованы и специальные тепловлагоизоляционные покрывала, в том числе и с электронагревательными элементами.
7.13. Длительность остывания бетона и прочность его к моменту замерзания жидкой фазы в нем или к любому заданному сроку определяется приближенно расчетом как при способе обычного термоса (п. 5.12 настоящего Руководства).
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗОГРЕВА БЕТОННОЙ СМЕСИ
7.14. Предварительный электроразогрев бетонной смеси осуществляется вблизи места ее укладки на специально оборудованном для этого посту в поворотных бункерах (бадьях), оснащенных пластинчатыми электродами, или непосредственно в кузовах автосамосвала с помощью системы опускных пластинчатых электродов.
7.15. Бункера для электроразогрева бетонной смеси могут быть выполнены с различной емкостью, зависящей от темпа бетонирования, типа и емкости кузова автосамосвала или другой бетоновозной машины, грузоподъемности крана, наличия электрических мощностей. В большинстве случаев емкость бункера не превышает 2 м3.
7.16. Бункер для электроразогрева (рис. 12) состоит из корпуса, выполненного, как правило, из листовой стали толщиной не менее 4 мм, 3 — 6 пластинчатых электродов, токоподключающего устройства и затвора выгрузочного отверстия.
Рис. 12. Принципиальная схема бункера для электроразогрева бетонной смеси
1 — электроизолированное крепление электрода; 2 — электрод; 3 — корпус бункера; 4 — контактная шпилька; 5 — вибратор; 6 — затвор
Поворотный бункер для электроразогрева должен быть оборудован вибратором, а в месте, где начинается сужение бункера, следует предусматривать порожек, ограничивающий растекание смеси при ее загрузке.
7.17. Установка с опускными электродами (рис. 13) для электроразогрева бетонных смесей непосредственно в кузовах автосамосвалов представляет собой раму со смонтированными на ней электроизолированными пластинчатыми электродами, имеющими форму, соответствующую конфигурации кузова. Подъем и опускание рамы с электродами осуществляется электроталью или любым другим подъемным механизмом.
Рис. 13. Принципиальная схема опускного устройства для электроразогрева бетонной смеси в кузовах автосамосвала
1 — рама; 2 — вибратор; 3 — электроизолированные крепления электродов; 4 — пластинчатые крепления электродов
Для обеспечения погружения электродов в бетонную смесь и их извлечения на раме смонтирован вибратор.
7.18. Электроды следует выполнять с закругленными углами. Чтобы предотвратить повышенную плотность тока на кромках электродов, рекомендуется изолировать днище бункера листовой резиной (в этом случае расстояние между днищем и электродами должно составлять 0,6 расстояния между электродами).
7.19. В целях уменьшения контактного сопротивления рекомендуется в электродах в продольном направлении делать горизонтальные вырезы шириной 50 мм через каждые 50 мм с расположением их по высоте в шахматном порядке.
7.20. Крепление электродов к корпусу бункера осуществляется болтами на изоляторах из текстолита или другого электроизоляционного материала.
7.21. Подключение электродов к источнику электрического тока осуществляется кабелями с помощью быстродействующих контактных устройств — конусно-штепсельного разъема, ножевого устройства и др.
7.22. Пост электроразогрева представляет собой площадку с деревянными настилом и сетчатым, желательно инвентарным ограждением, оборудованную силовым трансформатором соответствующей мощности и пультом управления. Пульт управления размещается вне ограждения, а ворота для въезда автосамосвалов и калитка в ограждении для прохода обслуживающего персонала должны быть сблокированы системой сигнализации и подачи напряжения на электроды.
7.23. Для непрерывной работы автотранспорта, бесперебойной подачи разогретой смеси в опалубку и максимального использования электрооборудования во времени пост электроразогрева целесообразно устраивать из двух ячеек, подключенных к одному пульту управления и работающих поочередно, причем каждая ячейка должна быть рассчитана на прием бетонной смеси из одного самосвала. Принципиальные схемы двухъячейковых постов электроразогрева в бункерах и в кузовах автосамосвалов приведены на рис. 14 и 15.
Рис. 14. Схема площадки электроразогрева бетонной смеси в бункерах
1 — сигнальные лампы; 2 — ограждение; 3 — деревянный настил; 4 — бункера разогрева; 5 — ворота; 6 — концевые выключатели; 7 — токоподводящий кабель; 8 — пульт управления
Рис. 15. Схема площадки для электроразогрева бетонной смеси в кузовах автосамосвалов
1 — направляющая рама; 2 — механизм подъема системы электродов; 3 — система опускных электродов; 4 — кузов автосамосвала; 5 — направляющие для автосамосвала; 6 — ограждение
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
7.24 Необходимая электрическая мощность для разогрева бетонной смеси определяется теплотехническим расчетом по формуле
P = \frac{C\gamma(t_{\text{р}} - t_{\text{тр}})1,16K \cdot 60V_{\text{б}}}{10^{3} \cdot 4,18K_{\text{эр}}T_{\text{р}}} = \frac{19,28 \cdot 10^{- 3}C\gamma(t_{\text{р}} - t_{\text{тр}})V_{\text{б}}}{T_{\text{р}}} , (20)
где C — удельная теплоемкость бетонной смеси, кДж/(кг·°C) (принимается по таблицам или определяется расчетным или опытным путем);
\gamma — объемная масса бетонной смеси, кг/м3;
tр — конечная температура разогрева бетонной смеси, °C;
tтр — температура после транспортирования бетонной смеси, °C;
Vб — объем одновременно разогреваемой порции бетонной смеси, м3;
K — коэффициент, учитывающий потери тепла в процессе разогрева (принимается равным 1,1);
Kэр — коэффициент использования электроэнергии (при электроразогреве бетонной смеси принимается равным 0,95);
Tр — время разогрева бетонной смеси, мин.
7.25 Расстояние между электродами Bэл в метрах рассчитывается по формуле
B_{\text{эл}} = 31,62 \cdot 10^{- 3}U \sqrt{\frac{V_{\text{б}}}{\rho_{\text{б}}P}} , (21)
где U — напряжение на электродах, В;
\rho_{\text{б}} — расчетное удельное сопротивление бетонной смеси, Ом·м.
7.26. Расчетное удельное электрическое сопротивление бетонной смеси зависит от состава бетона, вида применяемого цемента, и в каждом конкретном случае должно определяться экспериментальным путем по методике, приведенной в прил. 13.
7.27. При заземленном стальном корпусе («смешанная» схема подключения) расстояние от стенки бункера кузова (автосамосвала) до крайнего электрода Bо принимается равным B_{\text{эл}}/ \sqrt{3} , а расстояние от нижней кромки электрода до дна разогревательного устройства составляет 0,52Bэл.
Далее, варьируя продолжительностью разогрева смеси в пределах, указанных в п. 7.8, и напряжением на электродах 380 или 220 В, можно подобрать такое расстояние между электродами, которое обеспечивает размещение по ширине разогревательного устройства необходимого для равномерной загрузки фаз трансформатора количества электродов.
7.28 Зная расстояние между электродами, определяется площадь одного электрода по формуле
S \geq \frac{V_{\text{б}}}{nB_{\text{эл}}} \text{м}^{2}, (22)
где n — количество электродов, подбираемое с учетом равномерной загрузки всех фаз трансформатора и конструктивных размеров емкости для разогрева (как правило, n кратно 3).
Площадь электрода принимается больше расчетной по конструктивным соображениям, чтобы вся смесь с учетом угла естественного откоса находилась между электродами.
7.29 Размеры электродов вычисляются по формулам:
где H — высота бункера (кузова автосамосвала), м;
hн — расстояние от нижней кромки электрода до дна устройства, м;
hв — расстояние от верхней кромки электрода до свободной поверхности бетонной смеси, м (принимается в пределах 0 — 0,025).
7.30 Максимальная электрическая мощность для разогрева бетонной смеси определяется по формуле
P_{max} = \frac{10^{- 3}U^{2}V_{\text{б}}}{B_{\text{эл}}^{2}\rho_{min}} \text{кВт}, (25)
где \rho_{min} — минимальное удельное электрическое сопротивление бетонной смеси в процессе разогрева, Ом·м, определяемое по методике, приведенной в прил. 13.
7.31 По величине Pmax определяется расчетная мощность потребного трансформатора
P_{\text{расч}} = \frac{P_{max}}{\eta cos\varphi K_{\text{к}.\text{п}}} \text{кВт}, (26)
где \eta и cos\varphi — соответственно к.п.д. и коэффициент мощности трансформатора (обычно \eta cos\varphi = 0,9 );
Kк.п — коэффициент кратковременной допустимой перегрузки трансформатора (принимается равным 1,3 — 1,5).
7.32 Выбор типа трансформатора производится по расчетной мощности, соблюдая условие
где Pном — номинальная (паспортная) мощность выбранного трансформатора, кВт.
7.33 Максимальная сила тока для выбора типа и сечения подводящих кабелей определяется по формуле
I_{\text{л}} = \frac{UV_{\text{б}}}{\sqrt{3} \rho_{min}B_{\text{эл}}^{2}} A. (27)
7.34. Ориентировочное значение потребной удельной электрической мощности на разогрев 1 м3 бетонной смеси в зависимости от различных факторов может определяться по номограмме, представленной на рис. 16, или приниматься по данным табл. 39 с последующим уточнением в производственных условиях.
Рис. 16. Номограмма для расчета удельной электрической мощности и удельного расхода электроэнергии при предварительном электроразогреве бетонной смеси
| Время разогрева, мин | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|
| Потребная мощность для разогрева смеси на \Delta t = 60^{\circ}C | 625 | 315 | 215 | 160 |
7.35. Расход электрической энергии на разогрев 1 м3 бетонной смеси зависит от начальной температуры смеси, конечной температуры разогрева, условий окружающей среды и других факторов. Ориентировочно он может быть определен по формуле
W = \frac{P_{\text{ном}}T_{\text{р}}}{60V_{\text{б}}} \text{кВт} \cdot \text{ч} (28)
или принят равным 0,9 кВт·ч на каждый градус разогрева.
7.36. Количество бункеров для разогрева подбирается исходя из суточного потока бетонной смеси, емкости кузова бетоновозной машины, грузоподъемности крана и других производственных факторов. Общая емкость устанавливаемых в одной ячейке поста электроразогрева бункеров должна соответствовать емкости кузова транспортного средства, которым доставляется бетонная смесь с завода.
Для используемых на практике самосвалов потребность в бункерах различной емкости в расчете на 1 ячейку поста электроразогрева может приниматься согласно данным табл. 40.
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ
7.37. Бетонная смесь должна приготовляться с начальной температурой, обеспечивающей с учетом потерь тепла при транспортировке температуру к моменту разогрева в наиболее охлаждаемых зонах не ниже 2 °C при разогреве в бункерах и не ниже 0 °C при разогреве в кузовах автосамосвалов.
Максимально допустимая температура бетонной смеси на выходе из бетоносмесительного узла должна определяться при подборе состава в зависимости от вида и минералогического состава применяемого цемента, условий и ожидаемой продолжительности транспортирования и назначаться такой, чтобы исключить возможность преждевременного загустевания смеси.
7.38. Состав бетонной смеси, подвергаемой электроразогреву, должен подбираться расчетно-экспериментальным путем любым известным методом с учетом условий транспортирования и продолжительности основных технологических операций.
Подобранный состав должен обеспечить потребную для данных уплотняющих устройств виброобрабатываемость разогретой смеси в период укладки и проектную прочность в 28-суточном возрасте нормально-влажностного твердения при минимальном расходе вяжущего.
7.39. Виброобрабатываемость бетонных смесей после электроразогрева рекомендуется определять по методике, изложенной в прил. 11.
7.40. Приготовленная бетонная смесь транспортируется на строительную площадку любыми транспортными средствами (автосамосвалами, автобетоновозами, автобетоносмесителями и др.). При использовании автосамосвалов смесь в кузовах должна быть укрыта брезентом для исключения излишнего охлаждения открытой поверхности и попадания в нее атмосферных осадков.
7.41. Для сокращения расхода электроэнергии при разогреве бетонной смеси рекомендуется последнюю перевозить в утепленных или подогреваемых выхлопными газами кузовах автомашин. Однако при этом необходимо следить, чтобы температура смеси на контакте с обогреваемым кузовом с учетом дальности перевозок не превышала расчетную во избежание преждевременного загустевания смеси.
7.42 Электроразогрев бетонной смеси в бункерах осуществляется в следующей последовательности:
очищенные бункера устанавливаются на посту электроразогрева;
машина с бетонной смесью заезжает в одну из свободных ячеек поста электроразогрева, выгружает смесь в бункера и выезжает;
бетонная смесь равномерно распределяется между электродами бункера путем кратковременного вибрирования установленного на корпусе бункера вибратора, после чего в смесь устанавливают термометры или термодатчики;
в случае необходимости защиты от атмосферных осадков открытая часть бункера закрывается крышкой или брезентом;
после выхода людей за пределы ограждения специально обученный электрик, предварительно убедившись в отсутствии напряжения на проводах, предназначенных для питания электродов, присоединяет к корпусу одного из бункеров провод от защитного заземления, соединяет провода от питающей сети к контактным выводам электродов и выходит за пределы ограждения, закрывая калитку и ворота;
производится подача напряжения на электроды. При этом необходимо убедиться в работе сигнализации;
после достижения в бетонной смеси расчетной температуры напряжение отключается. После этого обслуживающий пост электрик, убедившись в отсутствии напряжения на контактных выводах, входит в пределы ограждения и при открытой калитке отключает токоподводящий провод и провод от защитного заземления;
из бункера снимаются защитный брезент, термометры (термодатчики) и бункер с разогретой смесью подается краном к месту укладки.
7.43. В случае электроразогрева бетонной смеси непосредственно в кузове автосамосвала технологические операции по разогреву должны выполняться в следующей последовательности:
машина с бетонной смесью въезжает в одну из свободных ячеек поста электроразогрева и останавливается в строго определенном положении под рамой с электродами;
заглушив двигатель и поставив машину на тормоза, водитель выходит из кабины и покидает пределы ограждения;
обслуживающий пост разогрева электрик закрывает въезды и входы на пост и присоединяет провода от защитного заземления к кузову машины;
проверив отсутствие людей в пределах ограждения, электрик опускает раму с электродами и погружает последние в бетонную смесь при одновременном включении вибратора. При этом необходимо строго следить, чтобы рама с электродами устанавливались в заданном положении, без перекосов;
на электроды подается напряжение и производится электроразогрев бетонной смеси до заданной температуры;
по окончании электроразогрева напряжение отключается, извлекаются электроды, снимается заземление кузова;
открываются ворота в ограждении, водитель садится в кабину, выезжает с поста разогрева и доставляет разогретую смесь к месту укладки.
7.44. Равномерное распределение бетонной смеси между электродами позволяет избежать перекоса фаз питающей сети и обеспечивает минимальный разброс температур по разогреваемому объему бетонной смеси.
7.45. Разогретая бетонная смесь без дополнительных перегрузок должна быть немедленно (в течение не более 15 мин) уложена в подготовленную опалубку. В целях снижения потерь тепла при последующем выдерживании целесообразно использовать утепленную опалубку.
В случае длительной задержки с укладкой разогретой смеси (свыше 15 мин) последняя должна быть выгружена из бункера разогрева во избежание ее схватывания.
7.46. Перерывов в укладке бетона в конструкцию следует избегать. При неизбежности перерывов поверхность бетона до возобновления бетонирования необходимо тщательно укрывать и утеплять.
7.47. При длительных перерывах в бетонировании и по окончании рабочей смены бункера для электроразогрева и опускные электроды должны очищаться от остатков бетона.
7.48. Для периодической (1 — 2 раза в 1 мес) и капитальной (1 раз в 1 — 2 мес) очистки устройств для разогрева смеси следует применять механические и химические способы очистки.
7.49. Химическая очистка может выполняться жидким раствором или густой пастой.
7.50. Если устройство порционного или непрерывного разогрева можно наполнить жидким раствором, очистку выполняют, не разбирая оборудования. В противном случае загрязненные узлы помещают в специальные ванны с жидким раствором. Очистка производится в течение 25 мин при перемешивании раствора (включением вибратора, с помощью сжатого воздуха и т.п.). Затем раствор сливают в специальную емкость и 5 — 10 мин его нейтрализуют 10%-ным раствором кальцинированной соды равного объема. После этого раствор сливают в промышленную канализацию. Таким же образом нейтрализуют остатки очищающего раствора в установке, после чего установку промывают 5%-ным раствором соды, а затем струей воды.
При использовании очищающей пасты ее наносят на загрязненную поверхность шпателем. Время воздействия пасты на слой цементного камня толщиной до 2 — 3 мм составляет около 25 мин. После очистки пасту смывают струей воды, а очищенную поверхность нейтрализуют так же, как и при применении жидкого очищающего раствора.
8. ЭЛЕКТРОПРОГРЕВ БЕТОНА
8.1. При электропрогреве электрический ток пропускают через бетон как через омическое сопротивление, при этом в бетоне выделяется тепло. Напряжение к бетону подводят с помощью стальных электродов.
Для электропрогрева бетона монолитных конструкций используют переменный ток промышленной частоты.
Преимуществом электропрогрева по сравнению с другими способами электротермообработки является выделение тепла непосредственно в бетоне, что обусловливает более равномерное температурное поле в бетонной конструкции и более высокий коэффициент использования электроэнергии.
8.2. Электропрогрев бетона может быть применен при любой температуре наружного воздуха для конструкций любого типа и конфигурации.
8.3. Выбор параметров температурного режима электропрогрева бетона и расчет требуемой мощности следует производить в соответствии с данными, приведенными в разд. 4 данного Руководства.
8.4. Электрический расчет электропрогрева бетона заключается в определении расстояния между электродами и необходимого напряжения по ранее установленной расчетом требуемой мощности и определенной экспериментальной величине удельного электрического сопротивления бетона.
УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
8.5. Удельное электрическое сопротивление \rho является физическим свойством бетона. Его величина определяется главным образом составом и концентрацией ионов в жидкой фазе (вода с растворенными в ней твердыми веществами) бетона, ее количеством в единице объема бетона и температурой.
8.6. На состав и концентрацию ионов в жидкой фазе бетона (без добавок-электролитов) доминирующее влияние оказывает содержание в цементе водорастворимых щелочных окислов Na2O и K2O, которые начинают растворяться в жидкой фазе сразу после затворения цемента водой. Разница в величинах \rho бетонов, приготовленных на портландцементах различных заводов-изготовителей, близких по минералогическому составу, но с разным содержанием водорастворимых щелочных окислов, может достигать 8 раз. Ориентировочные данные о величинах \rho в процессе электропрогрева бетонов одинакового состава, приготовленных на цементах разных заводов, приведены в прил. 12.
Удельное электрическое сопротивление бетонов одинакового состава на шлакопортландцементах заметно выше, чем на портландцементах с аналогичным содержанием водорастворимых щелочных окислов, что объясняется адсорбцией ионов на поверхности тонкодисперсных частиц шлака и меньшим содержанием клинкера в шлакопортландцементах.
8.7. Увеличение или уменьшение количества воды затворения вызывает существенное снижение или повышение удельного электрического сопротивления бетона. Например, с увеличением начального водосодержания с 135 до 225 л/м3 \rho снижается в 2,4 — 2,6 раза.
Увеличение или уменьшение расхода цемента вызывает незначительное снижение или повышение \rho . Например, рост расхода цемента с 220 до 485 кг/м3 снижает \rho в 1,25 — 1,45 раза.
8.8. Введение в бетон химических добавок-электролитов (кроме Al2SO4 и Fe2SO4) существенно снижает величину \rho (табл. 41).
Пластифицирующие добавки и замедлители схватывания практически не влияют на \rho бетона.
Удельное электрическое сопротивление бетона в результате введения добавок-электролитов снижается тем в большей степени, чем выше величина \rho бетона без добавок, в связи с чем влияние добавки на \rho бетона каждого конкретного состава необходимо определять экспериментальным путем (прил. 13).
8.9. С повышением температуры бетона его удельное электрическое сопротивление пропорционально снижается. Замерзший бетон без добавок практически не проводит электрического тока и не может быть подвергнут электропрогреву.
8.10. Удельное электрическое сопротивление бетонов на пористых заполнителях зависит от тех же факторов, что и бетонов на плотных заполнителях. Однако величина \rho бетонов на пористых заполнителях с таким же расходом воды и цемента выше, чем на плотных заполнителях вследствие отсоса части жидкой фазы из межзернового пространства в поры заполнителей. В процессе подъема температуры бетона жидкая фаза постепенно вытесняется из пор заполнителя расширяющимся воздухом в межзерновое пространство, что увеличивает интенсивность снижения \rho .
8.11. При твердении бетона \rho изменяется вследствие протекания в нем химических, физико-химических и физических процессов. От начальной величины \rho_{\text{нач}} перед прогревом оно снижается благодаря растворению в жидкой фазе водорастворимых щелочных окислов цементного клинкера и продуктов новообразований, главным образом извести. Снижение \rho замедляется главным образом в связи с физическим связыванием воды затворения по мере адсорбционного связывания воды образующейся коллоидной фазой новообразований, а также в связи с замедлением растворения электролитов в жидкой фазе по мере ее насыщения. Удельное электрическое сопротивление достигает минимальной величины \rho_{\text{мин}} , после чего оно начинает возрастать вследствие химического и физического связывания воды, испарения влаги из бетона, образования замкнутых пор в структуре цементного камня. Примерный характер кривой изменения \rho бетона в процессе его электропрогрева показан на рис. 17.
Рис. 17. Изменение удельного электрического сопротивления бетона в процессе электропрогрева
8.12. Увеличение продолжительности предварительного выдерживания бетона незначительно снижает \rho_{\text{нач}} и практически не изменяет \rho_{\text{мин}} . Скорость подъема температуры бетона в пределах до 30 °C в час почти не влияет на \rho_{\text{мин}} , при этом величина \rho_{\text{мин}} наступает при температуре бетона 50 — 60 °C. Повышение температуры изотермического прогрева и его продолжительности приводит к увеличению \rho бетона.
8.13. С учетом влияния всех упомянутых факторов при электропрогреве бетонов без добавок \rho_{\text{нач}} может находиться в пределах от 4 до 25 Ом·м, \rho_{\text{мин}} — от 2 до 20 Ом·м. Влияние добавок электролитов можно определять по данным, приведенным в табл. 41.
Расчет необходимого напряжения на электродах в период подъема температуры бетона следует осуществлять по расчетной величине удельного электрического сопротивления
\rho_{\text{расч}} = \frac{\rho_{\text{нач}} + \rho_{\text{мин}}}{2} . (29)
Величины \rho_{\text{нач}} и \rho_{\text{мин}} необходимо определять экспериментально (см. методику в прил. 13) для каждого конкретного состава бетона.
Для предварительных расчетов при известной величине \rho_{\text{нач}} рекомендуется принимать \rho_{\text{расч}} = 0,85\rho_{\text{нач}} в случае электропрогрева бетонов на плотных заполнителях и \rho_{\text{расч}} = 0,8\rho_{\text{нач}} — на пористых заполнителях.
8.14 Электроды и их размещение в бетоне должны удовлетворять следующим требованиям:
а) мощность электрического тока, проходящего через бетон, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету;
б) электрическое поле в бетоне и соответственно температурное поле должны быть по возможности равномерными, что обеспечивает снижение расхода электроэнергии при прогреве;
в) электроды должны по возможности располагаться снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения их оборачиваемости;
г) электроды должны подключаться к токоподводящим проводам по возможности до начала бетонирования, чтобы осуществлять электропрогрев бетона по ходу укладки и уплотнения бетонной смеси или сразу после окончания бетонирования конструкции во избежание недопустимого остывания и замерзания бетона.
8.15. Типы электродов, применяемых при электропрогреве бетона, их характеристики и размеры приведены в табл. 42.
8.16. Электропрогрев бетона может быть сквозным, когда электрический ток проходит через все сечение конструкции и тепло выделяется в объеме всей конструкции, или периферийным, при котором электрический ток проходит через периферийные слои бетона, нагревая их, а остальная часть бетона нагревается за счет теплопередачи от периферийных слоев. При прочих равных условиях сквозной прогрев обеспечивает более равномерное температурное поле в конструкции, что позволяет поднимать температуру с большей скоростью и осуществлять изотермический прогрев меньшей продолжительности для достижения заданной прочности в наименее нагретых зонах бетона.
8.17. При электропрогреве неармированного бетона или железобетона с арматурой, не искажающей электрического поля между электродами (п. 8.29), в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, изложенным в п. 8.14, пластинчатые электроды. Электроды на противоположных поверхностях конструкции подключают к разным фазам (рис. 18, а).
Рис. 18. Электропрогрев бетона пластинчатыми электродами
а — график для расчета при напряжении на электродах; б — схема подключения; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 — при напряжении соответственно 49, 60, 70, 85, 103, 121 и 220 В
Электрическая мощность при прохождении тока между пластинчатыми электродами через бетон определяется по формуле:
P = 10^{- 3} \frac{U^{2}}{b^{2}\rho_{\text{расч}}} , (30)
где P — удельная мощность, кВт/м3;
U — напряжение на электродах, В;
b — расстояние между электродами, м;
\rho — расчетное удельное электрическое сопротивление бетона, Ом·м.
По формуле (30) построен график на рис. 18, б, который позволяет по трем известным параметрам определить четвертый:
а) по заданным удельной мощности P, расстоянию между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho — требуемое напряжение U;
б) по заданным удельной мощности P, напряжению U и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho — необходимое расстояние между электродами b;
в) по заданным величинам напряжения U, расстояния между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} — величину удельной электрической мощности P.
8.18. С целью экономии металла вместо пластинчатых электродов, закрепляемых на деревянных опалубочных щитах, могут применяться полосовые электроды. Все электроды, расположенные на одной плоскости конструкции, подключают к одной фазе сети, расположенные на противоположной плоскости — к другой фазе (рис. 19, а).
Рис. 19. Схемы размещения и подключения полосовых электродов
а — при сквозном прогреве; б — при одностороннем периферийном прогреве конструкций толщиной 30 см; в — при периферийном прогреве конструкций толщиной более 30 см
Величину электрической мощности при сквозном прогреве бетона полосовыми электродами можно определить по графику на рис. 18, б, умножая мощность, полученную по графику, на коэффициент Z (табл. 43).
Примечание. Значение коэффициента Z для промежуточных величин b, t и a следует определять интерполяцией.
8.19. Полосовые электроды применяются для периферийного электропрогрева. Соседние электроды подключают к разным фазам сети, переменный ток проходит от электрода к электроду через периферийный слой бетона. Почти вся электрическая мощность приходится на слой с толщиной, равной примерно 0,5 расстояния между соседними электродами.
Бетонные конструкции толщиной до 30 см можно прогревать при одностороннем расположении полосовых электродов (рис. 19, б).
В этом случае равномерное температурное поле в бетоне обеспечивается при расстоянии b между соседними полосовыми электродами, близком к удвоенной толщине конструкции. При невозможности использования такого расстояния между электродами для конструкций толщиной более 20 см из-за необходимости применения пониженного напряжения (п. 18.28 данного Руководства) следует учитывать, что температура в слое бетона, в котором расположены электроды, будет на 15 — 20 °C больше, чем на противоположной поверхности бетона.
Удельная электрическая мощность при одностороннем периферийном прогреве бетона конструкций ограниченной толщины определяется по формуле
P = \frac{1,57 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}Bb(\alpha \frac{4b}{\pi a} + \frac{\pi b}{2B})} , (31)
где B — толщина конструкции, м;
b — расстояние между разноименными электродами м;
\alpha — коэффициент, равный при трехфазном токе 1,5, при однофазном токе — 2.
По формуле (31) построены графики (рис. 20, а, б, в), которые позволяют:
а) по заданным удельной мощности P, толщине бетонной конструкции B, расстоянию между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению бетона \rho_{\text{расч}} определить необходимое напряжение U на электродах;
б) по заданным удельной мощности P, толщине бетонной конструкции B, напряжению на электродах U и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемое расстояние между электродами b;
в) по заданным толщине бетонной конструкции B, напряжению на электродах U, расстоянию между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить электрическую мощность P.
Рис. 20а. График для расчета периферийного прогрева при одностороннем расположении полосовых электродов бетона конструкций толщиной B = 10 см (обозначения по рис. 20в)
Рис. 20б. График для расчета периферийного прогрева при одностороннем расположении полосовых электродов бетона конструкций толщиной B = 20 см (обозначения по рис. 20в)
Рис. 20в. График для расчета периферийного прогрева при одностороннем расположении полосовых электродов бетона конструкций толщиной B = 30 см
I-1, I-2, I-3, I-4, I-5 — при напряжении 49 В; II-1, II-2, II-3, II-4, II-5 — 60 В; III-1, III-2, III-3, III-4, III-5 — 70 В; IV-1, IV-2, IV-3, IV-4, IV-5 — 85 В; V-1, V-2, V-3, V-4, V-5 — 103 В; VI-1, VI-2, VI-3, VI-4, VI-5 — 121 В; расчетное удельное электрическое сопротивление 1, 2, 3, 4, 5 — соответственно 2, 4, 8, 12, 16 Ом·м; при ширине полосовых электродов 0,02 м — 1', 2', 3', 4', 5' и 0,05 м — 1», 2», 3», 4», 5»
8.20. Периферийный электропрогрев бетонных конструкций толщиной более 30 см рекомендуется осуществлять с размещением полосовых электродов на каждой плоскости конструкции (см. рис. 20, в). Для этого случая электрическую мощность определяют в расчете на 1 м2 поверхности конструкции по формуле
P_{\text{м}^{2}} = \frac{0,785 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}bln2,54 \frac{b}{a}} , (32)
где P — удельная электрическая мощность на единицу поверхности, кВт/м2.
По формуле (32) построен график на рис. 21, который позволяет:
а) по заданным удельной мощности P_{\text{м}^{2}} , расстоянию между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемое напряжение на электродах U;
б) по заданным удельной мощности P_{\text{м}^{2}} , напряжению на электродах U и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемое расстояние между электродами b;
в) по заданным напряжению на электродах U, расстоянию между электродами b и по известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить электрическую мощность P_{\text{м}^{2}} .
Рис. 21. График для расчета периферийного нагрева бетона конструкций толщиной более 30 см с помощью полосовых электродов (обозначения — по рис. 20 в)
При отсутствии стали нужных сортаментов вместо полосовых электродов допускается применять электроды из круглой стали. Их диаметр определяется соотношением d = \frac{a}{2} .
8.21. Разновидностью периферийного электропрогрева является прогрев армированных конструкций с использованием металлической опалубки в качестве электрода. Защитный слой арматуры должен быть не менее 3 см, размер ячейки арматурных сеток или каркасов — не более 40 см. При этом возможны следующие схемы коммутации (рис. 22):
а) все щиты опалубки подключаются к одной фазе, арматура заземляется (однофазный ток);
б) половина щитов подключается к одной фазе, вторая половина заземляется (однофазный ток);
в) опалубка разделяется на три части, каждая из которых подключается к одной из фаз, арматура заземляется (трехфазный ток);
г) опалубка разделяется на три части, каждая из которых подключается к одной из фаз, арматура не заземляется (трехфазный ток).
Рис. 22. Схема коммутации прогрева с использованием в качестве электродов щитов металлической опалубки
а, б — для однофазного тока; в, г — для трехфазного тока; 1 — щит опалубки; 2 — бетон; 3 — арматурная сетка; 4 — изолятор
Электрическое сопротивление системы при использовании схемы б вместо схемы а увеличивается в 2 раза.
Щиты металлической опалубки, подключенные к разным фазам, должны быть разделены изоляторами из пластмассы или дерева шириной не менее двойной толщины защитного слоя арматуры.
Электрическое сопротивление системы «металлический щит опалубки — арматура» определяется по формуле
R = \frac{\rho_{\text{расч}}}{\pi l} ln[\frac{Sq}{2\pi d} sh(\frac{\pi S}{q})], (33)
где S — толщина защитного слоя, м;
q — размер ячейки арматуры, м;
d — диаметр арматурных стержней;
l — общая длина стержней на 1 м2 арматурной сетки.
Если арматурная сетка изготовлена из стержней разного диаметра и если размеры ячейки в разных направлениях различны, электрическое сопротивление между опалубкой и каждой системой параллельных стержней R1 и R2 вычисляется отдельно, а затем находят общее сопротивление по формуле
R = \frac{R_{1}R_{2}}{R_{1} + R_{2}} . (34)
По формуле (33) построены графики на рис. 23, по которым можно определять электрическое сопротивление системы при разных значениях S, q и d.
Рис. 23. Графики для определения электрического сопротивления защитного слоя бетона при периферийном прогреве с использованием в качестве электродов щитов металлической опалубки при размере ячейки арматурной сетки:
а — 10 см; б — 20 см; в — 30 см; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 — диаметры арматурных стержней соответственно 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 мм
8.22. Стержневые электроды наиболее целесообразно применять в виде плоских групп, электроды которых подключают к одной фазе (рис. 24, а). Использование таких электродов приводит к большей равномерности температурного поля в бетоне, чем при ином расположении стержневых электродов. Удельная электрическая мощность при электропрогреве бетона плоскими группами стержневых электродов определяется по формуле
P = \frac{3,14 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}bh(\alpha ln \frac{h}{\pi d} + \pi \frac{b}{h})} , (35)
h — расстояние между осями электродов в плоской группе, м;
b — расстояние между осями электродов в соседних плоских группах, м.
Рис. 24. Прогрев бетона стержневыми электродами
а — плоскими электродными группами; б — узких сечений — одиночными электродами; в — номограмма для расчета прогрева плоскими электродными группами (обозначения как на рис. 20); г — график для определения расхода электродной стали диаметром 6 мм при использовании плоских групп стержневых электродов
По формуле (35) построена номограмма на рис. 24, в. При ее построении отношение \frac{b}{h} принято таким, чтобы в бетоне температурные градиенты в процессе электропрогрева не превышали 1 °C/см. Диаметр электродов принят равным 6 мм. Номограмма позволяет:
а) по заданным удельной мощности P, напряжению U и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить необходимое расстояние между плоскими электродными группами b и между электродами в группе h;
б) по заданным удельной электрической мощности P, расстоянию между плоскими электродными группами b и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить необходимое напряжение на электродах U и расстояние между электродами в плоской группе h;
в) по заданным напряжению на электродах U, расстоянию между плоскими электродными группами b и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить расстояние между электродами в плоской группе h и удельную электрическую мощность P.
Расход стали при использовании плоских групп стержневых электродов можно ориентировочно принимать по графику на рис. 24, г.
8.23. Для электропрогрева бетонных и железобетонных элементов малой толщины и значительной протяженности используют одиночные стержневые электроды (рис. 24, б), которые устанавливают в бетон и подключают к разным фазам. Удельная электрическая мощность при таком размещении электродов определяется по формуле
P = \frac{3,14 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}B(\alpha ln \frac{B}{\pi d} + \frac{\pi b}{B})} . (36)
Для электрического расчета прогрева элементов малой ширины одиночными стержневыми электродами можно пользоваться номограммой на рис. 24, в, считая B = h.
8.24. В случаях, когда применение плоских групп невозможно из-за наличия в конструкции соответствующим образом расположенной арматуры, стержневые электроды размещают в шахматном порядке. Схема коммутации электродов приведена на рис. 25, б, график для электрического расчета прогрева — на рис. 25, а.
Рис. 25. Прогрев бетона стержневыми электродами, расположенными в шахматном порядке
а — график для расчета (обозначения как на рис. 20); б — рекомендуемая схема подключения электродов
График на рис. 25, в позволяет:
а) по заданным удельной электрической мощности P, напряжению на электродах U и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемые расстояния между электродами b = h;
б) по заданным удельной электрической мощности P, расстояниям между электродами b = h и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемое напряжение на электродах U;
в) по заданным расстояниям между электродами b = h, требуемому напряжению на электродах U и известному удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить удельную электрическую мощность P.
8.25. Струнные электроды применяют для электропрогрева бетонных и железобетонных конструкций, длина которых значительно больше размеров поперечного сечения — колонн, балок, прогонов, монолитных элементов сборно-монолитных конструкций и т.п.
Если прогрев струнными электродами конструкции с четырьмя арматурными стержнями в углах сечения осуществляется в деревянной опалубке, струну или группу струн устанавливают по оси конструкции (рис. 26, а, б) и подключают к одной фазе, а арматурные стержни — к другой фазе или к нулевому проводу. Удельная электрическая мощность определяется по формуле
P = \frac{6,28 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}B^{2}ln \frac{2b}{d} \sqrt[4]{\frac{b}{2d}}} , (37)
где B — сторона сечения конструкции, м;
b — расстояние от оси струны до осей арматурных стержней в углах сечения, м.
Рис. 26. Прогрев бетона струнными электродами
а — схема подключения при прогреве конструкций с четырьмя стержнями в углах сечения; б — то же, с часто расположенными арматурными стержнями на периферии сечения или в металлической опалубке; в — номограмма для расчета прогрева (обозначения как на рис. 20)
По формуле (37) построена номограмма на рис. 26, в, которая позволяет:
а) по заданной удельной электрической мощности P, известным расстоянию между осями струнного электрода и арматурных стержней b, диаметру арматурных стержней d и удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить требуемое напряжение U и диаметр струнного электрода d;
б) по заданному напряжению U, известным расстоянию между осями струнного электрода и арматурных стержней b, диаметру арматурных стержней d и удельному электрическому сопротивлению \rho_{\text{расч}} определить диаметр струнного электрода d и удельную электрическую мощность P.
8.26. При электропрогреве конструкций квадратного или близкого к квадратному сечения с часто расположенными на периферии продольными арматурными стержнями, а также конструкций в металлической опалубке либо в деревянной опалубке, обшитой изнутри кровельной сталью (рис. 26, б), струну или группу струн устанавливают по оси конструкции и подключают к одной фазе, густой арматурный каркас или металлическую опалубку (металлическую обшивку деревянной опалубки) — к другой фазе или к нулю. Удельная электрическая мощность определяется по формуле
P = \frac{6,28 \cdot 10^{- 3}U^{2}}{\rho_{\text{расч}}B^{2}ln \frac{b}{d}} , (38)
где B — сторона сечения конструкции, м;
b — расстояние от оси струны до арматуры или опалубки, подключенной к второй или нулевой фазе, м.
Величину удельной электрической мощности при электропрогреве струнными электродами по схеме, приведенной на рис. 26, б, можно ориентировочно определить по номограмме на рис. 26, в, умножая полученное значение на 2.
8.27. При большой длине конструкции вместо одной струны возможна установка двух или трех струн по длине (рис. 27), подключаемых к разным фазам.
Рис. 27. Схема подключения электродов при установке двух или трех струн по длине конструкции
Электрический расчет прогрева в этих случаях можно производить по номограмме на рис. 26, в для варианта, приведенного на рис. 26, а, или той же номограммой с умножением полученного значения на 2 для варианта, приведенного на рис. 26, б, причем при двух струнах найденное значение мощности необходимо уменьшить в 2 раза, при трех струнах — в 1,73 раза.
Если диаметр струнного электрода, определенный расчетом или по номограмме на рис. 26, в, превышает 12 — 16 мм, для экономии металла и увеличения равномерности температурного поля в бетоне рекомендуется одиночную струну заменить пучком струнных электродов меньшего диаметра. Условие электрической эквивалентности определяется формулой
D = d_{n - 1} \sqrt{\frac{d}{nd_{2}}} , (39)
где D — диаметр пучка электродов, м;
d2 — диаметр струнных электродов пучка, м.
График для расчета пучков струнных электродов, электрически эквивалентных одиночным струнам, приведен на рис. 28.
Рис. 28. График для расчета эквивалентных диаметров струнных электродов
1, 2, 3, 4, 5, 6 — число струн в пучке соответственно 10, 8, 6, 4, 3, 2
Необходимо учитывать, что расстояние в свету между соседними струнами пучка должно не меньше чем в 1,33 раза превышать наибольший размер зерен крупного заполнителя.
8.28. При изменении расчетного удельного электрического сопротивления бетона (вследствие использования цемента другого завода-поставщика, введения в смесь добавок и т.п.) электрическая мощность возрастает пропорционально снижению \rho .
Для сохранения первоначальной электрической мощности при изменении \rho_{\text{расч}} необходимо уменьшить напряжение на электродах Ub \sqrt{\rho_{\text{расч}}^{1}/\rho_{\text{расч}}^{2}} раз, где \rho_{\text{расч}}^{1} — первоначальное: \rho_{\text{расч}}^{2} — измененное значение расчетного удельного электрического сопротивления бетона.
Допустимая длина электрода (полосового, стержневого, струнного) определяется допустимой величиной потери напряжения по его длине. При условии потери не более 2,5% напряжения, подведенного к одному концу электрода, его допустимая длина lэл = 0,5fRб, подведенного к двум концам — lэл = fRб, где f — сечение электрода, м2; Rб — электрическое сопротивление бетона при \rho = \rho_{\text{расч}} , определяемое по формуле
R_{\text{б}} = \frac{U^{2}}{1000P} . (40)
Электрическая мощность P определяется в соответствии с положениями данного раздела.
Потеря напряжения приводит к выделению части расчетного количества тепла не в бетоне, а в металле электрода.
8.29. Приведенные выше положения о равномерности температурного поля в бетоне при использовании пластинчатых, полосовых и стержневых электродов относятся к прогреву неармированного бетона. Стальная арматура в бетоне может существенно нарушить равномерность электрического поля между электродами и, соответственно, привести к значительной неравномерности температурного поля в конструкции. Одновременно наличие арматуры может вызвать понижение электрического сопротивления между электродами и пропорциональное увеличение электрической мощности при тех же значениях напряжения на электродах, расстояния между электродами и удельного электрического сопротивления бетона.
8.30. В случае если арматурные сетки или плоские каркасы расположены параллельно электродам, т.е. направление тока между разноименными электродами перпендикулярно плоскости сетки или плоского каркаса, и сетки или каркасы, находящиеся в разных плоскостях, не соединены друг с другом, арматура практически не оказывает влияния на равномерность температурного поля в бетоне и электрическую мощность. Примером служат верхняя и нижняя сетки при двойном армированном перекрытии, полов, днищ и т.п., когда положение верхней сетки определяется фиксаторами и не из металла, а из токонепроводящего материала — бетона или раствора, пластмассы.
В случаях, когда арматурные сетки направлены от одного электрода к другому (электроды разноименные), ток частично проходит по этим стержням, нагревая их и пристержневые зоны бетона больше, чем нагревается бетон в остальных зонах. Сказанное относится и к тем арматурным стержням, хомутам, фиксаторам из стали, которые соединяют между собой арматурные элементы, расположенные параллельно пластинчатым, полосовым или стержневым электродам.
8.31. Чем меньше расстояние между электродами и арматурой, тем больше неравномерность температурного поля в бетоне. Рекомендуется при напряжении на электродах в период подъема температуры бетона 49 — 60 В соблюдать расстояние между электродами и арматурой не менее 25 мм, при 70 — 85 В — не менее 40 мм.
8.32. При периферийном электропрогреве железобетонных конструкций с пространственным армированием арматурные сетки, расположенные параллельно электродам, экранируют электрическое поле в бетоне. В результате тепло образуется только в периферийном защитном слое бетона, внутренние зоны конструкции нагреваются за счет теплопередачи от периферийных слоев, при этом их температура растет значительно медленнее, чем в периферийных. Разница температуры бетона в периферийных и внутренних зонах тем больше, чем больше толщина конструкции и чем выше скорость подъема температурных периферийных слоев. Во избежание недопустимых температурных перепадов температура изотермического прогрева в конструкциях толщиной более 40 см ограничена (см. п. 4.9).
8.33. При сквозном прогреве пластинчатыми, полосовыми и стержневыми электродами бетона железобетонных конструкций, расположение арматуры в которых вызывает искажение силового поля, величина электрической мощности больше, как правило, в 1,3 — 1,6 раза, чем указано в пп. 8.17, 8.25 для аналогичного размещения электродов в неармированном бетоне, что необходимо учитывать в расчетах.
8.34. Использовать арматуру железобетонных конструкций в качестве электродов допускается лишь в тех случаях, когда применение электродов, перечисленных в табл. 42, представляется сложным или невозможным. Во избежание возможного пересушивания приэлектродных слоев из-за высокой температуры бетона вблизи электродов и соответствующего уменьшения сцепления арматуры с бетоном скорость подъема температуры в наиболее нагреваемых зонах не должна превышать 8 °C в час. Для обеспечения большей равномерности температурного поля в бетоне рекомендуется применять по возможности сетки с малыми размерами ячеек.
8.35. Кольцевые электроды (рис. 29), применяемые при электропрогреве бетона вертикальных неармированных или слабо армированных стыков колодезного типа, эквивалентны одиночным стержневым электродам с длиной, равной развернутой длине кольцевого электрода в бетоне.
Рис. 29. Схемы электродов, приравниваемых к основным типам электродов
а — кольцевые; б — плавающие; в — арматура из жестких профилей; 1 — бетон монолитной конструкции; 2 — бетон замоноличивания; 3 — опалубка; 4 — электрод; 5 — жесткая арматура
Плавающие электроды из круглых прутков, заглубленных в бетон на 2 — 5 см (рис. 29, б), также эквивалентны одиночным стержневым электродам.
Арматурную сетку с размерами ячейки не более 15 см, используемую в качестве электрода, например, при прогреве плит перекрытий, полов или днищ резервуаров с однородным армированием, следует с достаточной точностью принимать эквивалентной пластинчатому электроду.
Арматуру из жестких прокатных профилей, используемую в качестве электрода (рис. 29, в), рекомендуется принимать эквивалентной струнному электроду с диаметром, равным диаметру окружности, вписанной в сечение профиля по его большой оси.
Параллельно расположенные плавающие арматурные сетки, не соединенные одна с другой металлическими стержнями и используемые в качестве разноименных электродов, рекомендуется принимать эквивалентными пластинчатым электродам. Величину электрической мощности, определенную по формуле (30) или по графику на рис. 18, б, необходимо уменьшать в 1,3 или в 1,15 раза при расстоянии между сетками соответственно до 20 и более 20 см.
При использовании электродов других конфигураций, не упомянутых в пп. 8.17 - 8.27, их расчет необходимо осуществлять, приводя их к одному из типов электродов, перечисленных в данном разделе.
ВЫДЕРЖИВАНИЕ ЗАДАННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОПРОГРЕВА БЕТОНА
8.36. Выдерживание заданного температурного режима при электропрогреве, как и при других способах электротермообработки, сводится к регулированию электрической мощности, которая должна изменяться при переходе от периода подъема температуры к изотермическому прогреву. Кроме того, в процессе электропрогрева в связи с постоянным изменением электрического сопротивления бетона (см. п. 8.11) выдерживание неизменной величины мощности требует применения одного из следующих дополнительных приемов регулирования:
а) изменения напряжения питающей сети;
б) изменения схемы коммутации электродов для изменения величины электрического сопротивления бетона между электродами;
в) прерывистой (импульсной) подачи напряжения на электроды.
8.37. Регулирование напряжения на электродах для обеспечения постоянной величины электрической мощности при изменении электрического сопротивления бетона следует осуществлять в соответствии с зависимостью, определяемой формулой
где R — электрическое сопротивление между электродами, Ом.
Электрическое сопротивление R изменяется пропорционально изменению удельного электрического сопротивления. При электропрогреве монолитных конструкций для выдерживания заданного температурного режима необходимый диапазон изменения напряжения не превышает 2 — 2,5 раза, что вполне обеспечивается серийно выпускаемыми понижающими трансформаторами для электропрогрева бетона.
8.38. Изменение схемы коммутации электродов при неизменном напряжении питающей сети предусматривает возможность включения в электрическую цепь различных участков бетона с разным электрическим сопротивлением. При этом по окончании подъема температуры бетона, когда необходимо уменьшить электрическую мощность, длина участка бетона между соседними разноименными электродами должна быть, как правило, увеличена, а через некоторое время в связи с ростом удельного электрического сопротивления — снова уменьшена. Примеры изменения схемы коммутации электродов в процессе электропрогрева приведены на рис. 30.
Рис. 30. Изменение схемы коммутации электродов для выдерживания заданного температурного режима в разные периоды прогрева
а — полосовые электроды при периферийном прогреве; б — стержневые электроды
8.39. Прерывистая подача напряжения может осуществляться при отсутствии многоступенчатых трансформаторов путем ручного включения и отключения или автоматически.
В практике электропрогрева ручное включение и отключение осуществляется в период как подъема температуры бетона, так и изотермического прогрева, причем включение производят, когда температура бетона в некоторый момент отстает от заданной на 3 — 5 °C, а выключение — если она превышает заданную на 3 — 5 °C. Включение и отключение напряжения выполняется с помощью пакетных выключателей и переключателей или рубильников (разд. 15 данного Руководства).
При использовании прерывистой подачи напряжения необходимо, чтобы величина напряжения в питающей сети была не меньше максимально необходимой величины напряжения на электродах, которая определяется расчетом.
8.40. Разновидностью автоматического включения и отключения является импульсный прогрев, при котором обычно используется сетевое напряжение, исключающее потребность в понижающих трансформаторах. Напряжение подается короткими импульсами постоянной продолжительности для данной схемы размещения электродов и заданного температурного режима (10 — 20 с). Выдерживание заданного температурного режима прогрева осуществляется путем регулирования продолжительности пауз между импульсами.
Продолжительность импульса определяется с учетом того, что ее слишком большая величина может привести к ухудшению качества прогреваемого бетона из-за слишком большого повышения его температуры в короткий промежуток времени. Вначале необходимо в соответствии с указаниями п. 4.20 найти требуемую мощность P, затем пользуясь данными пп. 8.17 - 8.26, установить необходимую величину напряжения на электродах U на период подъема температуры бетона обычным способом с непрерывной подачей напряжения. После этого по отношению Uимп/U (где Uимп — напряжение на электродах при импульсном прогреве (Uимп больше U)) и требуемой мощности P находят допустимую величину импульса \tau_{1} с помощью графика на рис. 31.
Рис. 31. График определения продолжительности импульсов тока при импульсном прогреве
1 — 5 - требуемая мощность P0 при непрерывном прогреве в период подъема температуры соответственно 2, 6, 10, 14, 18 кВ/м3; Uи и U0 — напряжение на электродах соответственно при импульсном и непрерывном способах, В
Продолжительность паузы \tau_{2} определяется по формуле
\tau_{2} = \tau_{1}[(\frac{U_{\text{имп}}}{U})^{2} - 1]. (42)
Поскольку напряжение U в процессе электропрогрева бетона обычно изменяют в связи с изменением удельного электрического сопротивления, продолжительность паузы также должна изменяться для выдерживания заданной температуры в каждый конкретный момент. Это осуществляется с помощью системы автоматики, в которую входят датчики температуры, размещенные в бетоне, и реле времени. Описание автоматической схемы регулирования продолжительности пауз приведено в разд. 15 данного Руководства.
8.41. Поскольку при импульсном прогреве ток проходит через бетон лишь в течение некоторой части общей продолжительности тепловой обработки, электрическая мощность в периоды прохождения тока (импульсы) должна быть больше, чем при постоянной подаче напряжения на электроды, во столько раз, во сколько суммарная продолжительность импульса и паузы больше, чем продолжительность импульса. Это требует увеличения установленной мощности, как правило, в несколько раз по сравнению с электрической мощностью при обычном прогреве. Для того чтобы приблизить необходимую величину установленной мощности к значению, близкому к значению при непрерывной подаче напряжения, применяют групповой импульсный прогрев, при котором объем прогреваемого бетона делят на несколько групп (захваток) n, примерно равных по объему. Импульсы тока подают не на весь объем, а по очереди на каждую захватку. В результате электрическая мощность снижается в n раз.
Необходимым условием осуществления группового импульсного прогрева является соблюдение соотношения n\tau_{1}<\tau_{2\text{мин}} , где \tau_{2\text{мин}} — минимальная продолжительность паузы за время электропрогрева бетона.
Схема автоматики для осуществления группового импульсного прогрева приведена в разд. 15 данного Руководства.
ЭЛЕКТРОПРОГРЕВ БЕТОНОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ
8.42. Для предотвращения замерзания бетонной смеси и свежеуложенного бетона при низких температурах воздуха и длительных сроках выдерживания до укладки или до начала прогрева в смесь при ее приготовлении следует вводить противоморозные добавки. Добавки вводят не для обеспечения беспрогревного твердения бетона на морозе, а с целью понижения температуры замерзания бетонной смеси и бетона.
8.43. Электропрогрев бетонов с противоморозными добавками рекомендуется применять: при длительном транспортировании бетонной смеси в необогреваемых емкостях или выдерживании ее перед укладкой малыми порциями, например при замоноличивании стыков; при бетонировании конструкций на промороженном основании и замоноличивании стыков, при возведении тонкостенных конструкций, в случае необходимости длительного выдерживания свежеуложенного бетона перед началом электропрогрева, например для установки и подключения большого количества стержневых электродов, при бетонировании любых конструкций при температуре воздуха ниже -30 °C.
8.44. Бетоны с противоморозными добавками, подвергнутые остыванию ниже 0 °C и последующему электропрогреву, при соблюдении всех технологических требований по окончании тепловой обработки достигают прочность при сжатии в пределах 75 — 90% прочности эталонов-образцов нормального хранения аналогичного состава, а после дополнительного 28-суточного выдерживания в нормальных условиях — 100 — 120%; прочность при осевом растяжении, при изгибе, сцепление с арматурой, призменную прочность и морозостойкость не меньше, чем у эталона; модуль упругости на 15 — 25% выше, чем у эталона; водопоглощение ниже, чем у эталона.
При необходимости получения после прогрева прочности при сжатии менее 75 — 90% проектной продолжительность изотермического прогрева бетона с противоморозными добавками может быть существенно сокращена (до 4 ч), что позволяет экономить электроэнергию, повышать оборачиваемость инвентарной опалубки и электрооборудования.
8.45. В качестве противоморозных добавок в бетоны, подвергаемые электропрогреву, рекомендуются хлористый кальций + хлористый натрий (ХК + ХН), хлористый кальций + нитрит натрия (ХК + НН), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК), нитрит натрия (НН). При необходимости эти добавки вводят в бетонную смесь в сочетании с замедлителями схатывания цемента (см. разд. 6 данного Руководства).
Не допускается применение в бетонах, подвергаемых электропрогреву, добавки поташа, которая приводит к значительному недобору прочности (более 30%) и пониженной морозостойкости, а также добавок, содержащих мочевину (НКМ, ННКМ, ННХКМ), в связи с тем, что она разлагается при температуре выше 40 °C.
8.46. Требования к применяемому песку для бетонов с противоморозными добавками, подвергаемых электропрогреву, к областям применения таких бетонов по воздействию на стальную арматуру и стойкости в агрессивных средах, технологии приготовления водных растворов добавок и бетонных смесей с добавками должны быть такими же, как для бетонов с противоморозными добавками, не подвергаемыми электропрогреву (см. разд. 6 данного Руководства).
8.47. Допускаемая температура остывания бетонов с противоморозными добавками в зависимости от содержания добавок приведена в табл. 44. При этом удельное электрическое сопротивление бетона, остывшего до этой температуры, не будет превышать 35 Ом·м, что позволяет рационально разместить электроды и осуществить электропрогрев бетона пониженным напряжением (до 127 В) в соответствии с требованиями электробезопасности.
Не разрешается выдерживание бетона при допускаемой температуре остывания более 1,5 — 2 ч во избежание значительного льдообразования, чрезмерного повышения удельного электрического сопротивления бетона до начала прогрева и ухудшения свойств затвердевшего бетона.
8.48. Рекомендуется до начала бетонных работ определить фактическую величину удельного электрического сопротивления бетона с конкретной добавкой при его остывании до допускаемой температуры.
8.49. Укладку бетонной смеси можно производить без отогрева промороженного основания, стыкуемых элементов, а также без отогрева арматуры и закладных деталей с учетом указаний п. 8.37 данного Руководства.
8.50. Расстояния между электродами следует определять исходя из расчетной величины удельного электрического сопротивления 350 Ом·м или из фактической величины \rho при допускаемой температуре остывания бетона, если оно меньше, чем 35 Ом·м; начальную величину напряжения на электродах U рекомендуется принимать в пределах 103 — 121 В, а если фактическая величина \rho меньше 30 Ом·м — в пределах 85 — 103 В.
Ориентировочно расстояние между разноименными электродами при сквозном прогреве рекомендуется принимать от 190 до 210 мм, между осями полосовых электродов при периферийном прогреве — от 160 до 180 мм. Расстояние между разноименными электродами может быть увеличено до 250 — 300 мм в случае применения добавки ХК + ХН, а также при назначении более высокой концентрации добавок, чем указано в табл. 44 для данной расчетной температуры (но не более предельных значений, приведенных в этой таблице).
8.51. При электропрогреве бетонов с противоморозными добавками, подвергнутых остыванию до температуры ниже 0 °C, диапазон изменения удельного электрического сопротивления значительно больше, чем для бетонов, не остывающих ниже 0 °C, и достигает 10 — 12-кратной величины. В связи с этим рекомендуется для электропрогрева бетона с противоморозными добавками применять понижающие трансформаторы, имеющие большой диапазон регулирования вторичного напряжения, — ТСПК-20А, АОСУ, АОМК, АТМК (см. разд. 15 данного Руководства).
В случае применения понижающих трансформаторов с небольшим диапазоном вторичного напряжения после снижения напряжения на электродах до минимально возможной величины выдерживание заданного температурного режима электропрогрева бетона необходимо осуществлять периодическим включением и отключением напряжения.
ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОДОВ, СХЕМ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ ЭЛЕКТРОПРОГРЕВЕ БЕТОНА
8.52. Электропрогрев каждой конструкции можно осуществить с использованием разных типов электродов и схем их размещения. Оптимальный тип электродов, схемы их размещения в бетоне и подключения к питающей сети необходимо выбирать с учетом размеров конструкции и ее конфигурации, расположения арматуры и закладных деталей, количества прогреваемых конструкций и возможностью оборачиваемости опалубки и закрепленных на ней электродов, местных условий производства работ.
8.53. Сквозной прогрев бетона и железобетона пластинчатыми или полосовыми электродами может быть применен при толщине конструкций до 25 — 30 см в случае использования бетона без добавок и толщиной 50 — 60 см в случае использования бетона с добавками электролитов. Указанные величины относятся к прогреву бетона пониженным напряжением. Если возможно применение сетевого напряжения 220 В (см. п. 18.28), толщина прогреваемой неармированной конструкции для бетона без добавок и с добавками электролитов может составить соответственно 50 и 100 см.
8.54. Периферийный прогрев полосовыми или пластинчатыми (в виде щитов металлической опалубки) электродами может быть применен для конструкций любой массивности. При этом продолжительность прогрева конструкций толщиной более 40 см больше, чем при сквозном прогреве, в связи с меньшими допускаемыми величинами скорости подъема температуры и температуры изотермического прогрева. В связи с многооборачиваемостью пластинчатых и полосовых электродов сквозной и периферийный прогрев с их применением сравнительно малотрудоемок.
8.55. Сквозной прогрев стержневыми электродами можно применять для любых конструкций, однако в связи с необходимостью изготовления, установки в бетон, подключения и срезки конца каждого электрода при бетонировании вследствие того, что стержневые электроды остаются в бетоне, их применение значительно более трудоемко и дорого по сравнению с пластинчатыми и полосовыми электродами.
8.56. Применение струнных электродов, остающихся в бетоне, требует дополнительного расхода металла; оно столь же или более трудоемко, как применение стержневых электродов. Струнные электроды целесообразно применять, как правило, при прогреве конструкций малого сечения и значительной протяженности при прогреве монолитных элементов сборно-монолитных конструкций.
8.57. Для конструкций всех типов, перечисленных ниже, бетонируемых в металлической опалубке, целесообразно применять периферийный прогрев, используя опалубку в качестве электродов.
8.58. Массивные фундаменты под оборудование, под колонны, фундаментные плиты и свайные ростверки рекомендуется бетонировать с периферийным электропрогревом полосовыми электродами, закрепленными на деревянной опалубке.
8.59. Для ленточных фундаментов, бетонируемых враспор с грунтом, целесообразно применять периферийный электропрогрев с помощью стержневых электродов, забитых в грунт на дне траншеи вдоль ее стенок.
8.60. Бетонные подготовки, полы, покрытия, днища резервуаров толщиной до 20 см, плоские перекрытия толщиной до 30 см рекомендуется бетонировать с периферийным прогревом полосовыми электродами, закрепленными на накладных деревянных щитах (рис. 32), укладываемых на поверхность бетона.
Рис. 32. Схема инвентарного накладного деревянного щита с полосовыми электродами
1 — доска толщиной 40 мм; 2 — брусок; 3 — полосовой электрод
8.61. Ребристые перекрытия целесообразно бетонировать с периферийным электропрогревом полосовыми электродами, закрепленными на деревянных накладных щитах с установкой дополнительных полосовых или стержневых электродов для прогрева бетона ребер.
8.62. Стены и перегородки рекомендуется бетонировать с прогревом полосовыми электродами, закрепленными на деревянной опалубке. В зависимости от толщины конструкций должен осуществляться сквозной или периферийный прогрев.
8.63. Колонны целесообразно бетонировать с периферийным прогревом полосовыми электродами, закрепленными на деревянной опалубке.
8.64. При бетонировании конструкций с элементами разной толщины (фундаменты с консолями, этажерки и т.п.) целесообразно сочетать периферийный прогрев со сквозным прогревом стержневыми электродами.
8.65. При электропрогреве бетона в технологические карты дополнительно к данным, перечисленным в п. 1.3, необходимо включить схему конструкции с указанием положения арматуры и закладных деталей, расчетную величину удельного электрического сопротивления и особые указания по подключению электродов (с помощью оконцевателя с вилкой и гайки, с помощью зажимных устройств и т.п.).
8.66. Выдерживание требуемого расстояния между электродами и арматурой достигается применением изоляторов соответствующей толщины из затвердевшего раствора, из пластмассы и т.п., укрепляемых на арматуре до начала бетонирования. При использовании металлической опалубки в качестве электродов или полосовых (стержневых) электродов, закрепленных на опалубке, рекомендуется устанавливать между арматурой и опалубкой вертикальные деревянные рейки соответствующей толщины, которые постепенно извлекают из опалубки по мере послойного бетонирования.
8.67. Закладные детали, прилегающие к металлической опалубке, используемой в качестве электрода, или к деревянной опалубке с закрепленными на ней электродами, должны быть отделены от опалубки слоем толя, выступающим вдоль опалубки за контур закладной детали на величину, не меньшую толщины защитного слоя.
8.68. Пластинчатые электроды при их толщине не менее 4 мм можно подключать к питающей сети с помощью вилочного контакта, надеваемого на клеммный болт, или с применением разъема, расположенного в любом месте электрода.
Пластинчатые электроды толщиной менее 4 мм должны иметь вдоль одной из сторон приваренный уголок (электроды из кровельной стали — круглый пруток диаметром 10 — 12 мм, закатанный в материал электрода) с целью более равномерного распределения подведенного тока по поверхности электрода. К уголку или торцу стержня должен быть приварен клеммный болт крепления вилочного контакта токоподводящего провода.
Полосовые или стержневые электроды, закрепляемые на деревянной опалубке, следует размещать вертикально.
Полосовые или стержневые электроды на инвентарных деревянных щитах опалубки должны быть закоммутированы при изготовлении щита таким образом, чтобы подключение токоподводящих проводов можно было осуществлять не к каждому электроду, а к разъему или к трем либо двум контактным болтам (рис. 33).
Рис. 33. Схема постоянной коммутации полосовых электродов, закрепленных на инвентарной опалубке
а — коммутация электродов при трехфазном токе; б — коммутация электродов при однофазном токе; 1 — электроды; 2 — контакты; 3 — разъемы; 4 — коммутационные провода
При одноразовом использовании полосовых электродов, закрепленных на деревянной опалубке, их концы должны выступать за пределы опалубки на 5 — 8 см для подключения токоподводящих проводов, которые рекомендуется осуществлять с помощью болта М8 — М12 с гайкой, установленного в отверстие на конце электрода.
8.69. Накладные деревянные щиты с закрепленными на них полосовыми электродами рекомендуется укладывать на поверхность бетона по мере ее заглаживания, подключать электроды к питающей сети или электродам соседнего, ранее уложенного щита (рис. 34). После этого на щит укладывают вибратор и вибрируют щит в течение 5 — 7 с для погружения выступающих за плоскость палубы электродов в бетон с целью обеспечения надежного электрического контакта. Перемычки между одноименными электродами соседних щитов следует выполнять голым алюминиевым или стальным проводом.
Рис. 34. Схема коммутации полосовых электродов на накладных деревянных щитах
1 — понижающий трансформатор; 2 — силовой щит; 3 — софиты или распределительные провода; 4 — токоподводящие провода; 5 — электродные щиты
8.70. Длину стержневых электродов, устанавливаемых в бетон, необходимо принимать с таким расчетом, чтобы они выступали над утеплителем верхней поверхности конструкции или при их установке горизонтально выступали за пределы деревянной опалубки на 8 — 10 см для подключения токоподводящих проводов, которое осуществляется с помощью специального инвентарного контактного приспособления (зажимного, конусного и т.п.) или мягкой стальной проволокой диаметром 1 — 1,5 мм.
Диаметр электродов при их забивке в бетон на глубину более 60 см следует увеличивать до 10 — 12 мм.
Если стержневые электроды забиты в бетон, недостаточно подвижный для самопроизвольного заполнения возникающих при забивке пустот, то по окончании забивки электродов бетон вокруг них следует уплотнить трамбованием или вибрированием.
8.71. Струнные электроды диаметром до 8 мм рекомендуется натягивать на опалубку, а диаметром более 8 мм — подвешивать на крючках, изолированных надетыми на них резиновыми трубками, либо крепить к специально устанавливаемым поперечным стержням, просунутым в отверстия боковой опалубки.
8.72. При использовании арматуры в качестве электрода необходимо приварить к сетке или объемному каркасу 2 — 3 стальных стержня диаметром 12 — 16 мм, концы которых должны выступать на 8 — 10 см для подключения к ним токоподводящих проводов с помощью контактного болта или гайки.
8.73. Понижающие трансформаторы должны быть установлены возможно ближе к прогреваемой конструкции или захватке во избежание потерь напряжения в кабелях и проводах на низкой стороне.
8.74. В процессе бетонирования необходимо обращать внимание на соблюдение проектной толщины защитного слоя, сохранение положения электродов, установленных до начала бетонирования и их коммутации. По окончании бетонирования, а при больших открытых поверхностях конструкций по мере бетонирования следует укрывать бетон гидроизоляционным материалом и утеплять (см. п. 3.17). Вертикальные стержневые электроды следует устанавливать (забивать) в бетон после укладки гидроизоляции, прибивая ее слой, после чего утеплять поверхность бетона.
8.75. Концы стержневых электродов и стержней для подведения напряжения к арматуре, по окончании электропрогрева и распалубливания конструкции должны быть срезаны.
8.76. Указания по производству работ при электропрогреве бетона, связанные с вопросами электробезопасности, приведены в разд. 18 данного Руководства.
9. ОБОГРЕВ БЕТОНА В ГРЕЮЩЕЙ ОПАЛУБКЕ
СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
9.1. Сущность способа заключается в передаче теплоты через разделительную стенку (палубу щита) в поверхностный слой бетона от электронагревателей, установленных в утепленной опалубке. Теплота в толще бетона распределяется в основном путем теплопроводности.
9.2. Применение греющей опалубки в сочетании с другими способами термообработки и выдерживания бетона (предварительным электроразогревом, «термосом», химическими добавками — ускорителями твердения и др.) позволяет значительно расширить область применения каждого способа и повысить их эффективность.
9.3. Греющая опалубка может быть использована для компенсации тепловых потерь пристенными слоями бетона. Независимо от изменения температуры наружного воздуха возможен обогрев и выдерживание температуры бетона в заданных пределах с регулированием продолжительности остывания монолитных конструкций по заданному режиму.
9.4. Греющую опалубку следует применять для обогрева тонкостенных и среднемассивных конструкций (с любой степенью армирования) при температурах наружного воздуха до минус 40 °C.
Обогреву в греющей опалубке могут подвергаться и массивные конструкции в районах, характеризуемых резкими перепадами температуры в течение суток, применяя «регулируемый термос», выдерживая при этом расчетную продолжительность остывания монолитных конструкций.
Греющую опалубку можно использовать для обогрева бетона, уложенного в стыки, швы и местные заделки, для отогрева мерзлых грунтовых, бетонных и искусственных оснований, удаления наледи с арматуры и др.
НОМОГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРЕЮЩЕЙ ОПАЛУБКИ
9.5 Расчет основных параметров греющей опалубки сводится к определению:
коэффициента теплопередачи опалубки исходя из характерных ее размеров, экономических предпосылок и конструкции утеплителя;
удельной мощности в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи утеплителя, массивности монолитных конструкций и от принятого способа регулирования температурных режимов обогрева бетона;
оптимального шага на палубе щитов при применении линейных нагревателей в зависимости от удельной мощности, толщины палубы и принятых допустимых градиентов температуры на палубе.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
9.6. Максимальная толщина утеплителя в греющей опалубке, как правило, ограничивается высотой ребер жесткости каркаса щитов. Поэтому оптимальный, с точки зрения экономических и эксплуатационных показателей опалубки, коэффициент теплопередачи греющих щитов предопределяется путем подбора соответствующих утепляющих материалов и конструкций теплоизоляции.
9.7. Конструкция и толщина утеплителя должны обеспечивать теплопотери не более 35% для щитовой разборно-переставной опалубки и 25% — для объемно-переставной и блок-формы от общих теплопотерь.
9.8. При учете затрат на электроэнергию при электрообогреве бетона оптимальное термическое сопротивление теплоизоляции может определяться по номограмме рис. 35. Пример расчета приведен в прил. 15.
Рис. 35. Номограмма для определения оптимального термического сопротивления теплоизоляции греющей опалубки
9.9. Коэффициент теплопередачи греющих щитов опалубки зависит от многих переменных: площади поверхности открытых ребер каркаса, размеров щита, скорости ветра, теплофизических характеристик примененного утеплителя, качества герметизации утеплителя от продувания и т.п. Для наиболее распространенной в строительстве стальной греющей опалубки с утеплителем из минераловатных матов усредненные коэффициенты теплопередачи могут быть определены по номограмме рис. 36.
Рис. 36. Номограмма для определения коэффициентов теплопередачи стальных греющих щитов с минераловатным утеплителем
9.10. Для стальных щитов площадью более 1 м2 с теплоизоляцией различной конструкции при площади открытых ребер каркаса до 600 см2, с отношением периметра открытых ребер каркаса к площади щита 3,5:1 — 4,5:1 и скорости ветра до 1 м/с усредненные коэффициенты теплопередачи можно определить по табл. 45.
9.11. Для характерных конструктивных решений фанерной греющей опалубки коэффициенты теплопередачи могут приниматься по данным табл. 46.
9.12. Удельную мощность нагревателей греющей опалубки выбирают, исходя из необходимости обеспечения заданной скорости подъема температуры на поверхности бетона, постоянной на всю продолжительность периода термообработки бетона.
9.13. Удельная мощность нагревателей должна обеспечивать требуемую скорость подъема температуры на поверхности обогреваемых конструкций с учетом теплообмена и термонапряженного состояния монолитных конструкций. Занижение удельной мощности по отношению к оптимальной приводит к удлинению сроков термообработки, завышение ее — к перерасходу электроэнергии, к увеличению температурных градиентов по сечению конструкций, вызывающих развитие деструктивных явлений в бетоне, а при использовании систем автоматического регулирования температуры обогрева — к неравномерной работе электронагревателей.
9.14. Удельную мощность электронагревателей комплекта греющей опалубки следует выбирать в зависимости от массивности обогреваемых монолитных конструкций, расчетной температуры окружающего воздуха и скорости ветра, температуры бетонной смеси, уложенной в опалубку, и теплофизических свойств утеплителя щитов.
9.15. При ручном, полуавтоматическом и автоматическом режиме регулирования температуры обогрева бетона удельную мощность электронагревателей греющей опалубки следует принимать по номограмме рис. 37.
Рис. 37. Номограмма для определения предельно допустимых удельных мощностей нагревателей греющей опалубки
9.16. При саморегулирующемся режиме обогрева бетона, приготовленного на портландцементе активностью 400 — 500, удельную мощность электронагревателей следует принимать по номограмме рис. 38. Саморегулирующийся режим может применяться при выполнении небольших по объему бетонных работ разового характера и отсутствии на стройплощадке автоматических средств контроля и регулирования температуры обогрева.
Рис. 38. Номограмма для определения удельной мощности нагревателей греющей опалубки при саморегулирующемся режиме обогрева
При таком режиме температура бетона в процессе обогрева принимает постоянное значение в зависимости от температуры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи утеплителя, расхода и активности цемента, модуля опалубливаемой поверхности и удельной мощности электронагревателей.
9.17. При укладке в греющую опалубку предварительно разогретой бетонной смеси и выдерживании ее методом «управляемого термоса» удельная мощность электронагревателей независимо от модуля опалубливаемой поверхности может быть определена по графику рис. 39.
Рис. 39. График для определения удельной мощности нагревателей греющей опалубки при использовании предварительно разогретой бетонной смеси и применении метода управляемого термоса
9.18. Удельная мощность щитов, используемых для отогрева мерзлых грунтовых оснований, должна находиться в пределах 1,5 — 2 кВт/м2. Температура обогрева должна быть в пределах 100 °C. Коэффициент теплопередачи утеплителя щитов не должен превышать 3,5 Вт/(м2·°C).
9.19. Удельную мощность электронагревателей в греющих щитах, расположенных в углах обогреваемых монолитных конструкций, следует назначать равной 2/3 удельной мощности нагревателей рядовых щитов.
Ширина угловых щитов (или часть щита) с нагревателями пониженной мощности должна составлять примерно 1/2 толщины стены или меньшего из размеров сечения колонн и балок, но не менее 300 мм, а для фундаментов находиться в пределах 500 — 600 мм. Удельная мощность должна быть распределена по ширине угловых щитов плавно от 2/3 до полной удельной мощности рядовых щитов, начиная от угла конструкции.
9.20. Открытые ребра каркаса стальной опалубки оказывают существенное влияние на равномерность распределения температурного поля на палубе щитов. Потребную дополнительную мощность для компенсации теплопотерь через открытые ребра каркаса следует определять теплотехническим расчетом. Ориентировочно дополнительную удельную мощность электронагревателей у открытых ребер сечением до 10 x 100 мм следует принимать равной 0,5Pуд.
При применении кабельных и других линейных электронагревателей можно конструктивно уменьшить их шаг вдвое на участке палубы шириной 100 мм от края ребра.
Для компенсации тепловых потерь через открытые ребра каркаса опалубки возможно применение полосовых гибких термоэлектрических покрытий, которые навешиваются непосредственно на ребра и включаются в общую электрическую схему. Мощность полосовых ТАГП подбирается в зависимости от принятой мощности греющей опалубки.
ВЫБОР ШАГА ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
9.21. Шаг линейных электронагревателей определяется из условий обеспечения равномерного температурного поля по всей плоскости палубы. Температурные перепады на палубе допускаются не более 5 °C на поверхность щита.
9.22. Выбор шага линейных электронагревателей должен производиться с учетом толщины и материала палубы, удельной электрической мощности, коэффициента теплопроводности бетона и утеплителя. Правильный выбор этих параметров должен обеспечивать в соприкасающихся с палубой пристенных слоях бетона температурные градиенты не выше критических, при которых возникающие в поверхностном слое бетона напряжения еще не приводят к необратимым деструктивным явлениям, к снижению его прочностных и качественных характеристик.
9.23. Перепад температуры (\Delta T) на палубе между расположенными вплотную к ней смежными линейными нагревателями диаметром до 6 мм может быть вычислен по формуле
\Delta T = \frac{4P^{\text{уд}}b}{\pi\lambda_{\text{п}}} \sum_{n = 1}^{3} \frac{1}{(2n - 1) \times [e^{\gamma(2n - 1)}(1 + \frac{\lambda_{\text{б}}}{\lambda_{\text{п}}}) - e^{- \gamma(2n - 1)}(1 - \frac{\lambda_{\text{б}}}{\lambda_{\text{п}}})]} , (43)
где Pуд — удельная мощность электронагревателя, Вт/м2;
b — шаг электронагревателей, м;
\lambda_{\text{п}} — коэффициент теплопроводности материала палубы щитов, Вт/(м·°C);
\lambda_{\text{б}} — коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°C);
\gamma = \frac{2\pi\delta_{\text{п}}}{b} ,
где \delta_{\text{п}} — толщина палубы щитов, м.
9.24. Оптимальный шаг линейных электронагревателей диаметром до 6 мм в греющей опалубке со стальной палубой при допустимых температурных градиентах на поверхности обогреваемых конструкций до 0,4 — 0,5 град/см, что соответствует перепаду в 2 — 2,5 °C при шаге 100 мм, следует принимать по номограмме рис. 40.
Рис. 40. Номограмма для определения оптимального шага линейных нагревателей диаметром до 6 мм в стальной греющей опалубке
9.25. Оптимальный шаг b и нагрузку p на единицу длины линейных электронагревателей круглого сечения диаметром 12 — 16 мм с установленным над ними теплоотражающим экраном в греющей опалубке со стальной палубой рекомендуется принимать по табл. 47.
9.26. Значения шага и нагрузок на единицу длины, определенные по номограмме и таблице, приведены для линейных электронагревателей, расположенных вплотную к палубе. При расположении их с зазором до 5 мм от палубы в случаях, когда невозможна их установка вплотную к палубе, шаг и нагрузку на единицу длины нагревателей следует увеличить до 15%.
9.27. Шаг проволочных электронагревателей, запрессованных в слое термостойкого диэлектрика на фанерной палубе в плоскости, соприкасающейся с бетоном, а также нагрузку на единицу длины следует принимать по табл. 48.
9.28. В греющей опалубке с палубой, изготовленной из дерева, фанеры или пластмасс, шаг линейных нагревателей, укладываемых внутри опалубочных щитов, не должен превышать 150 мм.
9.29. Для уменьшения теплопотерь греющего щита электронагреватели следует располагать вплотную к палубе, если это позволяет их конструкция.
9.30 Мощность, приходящаяся на единицу длины линейных нагревателей, должна удовлетворять выражению
P_{\text{н}} \leq \frac{1,12P^{\text{уд}}b}{1 + b} ,\text{Вт}/\text{м}, (44)
где Pн — электрическая нагрузка на единицу длины электронагревателей;
Pуд — удельная мощность электронагревателей, Вт/м2.
КОНСТРУКЦИИ ГРЕЮЩЕЙ ОПАЛУБКИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ
9.31. Конструкция опалубки должна отвечать требованиям ГОСТ 23477-79 и ГОСТ 23478-79 и обеспечивать равномерную температуру на палубе щита.
9.32. Конструкцией должны быть предусмотрены доступ к нагревательным элементам и легкая замена нагревателей в случае выхода их из строя.
9.33. В качестве утеплителей должны применяться теплоизоляционные материалы с объемной массой не более 200 кг/м3.
Плотность утеплителя не должна превышать паспортную более чем на 15%, влажность — на 6%. Утеплитель должен обеспечивать стабильность теплофизических свойств опалубки.
9.34. В конструкциях опалубки должны, как правило, применяться стандартные электрические нагреватели.
При использовании нестандартных нагревателей должны тщательно контролироваться электрическая мощность и сопротивление, а также стабильность электрических показателей. Электрическое сопротивление изоляции нагревателей и коммутирующей разводки должно быть не менее 0,5 МОм.
9.35. В качестве нагревателей могут применяться трубчатые электронагреватели (ТЭНы), греющие провода и кабели, гибкие тканевые, в том числе углеродные ткани и ленты. Могут применяться нестандартные нагреватели, изготовленные из проволоки (стальной, нихромовой и др.) с высоким омическим сопротивлением, а также сетчатые, пластинчатые, уголково-стержневые и др.
Срок службы нагревателей должен составлять не менее 1000 ч. Низкотемпературные нагреватели (типа проводов ПОСХВ, ПОСХП, ПОСХВТ и др.) целесообразно применять при низких температурах, мягких режимах обогрева; при их использовании необходим особенно тщательный температурный контроль.
Нагревательные кабели типа КНМС рассчитаны на высокую температуру и имеют больший срок службы, поэтому их применять целесообразно в инвентарных многооборачиваемых опалубках при высоких температурах обогрева в соответствии с табл. 49.
| Электрическая нагрузка на единицу длины, Вт/м | 50 | 80 | 100 | 120 | 140 |
|---|---|---|---|---|---|
| Температура нагревателя, °C при коэффициенте сопротивления теплопередаче утеплителя 0,29 (м2·°C)/Вт | 148 | 203 | 236 | 265 | 290 |
Высокотемпературные трубчатые нагреватели целесообразно применять в крупногабаритных опалубках, монтируемых краном. ТЭНы могут применяться при любых режимах обогрева.
9.36. Способ крепления и размещения нагревателей на палубе зависит от мощности, режимов обогрева и других факторов.
Греющие провода и кабели целесообразно устанавливать вплотную к палубе; высокотемпературные нагреватели типа ТЭНов могут быть установлены как вплотную к палубе, так и на расстоянии от нее, если это позволяет конструкция ТЭНов.
При установке нагревателей вплотную необходимо тщательно контролировать режимы и температуру обогрева, а также шаг установки нагревателей во избежание местных перегревов и критических температурных деформаций.
Шаг установки нагревателей диаметром до 6 мм может быть принят по номограмме рис. 40.
При установке высокотемпературных нагревателей с зазором 3 — 5 мм по отношению к палубе шаг нагревателей может быть увеличен на 15% при скоростях подъема температуры до 7 град/ч. При более высоких скоростях подъема температуры для достижения равномерного температурного поля необходимо применение экранов с высокой отражательной способностью (алюминиевый лист, фольга и др.).
Экран должен устанавливаться на расстоянии 5 — 15 мм от поверхности нагревателя. Для исключения конвективной передачи между экраном и нагревателем устанавливаются перегородки или применяется установка двойных и тройных экранов. Греющая полость по периметру должна быть загерметизирована (рис. 41).
Рис. 41. Конструкция греющей опалубки с экраном
1 — палуба; 2 — нагреватель; 3 — греющая полость; 4 — экран; 5 — кожух; 6 — герметик
9.37. При больших удельных мощностях нагревателей (более 1000 Вм/м2) для равномерного обогрева опалубки высокомощными нагревателями с широким шагом их установки целесообразно применение опалубки с разными полями поглощения.
Степень черноты поверхности палубы, обращенной к нагревателю, назначается пропорциональной квадрату расстояния между поверхностями нагревателя и палубы и обратно пропорциональной произведению косинусов углов между направлением луча и нормалью к излучаемой и рабочей поверхности опалубки. Это достигается нанесением черной теплостойкой краски между соседними нагревателями.
9.38. Способы крепления нагревателей показаны на рис. 42. При применении нагревательных кабелей КНМС рекомендуется для предотвращения возможного замыкания токонесущей жилы на оболочку производить заливку концов кабеля с помощью муфеля эмалями при температуре плавления:
Рис. 42. Способы крепления электрических нагревателей в греющей опалубке
а — ТЭНов; б — кабелей типа КНМС; в — проводов типа ПОСХВТ в деревянной опалубке; 1 — ТЭН; 2 — стальной хомут; 3 — прокладка из асбеста; 4 — стальная палуба; 5 — кабель КНМС; 6 — полоса на точечной сварке; 7 — провод ПОСХВТ; 8 — деревянная палуба; 9 — скоба из проволоки диаметром 3 мм
Для переключения кабелей целесообразно использование специального клеммника (рис. 43), исключающего замыкание на массу и поломки токонесущей жилы. Схема щита греющей опалубки с нагревательным кабелем показана на рис. 44.
Рис. 43. Клеммник ЦНИИОМТП для подсоединения кабеля (на 3 кабеля)
1 — текстолитовая плата; 2 — скоба крепления клеммника к щиту; 3 — клеммы фиксации оболочки кабеля; 4 — отверстия для болтового соединения фиксаторов; 5 — то же, токонесущих жил кабеля; 6 — болтовое крепление токоподводящих проводов
1 — каркас щита; 2 — нагреватель; 3 — прижимная планка; 4 — утеплитель (минераловатные маты 40 мм); 5 — защитный кожух (фанера толщиной 3 — 4 мм); 6 — шпилька крепления кожуха; 7 — вилочный разъем; 8 — вырез для установки соединительных устройств
9.39. В фанерной греющей опалубке нагреватели высокого омического сопротивления должны быть запрессованы в защитные покрытия, состоящие из пакета тонких полимерных пленок, нанесенных на фанеру методом горячего прессования. Толщина покрытия и состав зависят от диаметра проволоки и должны быть не менее показателей, приведенных в табл. 50.
9.40. Углеродные ленточные нагреватели наклеиваются на палубу щита в следующей последовательности.
На стальные опалубочные щиты привариваются кронштейны для установки вилочного разъема, клеммники для коммутации лент, шпильки для крепления защитной крышки; термодатчики прорезаются по месту отверстия под монтажный провод.
Производится очистка внутренней поверхности щитов от мусора и ржавчины, обезжиривание растворителем (бензин, уайт-спирит и т.п.) и разметка мелом мест установки нагревателей.
Производится заготовка и нарезка полос стеклоткани толщиной 0,9 — 1,2 мм (марки ТСТ-9) и углеродной ленты. Ширина полос стеклоткани должна превышать ширину углеродной ленты не менее чем на 40 мм.
Производится меднение концов углеродных лент на расстоянии 30 — 40 мм от края в одном из электролитов следующего состава, г/л:
| а) сернокислая медь | - 200; | б) сернокислая медь | - 125; |
|---|---|---|---|
| серная кислота | - 40; | сернокислый натрий | - 60; |
| тиомочевина | - 0,01; | сернокислый аммоний | - 60; |
| глицерин | - 0,1; | этилендиамин (основание) | - 60. |
Меднение в 1-м электролите необходимо вести при непрерывном перемешивании. При приготовлении 2-го электролита необходимо соблюдать последовательность растворения веществ в порядке перечисления. Температура электролитов должна находиться в пределах 18 — 20 °C, плотность тока — 8 - 80 А/дм2, время — 0,5 — 2 мин. Толщина медного покрытия должна составлять не менее 30 мкм. Омедненные поверхности покрыть спиртоканифолью (соотношение 5:1) и лудить припоем ПОС-40.
Если коммутация лент производится не через общие клеммники, (удобные при однофазной схеме), то при трехфазной схеме подключения на концы лент на заклепках укрепляют медные накладки (рис. 45).
Рис. 45. Способы коммутации лент
а — к общему клеммнику (однофазная схема); б — с помощью накладок (трехфазная схема); 1 — медные шины; 2 — болт М6; 3 — углеродные ленты; 4 — диэлектрическая подложка; 5 — медная накладка; 6 — провод; 7 — заклепки
Непосредственно перед началом работ приготавливается эпоксидный компаунд состава, вес. ч.:
| эпоксидная смола ЭД-6 | - 7; |
|---|---|
| полиэтиленполиамин | - 2; |
| дибутилфталат | - 1. |
Количество компаунда по весу принимается таким, чтобы его можно было выработать в течение 15 — 25 мин.
Кистью или шпателем на палубу щитов наносится по разметке слой компаунда толщиной 1,5 — 2 мм.
На слой компаунда наклеивается слой стеклоткани.
Поверх стеклоткани наносится шпателем или кистью слой компаунда толщиной 1 — 1,5 мм.
После того как компаунд в процессе полимеризации приобретает густую консистенцию и в наибольшей степени проявятся его клеящие свойства, посередине полосы стеклоткани приклеивается углеродная лента, поверх которой наносится защитный слой компаунда толщиной 1 мм. Концы лент длиной 40 — 50 мм оставляют свободными и предохраняют от обмазки компаундом.
Для лент с медными накладками под последние на палубу щитов дополнительно приклеивается два слоя стеклоткани.
После затвердения компаунда производится проверка качества изоляции углеродных нагревателей омметром. В случае замыкания какого-либо нагревателя на массу щита производят кратковременное подключение сварочного трансформатора к контакту ленты и щиту. Тонкие нити углерода, вызывающего «пробой», перегорают, контакт значительного сечения определяется в месте размягчения компаунда и искрения. Следует под зону контакта подложить отрезок стеклоткани, пропитанной компаундом. Затем производится сушка изготовленных нагревателей и окончательная полимеризация компаунда путем нагрева до 60 — 70 °C при подключении нагревателей под нагрузку, равную 0,5 рабочей.
Проверка целостности изоляции производится омметром; коммутация углеродных лент — монтажным теплостойким проводом к клеммникам и вилочным разъемам.
КОНСТРУКЦИИ ИНВЕНТАРНЫХ ГРЕЮЩИХ ГИБКИХ ПОКРЫТИЙ
9.41. При обогреве монолитного бетона, уложенного в дорожные основания и покрытия, в подготовки под полы, в стыки между сборными элементами, а также при отогреве мерзлых грунтовых и искусственных оснований рекомендуется применять инвентарные термоактивные гибкие покрытия (ТАГП).
9.42. ТАГП представляет собой легкое, гибкое, гидроизолированное нагревательное устройство, предназначенное для периферийного радиационно-конвективного или контактного обогрева различных видов бетонных и железобетонных конструкций с открытыми горизонтальными и вертикальными поверхностями при температуре наружного воздуха до минус 40 °C. Максимальная температура обогрева должна быть не более 90 °C.
Назначение термоактивных гибких покрытий различных видов, область и особенности их применения указаны в табл. 51.
9.43. В качестве электронагревателей в ТАГП следует применять провода, углеродную ткань и ленты, получаемые путем обугливания вискозного волокна в нагревательных печах без доступа воздуха. При соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение проволочных нагревателей из металлов с высоким удельным омическим сопротивлением.
Греющий провод применяется марок ПОСХВ и ПОСХП диаметром 1,1 мм; марки ПОСХВТ диаметром 1,4 мм (ТУ 16-505.526.73); марок ПВЖ и ППЖ диаметром 1,4 — 1,8 мм (ТУ КП 087-66). Максимально допустимая температура на поверхности изоляции для проводов ПОСХВ и ПОСХП — 70 °C, ПОСХВТ — 105 °C.
Условия работы провода ПВЖ — от минус 40° до плюс 60 °C, провода ППЖ — от минус 60° до плюс 70 °C.
Углеродная ткань применяется марки УУТ-2 (ТУ 6-06-492-75).
Нагреватель ТАГП выбирается в зависимости от максимальной температуры обогрева и заданных рабочих параметров, может состоять из одной или нескольких групп нагревательных проводов или полос углеродной ткани, соединенных между собой в электрическую цепь последовательно, параллельно или в «звезду» и «треугольник».
Геометрические размеры, коммутационные и крепежные устройства гибких ТАГП должны быть унифицированными, обеспечивающими возможность обогрева поверхности любой конфигурации.
ТАГП должны обеспечивать равномерный обогрев бетона при температуре не выше заданной по всей площади контакта с поверхностью бетона.
В ТАГП недопустим перегрев нагревателя при эксплуатации по температуре быстрого окисления (сетчатые нагреватели), размягчения электроизоляции и температуры девулканизации резины, что достигается соответствием между поверхностной удельной мощностью нагревателя и мощностью рассеивания тепла при данной конструкции опалубки (материал опалубки, изоляция нагревателя, утеплитель), объемом и модулем поверхности обогреваемой конструкции, а также температурой наружного воздуха.
9.44. Электропитание ТАГП рекомендуется производить от сети с напряжением, равным 40 — 90 В, через понижающие трансформаторы.
Во избежание перегрева и загорания ТАГП запрещается при обогреве бетона нахлест активной частью одного покрытия на теплоизоляцию другого, перекрытие покрытий одного другим следует производить только неактивной частью.
При эксплуатации и хранении во избежание повреждения греющих элементов (провода или углеродной ткани) на ТАГП запрещается ставить какие-либо тяжелые предметы или устройства.
9.45. Материалы для ТАГП должны быть теплостойкими (до 120 °C), не выделять токсичных газов при нагревании и обладать необходимой гибкостью, прочностью и морозостойкостью.
1. Прослоечную сырую резину следует применять толщиной не более 1 мм.
2. Для армирования рабочего слоя резины используется стеклоткань, например марки КТ-11 (ТУ 6-11-68-67).
3. Коммутационная разводка ТАГП выполняется из гибких медных шнуров, например марки ПЩ (ГОСТ 9125-74), сечением, в 2 — 3 раза превышающим сечение греющего элемента.
4. Для теплоизоляции ТАГП рекомендуется штапельное стекловолокно с экранирующим слоем из фольги (ГОСТ 10499-78), в качестве гидроизоляции применяется прорезиненная ткань (ГОСТ 9584-72).
Теплоизоляция ТАГП должна иметь коэффициент теплопередачи, не превышающий 3 Вт/(м2·град).
9.46. Для подвода к нагревателям электроэнергии каждый ТАГП оснащается кабельным вводом со штепсельным разъемом, рассчитанным на максимальную расчетную величину тока электронагревателей. Коммутационные соединения электронагревателей в ТАГП должны иметь плотный контакт, быть прочными и иметь минимальное омическое сопротивление. Рекомендуется выполнять их с помощью металлических накладок на заклепках или пайкой по предварительно обмедненным концам углеродных нагревателей.
9.47. Отдельные детали ТАГП, выполненные из хлопчатобумажной ткани, следует пропитать огнезащитным и противогнилостным составом следующего состава: диаммонийфосфат — 9%, сульфат аммония — 6%, фтористый натрий — 2%, вода — 83%.
9.48. Сопротивление изоляции электронагревателей в покрытии должно быть не менее 2 МОм в нормальных условиях.
9.49. Конструкцией ТАГП должна быть предусмотрена возможность крепления их между собой и на вертикальных или наклонных поверхностях монолитных конструкций, подвергаемых обогреву.
9.50. Способы соединения электронагревателей в одно- или трехфазную цепь, а также линейные размеры ТАГП предопределяются удельным омическим сопротивлением примененных углеродных электроматериалов и наличием необходимых понижающих трансформаторов. Масса одного ТАГП не должна быть более 30 кг.
9.51. Для защиты от перегрева каждый комплект ТАГП, рассчитанный на подключение к одному понижающему трансформатору, должен иметь один-два ТАГП с установленными в них датчиками температуры.
9.52. Конструкции, разработанные ЦНИИОМТП, предусматривают сборно-разборный швейный вариант со сменным защитным чехлом и неразборный клееный вариант ТАГП (рис. 46, а, б). Краткое описание технологии изготовления ТАГП приведено в прил. 16.
Рис. 46. Общие виды термоактивных гибких покрытий (ТАГП)
а — сборно-разборный швейный вариант; б — цельноклееный вариант; в — с греющим проводом ПОСХП; 1 — защитный чехол; 2 — утеплитель; 3 — стеклохолст; 4 — отверстия для крепления утеплителя; 5 — углеродные ленточные электронагреватели; 6 — стеклотканевая прокладка; 7 — тесьма для крепления пакета утеплителя; 8 — прижимные планки; 9, 10 — вилочные разъемы токопровода и датчика; 11 — термоконтактор; 12 — отверстия для крепления ТАГП; 13 — листовая резина; 14 — нагревательный провод; 15 — алюминиевая фольга; 16 — коммутационные выводы
Конструкция ТАГП со стальным изолированным проводом, разработанная Красноярским Промстройниипроектом (КПСНИИП), предусматривает цельноклееный вариант (рис. 46, в).
Расчет термоактивных гибких покрытий с применением в качестве греющего элемента стальных изолированных проводов и краткое описание технологии изготовления ТАГП конструкции КПСНИИП приведены в прил. 16.
9.53. На наружной поверхности ТАГП необходимо стойкой несмываемой краской нанести маркировку с указанием основных электротехнических характеристик — рабочее напряжение, ток, электрическую мощность, омическое сопротивление.
9.54. Термодатчик блок-приставки автоматического регулирования температуры (рис. 47) рекомендуется устанавливать под термоактивное гибкое покрытие (ТАГП) непосредственно на обогреваемую им поверхность (рис. 47, а).
Рис. 47. Способы установки термодатчика блок-приставки
а — под ТАГП; б — подключение блок-приставки к термоконтактору в ТАГП; в — в температурной скважине; г — под бандажом стыка железобетонной колонны; 1 — ТАГП; 2 — термоконтактор; 3 — разъем; 4 — термодатчик
СИСТЕМА АВТОМАТИКИ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОНТРОЛЯ И ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТЕРМОАКТИВНОЙ ОПАЛУБКИ
9.55. Комплект термоактивной опалубки, находящейся в эксплуатации, должен быть обеспечен силовой аппаратурой электропитания с инвентарной электроразводкой и автоматическими устройствами контроля и регулирования температуры обогрева.
9.56 Электрическую мощность Pобщ, необходимую для питания комплекта термоактивной опалубки, определяют по формуле
P_{\text{общ}} = \sum P^{\text{уд}}FK = \sum P_{i}K, (45)
где Pi = PудF — средняя мощность нагревателей термоактивных щитов, находящихся ежедневно под нагрузкой, кВт;
Pуд — удельная мощность нагревателей, Вт/м2;
F — площадь термоактивных щитов, находящихся ежедневно под нагрузкой, м2;
K — коэффициент, учитывающий отключение групп термоактивных щитов от сети по достижении расчетных температур, равный 0,85.
9.57. Характеристика электрооборудования, кабелей, проводов, схем автоматики, применяемых при использовании греющей опалубки, приведены в разд. 15 данного Руководства.
ТЕХНОЛОГИЯ ОБОГРЕВА БЕТОНА В ГРЕЮЩЕЙ ОПАЛУБКЕ И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТАГП
9.58. При использовании греющей опалубки следует руководствоваться рекомендациями, изложенными в «Руководстве по бетонированию монолитных конструкций с применением термоактивной опалубки» (М., Стройиздат, 1977).
9.59. При возведении в греющей опалубке монолитных конструкций подготовку промерзших грунтовых оснований следует осуществлять согласно указаниям разд. 3 настоящего Руководства.
9.60. Части конструкций, не перекрытые термоактивной опалубкой, следует утеплять минерало- или стекловатными одеялами с коэффициентом теплопередачи не выше 2,85 Вт/(м2·°C) на длину не менее 1 м.
9.61. Перед установкой опалубки должны быть проверены целостность изоляции электронагревателей и электрической разводки, соответствие омического сопротивления и удельной мощности нагревателей и опалубки паспортным данным, степень уплотнения и влажность утеплителя.
Для просушки утеплителя до бетонирования опалубка подключается под напряжение на 3 — 4 ч.
Целостность изоляции электронагревателей и коммутирующей разводки проверяется внешним осмотром, омическое сопротивление нагревателей — с помощью мегомметра, удельная мощность — ваттметром.
9.62. Транспортировать и хранить щиты греющей опалубки следует в вертикальном положении в кассетах или горизонтально в штабелях на деревянных и других прокладках высотой, превышающей на 30 — 40 мм высоту выступающих электрических разъемов. Коммутирующую разводку, клеммные коробки следует хранить в специальных шкафах.
9.63. Собранная опалубочная форма должна выступать над поверхностью бетона на 5 — 10 см. Открытые поверхности забетонированных конструкций должны быть защищены влагонепроницаемой пленкой и утеплителем с коэффициентом теплопередачи не более 2,5 Вт/(м2·°C).
Утеплитель с такими же теплоизолирующими свойствами следует применять для укрытия отогретых участков грунтовых, бетонных или других оснований, выступающих за наружные грани термоактивных опалубочных форм.
9.64. При модуле опалубливаемой поверхности менее 2 и высоте конструкции 1 — 1,5 м на открытые поверхности бетона рекомендуется укладывать термоактивные щиты или инвентарные термоактивные гибкие покрытия ТАГП с удельной мощностью до 600 Вт/м2.
9.65. При скорости ветра, превышающей 12 м/с, рекомендуется опалубочные формы укрывать брезентом или воздухонепроницаемой пленкой. Такие укрытия целесообразны для защиты опалубки от воздействия атмосферных осадков и позволяют уменьшить коэффициент теплопередачи термоактивных щитов на 20 — 30%.
9.66. При использовании в греющих щитах нагревателей из материалов с большим температурным коэффициентом электрического сопротивления (железо, латунь, никель и др.) пусковые токи достигают значительных величин (до 2,5Jn). Поэтому щиты во избежание перегрузки питающей электролинии следует включать отдельными группами площадью не более 40 — 50 м2 с интервалом не менее 10 мин.
9.67. При коммутации термоактивной опалубки необходимо добиваться равномерной нагрузки на всех фазах. Коробки с клеммниками должны быть подвешены к схваткам или связям жесткости панелей на уровне не ниже 0,5 м от поверхности основания. При обогреве элементов каркасов — колонн, ригелей, балок — клеммные коробки подвешиваются к раздвижным струбцинам или верхнему ярусу хомутов колонн. При коммутации термоактивных щитов опалубки перекрытий клеммные коробки и кабели подвешиваются к раздвижным ригелям.
9.68. При отсутствии специальных угловых греющих щитов рядовые греющие щиты рекомендуется попеременно отключать от электросети через 2 — 3 ч при ручном регулировании температуры бетона и устанавливать в них дополнительные температурные реле при автоматической системе регулирования.
9.69. Режимы обогрева выбирают в зависимости от массивности возводимых монолитных конструкций с учетом обеспечения требуемой прочности бетона, вида и активности цемента, состава бетона и других факторов. На рис. 48, а — г приведены номограммы для определения продолжительности обогрева наиболее часто встречающихся на практике типов монолитных конструкций из бетона М 200 на портландцементе активностью 400 — 500, обеспечивающие набор прочности бетона не менее 50 — 60% R28. При применении цементов других видов, строительная лаборатория должна при первом опытном бетонировании и обогреве сопоставить расчетные и фактические режимы и внести необходимые коррективы в расчеты.
Рис. 48. Номограммы продолжительности обогрева монолитных конструкций из бетона марки М 200 на портландцементе активностью 400 — 500
а — номограмма для определения продолжительности термообработки монолитных стен высотой более 1 м;
б — номограмма для определения продолжительности термообработки монолитных массивных фундаментов столбчатого типа высотой более 1 м;
в — номограмма для определения продолжительности термообработки монолитных фундаментов средней массивности столбчатого типа высотой более 1 м;
г — номограмма для определения продолжительности термообработки монолитных ступенчатых фундаментов с высотой ступеней 500 мм
9.70. Для теплотехнических расчетов следует принимать показатели бетонной смеси и бетона, приведенные в табл. 52, с объемной теплоемкостью 2,5·103 кДж/(м3·°C).
9.71. При выдерживании бетона в греющей опалубке скорость подъема температуры, максимально допустимую температуру и скорость охлаждения (по замерам на поверхности конструкций) в зависимости от модуля опалубливаемой поверхности Mоп следует принимать по данным табл. 53.
9.72. Контролируемыми параметрами при обогреве является температура на палубе щитов и продолжительность обогрева.
9.73. Для повышения оборачиваемости термоактивной опалубки допускается ее демонтаж после изотермического выдерживания бетона, если это позволяет прочность бетона. Процесс остывания конструкций должен протекать под укрытиями из минераловатных одеял, брезента и т.п.
9.74. При отказе в работе нагревателей отдельных щитов должно быть обеспечено дополнительное утепление снаружи соответствующих щитов. По окончании обогрева щит, отказавший в работе, должен быть изъят из опалубочной панели или блока и отремонтирован в мастерских. При аварийном прекращении подачи электроэнергии должен быть установлен температурный контроль за бетонируемыми конструкциями. Время выдержки бетона при фактической температуре должно учитываться в теплотехнических расчетах и в расчетах времени дальнейшей тепловой обработки (см. разд. 16). Если перерыв в подаче электроэнергии произошел в момент укладки бетонной смеси, должны быть приняты меры по предотвращению замораживания бетонной смеси. С этой целью под брезентовое или пленочное укрытие опалубочной формы или в инвентарный тепляк подается теплый воздух от теплогенераторов.
9.75. Укладку бетонной смеси целесообразно производить в предварительно подогретую опалубку. Предварительный нагрев опалубки позволяет сократить сроки обогрева, снизить деформативные напряжения в бетоне и опалубке, отогреть арматуру и повысить температуру основания (старого бетона).
9.76. В связи с разными условиями обогрева бетона стен, перекрытий (при одновременном их обогреве) целесообразно независимое подключение горизонтальных и боковых щитов с автономным, независимым температурным контролем и регулированием.
9.77. Перед установкой ТАГП открытая поверхность бетона укрывается пленкой (или битуминизированной бумагой), и по ней укладываются вплотную друг к другу ТАГП (рис. 49).
Рис. 49. Обогрев покрытий, перекрытий или дорожных оснований
а — ТАГП; б — ТАГП с греющими проводами; 1 — слой пленки; 2 — ТАГП; 3 — греющие провода
9.78. При температурах наружного воздуха до -40 °C и толщине бетона перекрытия (или покрытия) свыше 300 мм можно применять комбинированный обогрев (ТАГП и нагревательными проводами, закладываемыми в бетоне).
В этом случае укладываются зигзагообразно проволочные нагреватели из провода ПОСХВ, укладывается бетонная смесь с температурой не менее 10 °C на всю толщину основания (или перекрытия). Открытая поверхность бетона укрывается пленкой (или битумизированной бумагой), по ней вплотную друг другу укладывают ТАГП (см. рис. 49, б). Производится коммутация ТАГП и проволочных нагревателей к питающей электролинии через понижающий трансформатор (рис. 50) и ведется обогрев продолжительностью, обусловленной технологией работ. Оставляемый в бетоне нагревательный провод можно использовать в дальнейшем при эксплуатации перекрытия (или покрытия) для обогрева.
Рис. 50. Схема подключения ТАГП и ПОСХВ к понижающему трансформатору
1 — к сети 380/220 В; 2 — трансформатор; 3 — блок-приставка; 4 — к датчику; 5 — ТАГП; 6 — распределительная коробка; 7 — кабель КРПТ; 8 — нагревательный провод
ОБОГРЕВ БЕТОНА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СКОЛЬЗЯЩЕЙ ОПАЛУБКЕ
9.79. При скорости возведения специальных монолитных железобетонных сооружений преимущественно в скользящей опалубке рекомендуется использовать для целей обогрева термоактивное подвесное покрытие (ТАПП), что дает возможность разделить операции по укладке и выдерживанию бетона в конструкции.
9.80. С помощью ТАПП осуществляют периферийный радиационно-конвективный обогрев распалубленного бетона и выдерживание его при температуре 50 — 70 °C до набора требуемой проектной прочности.
9.81. ТАПП представляет собой гибкое, легкое, паронепроницаемое нагревательное устройство, секционированное на отдельные элементы и устанавливаемое в непосредственной близости (0 — 50 мм) от поверхности распалубленного бетона сразу после щитов опалубки либо с технологическим разрывом по высоте для выполнения операций по затирке поверхности и нанесению полимерных покрытий (высота зоны затирки составляет 0,3 — 0,5 м).
9.82. В зависимости от условий производства работ целесообразно применение ТАПП в комплексе с другими методами тепловой обработки бетона: предварительным разогревом бетонных смесей, обогревом щитов опалубки, обогревом горячим воздухом и т.п.
9.83. При скоростном строительстве в скользящей опалубке рекомендуется применять двухсторонний обогрев стенок сооружений с установкой ТАПП на наружных и внутренних бетонных поверхностях (рис. 51).
Рис. 51. Схема возведения трубы с применением термоактивных подвесных покрытий
1 — ТАПП; 2 — брезентовое укрытие; 3 — скользящая опалубка; 4 — подвеска ТАПП; 5 — подвесные леса
9.84. Рекомендуется собирать ТАПП из отдельных элементов шириной 0,8 — 0,9 м. Длина ТАПП является основным фактором обеспечения требуемых режимов выдерживания бетона и зависит от максимальной расчетной скорости возведения сооружения и сроков набора требуемой прочности бетона.
9.85. Каждый элемент ТАПП состоит из нагревателя, теплозащитного слоя, наружной оболочки и может иметь разнообразное конструктивное оформление. Следует стремиться к использованию ТАПП заводского изготовления. При отсутствии такой возможности элементы ТАПП могут быть изготовлены на объекте строительства силами технического персонала.
9.86. Электроснабжение ТАПП должно осуществляться от отдельной КТП через распределительные пункты, установленные на рабочей площадке. Для электроснабжения ТАПП рекомендуется использовать сетевое напряжение 220 В. Каждый элемент подсоединяется по параллельной схеме.
9.87 Ориентировочная величина удельной мощности нагревателя ТАПП определяется по формуле
\text{Р}^{\text{уд}} = 0,4 + 0,065 \frac{\lambda}{\Delta} \text{кВт}/\text{м}^{2}, (46)
где \lambda — коэффициент теплопроводности материала теплозащитного слоя, Вт/(м·град);
\Delta — толщина теплозащитного слоя, м.
Мощность и длина ТАПП в зависимости от требуемой конечной прочности бетона даны в табл. 54.
| Температура наружного воздуха t_{\text{в}}^{\text{н}} , °C | Начальная температура бетона t_{\text{б}}^{\text{н}} , °C | Толщина конструкции 0,4 м | Толщина конструкции 0,2 м | ||||||
| Скорость бетонирования, м/сут | |||||||||
| 3 | 5 | 3 | 5 | ||||||
| Длина ТАПП, м | |||||||||
| 4 | 6 | 4 | 6 | 4 | 6 | 4 | 6 | ||
| -20 | +20 <*> | 0,8 ---- 60 | 0,5 ---- 50 | 0,5 ---- 30 | 0,5 ---- 40 | 0,5 ---- 55 | 0,5 ---- 45 | 0,8 ---- 30 | 0,5 ---- 30 |
| -10 | +10 <*> | 0,5 ---- 40 | 0,5 ---- 35 | 0,5 ---- 30 | 0,5 ---- 35 | 0,5 ---- 45 | 0,5 ---- 55 | 0,5 ---- 35 | 0,5 ---- 40 |
| +20 <*> | 0,5 ---- 50 | 0,5 ---- 55 | 0,5 ---- 40 | 0,5 ---- 47 | 0,5 ---- 50 | 0,5 ---- 58 | 0,5 ---- 40 | 0,5 ---- 45 | |
| 0 | +10 | 0,5 ---- 51 | 0,5 ---- 65 | 0,5 ---- 35 | 0,5 ---- 50 | 0,5 ---- 60 | 0,5 ---- 68 | 0,5 ---- 50 | 0,5 ---- 56 |
| +20 | 0,25 ---- 31 | - | - | 0,25 ---- 30 | 0,25 ---- 28 | - | - | 0,25 ---- 27 | |
| -20 | +10 <*> | 0,9 ---- 70 | 0,8 ---- 71 | 1,2 ---- 78 | 1,0 ---- 70 | 1,0 ---- 77 | 0,8 ---- 70 | 1,2 ---- 76 | 1,0 ---- 70 |
| -10 | +10 <*> | 0,8 ---- 73 | 0,7 ---- 75 | 0,85 ---- 70 | 0,85 ---- 72 | 0,8 ---- 78 | 0,7 ---- 77 | 0,9 ---- 71 | 0,8 ---- 74 |
| +10 <*> | 0,8 ---- 78 | 0,7 ---- 80 | 0,8 ---- 70 | 0,8 ---- 71 | 0,7 ---- 71 | 0,7 ---- 82 | 0,9 ---- 76 | 0,7 ---- 70 | |
| 0 | +10 | 0,7 ---- 71 | 0,6 ---- 73 | 0,9 ---- 73 | 0,8 ---- 74 | 0,7 ---- 76 | 0,6 ---- 78 | 0,8 ---- 70 | 0,7 ---- 73 |
| +20 | 0,6 ---- 70 | 0,6 ---- 78 | 0,9 ---- 77 | 0,8 ---- 78 | 0,6 ---- 71 | 0,5 ---- 72 | 0,8 ---- 75 | 0,7 ---- 77 | |
| +40 | +20 | 0,08 ---- 62 | 0,08 ---- 71 | 0,16 ---- 52 | 0,06 ---- 57 | 0,08 ---- 64 | 0,08 ---- 72 | 0,16 ---- 53 | 0,08 ---- 56 |
<*> Предлагается обогрев опалубки ТЭНами мощностью 0,3 кВт.
Примечание. В числителе — удельная мощность ТАПП, кВт/м2; в знаменателе — прочность бетона после выхода из нижней зоны ТАПП, % R28.
9.88. Все элементы ТАПП должны иметь маркировку с указанием порядкового номера, номера распределительного пункта и группы (автомата) в схеме электроснабжения. Обозначения наносят стойкой, несмываемой краской на наружной поверхности оболочки.
9.89. Подвеска элементов ТАПП должна удовлетворять требованиям удобства монтажа и демонтажа и обеспечить равномерное, без перекосов, расположение элементов у обогреваемых бетонных поверхностей.
Элементы ТАПП закрепляются верхним торцом на специальных металлических конструкциях — бандажах. Конструкция подвески должна предусматривать регулируемое прижатие бандажей к поверхности бетона.
Бандажи могут быть изготовлены из труб диаметром 25 — 38 мм и удерживаться тросовыми подвесками на несущих металлических конструкциях рабочей площадки или домкратных рам.
Нижние торцы элементов ТАПП на наружной поверхности сооружения закрепляют обжимным тросом, а на внутренней поверхности — распорным кольцом. Распорные кольца могут быть изготовлены из арматурной стали диаметром 12 — 14 мм, соединенных жимками.
Боковые поверхности ТАПП должны быть соединены быстроразъемными соединениями либо в крайнем случае уплотнены установкой внахлестку с шириной перекрываемой полосы около 100 мм.
9.90. Элементы ТАПП подают в свернутом виде на подвесные леса, разворачивают и в порядке, указанном маркировкой, от условной точки вывешивают на бандажные кольца внутри и снаружи сооружения.
9.91. Для электроснабжения ТАПП рекомендуется использовать сетевое напряжение 220 В переменного тока промышленной частоты.
Подача электроэнергии на рабочую площадку и местные разводки должны быть выполнены шланговыми кабелями КРПТ, ГРШС и т.п.
Подключение элементов ТАПП (не более трех) осуществляется через автоматические выключатели, устанавливаемые на внутренние ограждения подвесных лесов.
9.92. Вертикальную прокладку силовых кабелей от КТП осуществляют по внешнему периметру сооружения путем подвески на тросе диаметром не менее 10 мм до нижнего яруса наружных подвесных лесов. Запас кабеля укладывают на нулевой отметке у стены сооружения и защищают от повреждения деревянным коробом.
9.93. Непрерывное производство работ в расчетном режиме не требует изменения мощности нагревателей ТАПП.
Регулирование температуры обогрева бетона при перерывах в бетонировании может осуществляться включением и выключением нагревателей. Для поддержания температуры рекомендуется использование автоматических систем.
10. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ БЕТОНА
10.1. Индукционный способ термообработки бетона основан на использовании магнитной составляющей переменного электромагнитного поля для нагрева стали вследствие теплового действия электрического тока, наводимого электромагнитной индукцией.
При индукционном нагреве энергия переменного электромагнитного поля преобразуется в арматуре или стальной опалубке в тепловую и передается теплопроводностью бетону.
10.2. Индукционный способ может быть применен как для термообработки бетона некоторых типов монолитных конструкций в условиях строительной площадки, так и для ускорения твердения бетона конструкций при изготовлении их в условиях припостроечных полигонов.
Индукционный нагрев позволяет вести термообработку бетона монолитных железобетонных каркасных конструкций (колонны, ригели, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, отдельные опоры); замоноличивания стыков каркасных конструкций; сталебетонных и сборно-монолитных конструкций; омоноличивания каркаса и усиления каркасных конструкций; монолитных железобетонных сооружений, возводящихся в скользящих, подъемно-переставных и катучих опалубках (стволы труб, силосов, ядер жесткости, коллекторы и т.п.); железобетонных изделий в условиях припостроечных полигонов (ригели, балки, колонны, перемычки, сваи, опоры, трубы, колодцы, элементы элеваторов и т.п.).
10.3. Индукционный нагрев насыщенных арматурой каркасных конструкций и конструкций, возводящихся в стальной опалубке, обладает рядом достоинств:
органически просто осуществляется собственно прогрев бетона насыщенных металлом конструкций;
обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле;
легко и быстро без дополнительных источников тепла осуществляется отогрев арматуры, жесткого каркаса, металлической опалубки, а также при необходимости отогрев ранее уложенного и замороженного бетона;
обеспечивается возможность круглогодичного использования металлической опалубки;
исключается расход стали на электроды.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННЫХ СИСТЕМ
10.4. Глубина проникновения \Delta_{s} , м, тока частотой f, Гц, в металл, имеющий удельное электросопротивление \rho_{s} , Ом·м, и магнитную проницаемость \mu , определяется по формуле
\Delta_{s} = 5030 \sqrt{\frac{\rho_{s}}{\mu f}} . (47)
10.5. Активная мощность \Delta P , кВт/м2, выделяющаяся с единицы поверхности металла, обладающего поверхностным сопротивлением \rho_{\text{н}} , Ом, и находящегося в переменном магнитном поле напряженностью H, А/м, выражается формулой
\Delta P = \rho_{\text{н}} \cdot \text{Н}^{2}, (48)
\rho_{\text{н}} = \frac{\rho_{s}}{\Delta_{s}} . (49)
Зависимость \Delta P и \rho_{\text{н}} от напряженности магнитного поля H для сталей с различным удельным электросопротивлением представлена на рис. 52.
Рис. 52. Зависимость удельного поверхностного электросопротивления \rho_{\text{н}} и удельной активной мощности \Delta P от напряженности магнитного поля H
1 — для стали с удельным электросопротивлением \rho_{s} = 10 \cdot 10^{- 8} ; 2 — для \rho_{s} = 20 \cdot 10^{- 8} ; 3 — для \rho_{s} = 30 \cdot 10^{- 8}\text{Ом } \cdot \text{м}
10.6. Расчет потребной удельной активной мощности \Delta P и соответственно остальных параметров индукционных систем производится исходя из величины общей активной мощности Pas, кВт, необходимой для обеспечения заданного режима термообработки, и определяется по формуле
где Pп — требуемая удельная тепловая мощность, кВт/м3, определяется по формуле (8).
10.7. Удельная активная мощность, необходимая для термообработки конструкции с активной поверхностью металла Sa, м2, определяется по формуле
\Delta P = \frac{P_{as}}{S_{a}} . (51)
10.8. В зависимости от вида и конструктивных особенностей железобетонных конструкций термообработка их индукционным способом может быть осуществлена по одной из двух принципиальных схем: по схеме индуктивной катушки с железом и по схеме трансформатора с сердечником.
10.9. Схема индуктивной катушки с железом имеет место в том случае, когда элемент железобетонной конструкции в процессе термообработки находится в полости индукционной обмотки, выполненной в виде цилиндрического, прямоугольного, трапециевидного и тому подобного соленоида. При термообработке по этой схеме тепло в основном выделяется в ферромагнитных элементах (арматура, жесткий каркас, стальная опалубка, форма), направление которых совпадает с направлением оси соленоида. Незначительная часть тепла выделяется в металлических замкнутых элементах (хомуты арматуры, опалубка), плоскость которых перпендикулярна оси соленоида.
10.10. Схема трансформатора с сердечником имеет место в том случае, когда в полости железобетонного изделия или сооружения расположен магнитопровод (или группа магнитопроводов) с индукционной обмоткой. Здесь тепло в основном выделяется в электрически замкнутых металлических элементах (замкнутая металлическая форма, опалубка, арматурные хомуты или замкнутая поперечная арматура, кольцевая арматура и т.д.), плоскость которых перпендикулярна оси магнитопровода.
10.11. Выбор режима индукционного нагрева и определение необходимых мощностей производится в соответствии с указаниями разд. 4 настоящего Руководства.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПО СХЕМЕ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ С ЖЕЛЕЗОМ
10.12 Расчет параметров индукционной системы заключается в определении:
числа витков № индукционной обмотки (индуктора) при выбранном напряжении U;
коэффициента мощности cos\varphi ;
полной мощности системы Pс, кВА;
мощности конденсаторной батареи Pк, кВАр;
емкости конденсаторной батареи Cк, мкФ, для компенсации реактивной мощности.
10.13 Число витков индуктора № определяется по формуле
где U — выбранное напряжение, В;
H — напряженность магнитного поля индуктора, определяемая по рис. 52 в зависимости от удельной мощности \Delta P , А/м;
Zo — приведенное полное сопротивление системы, Ом, определяемое по формуле
Z_{o} = \sqrt{r_{o}^{2} + (\omega L_{o})^{2}} , (53)
r_{o} = 1,1\rho_{\text{н}}\Sigma\text{П}_{s}F_{s}; (54)
\omega L_{o} = 4,10^{- 4}S_{i}m + \rho_{\text{н}}\Sigma\text{П}_{s}Q_{s}; (55)
\Sigma\text{П}_{s} — сумма периметров сечения металла (арматуры, каркаса, опалубки), м;
Fs и Qs — безразмерные коэффициенты сопротивления, определяемые для листовой стали толщиной \Delta , м, в зависимости от отношения \frac{2\Delta}{\Delta_{s}} по рис. 53, для стержневой арматуры радиусом r, м, в зависимости от отношения \frac{r \sqrt{2}}{\Delta_{s}} по рис. 54;
m — безразмерный коэффициент формы индуктора, зависящий от отношения длины (высоты) индуктора к его радиусу и определяемый по графику рис. 55;
Si — площадь сечения индуктора, м2.
Рис. 53. Зависимость безразмерных коэффициентов сопротивления Fs и Qs для металлической плиты (листа) от относительной толщины плиты (листа) \frac{2\Delta}{\Delta_{s}}
Рис. 54. Зависимость безразмерных коэффициентов сопротивления для металлического стержня от аргумента \frac{r \sqrt{2}}{\Delta_{s}}
Рис. 55. Коэффициент формы индуктора m в зависимости от отношения высоты индуктора hi к его радиусу Ri
10.14 Сила тока I индуктора длиной (высотой) h определяется по формуле
10.15. По величине тока, полученной по формуле (56), подбирается сечение провода (кабеля, шины) индуктора. Если по каким-либо причинам полученная величина силы тока не может быть принята для прогрева, производят перерасчет. Для этого, задаваясь допустимой для данных условий величиной силы тока и сохраняя неизменной величину H, находят по формуле (52) необходимое напряжение.
10.16. Расчет параметров для изотермического прогрева сводится к определению напряжения исходя из формулы (52), которое при сохранении полученного расчетом числа витков индуктора обеспечивало бы соблюдение заданного режима изотермического прогрева.
10.17 Коэффициент мощности системы cos\varphi определяется по формуле
cos\varphi = \frac{r_{o}}{Z_{o}} . (57)
10.18 Полная мощность системы Pс определяется по формуле
\text{Р}_{\text{с}} = \frac{\text{Р}_{as}}{cos\varphi} . (58)
Пример расчета индукционной системы по схеме индуктивной катушки с железом приведен в прил. 17 (пример 1).
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПО СХЕМЕ ТРАНСФОРМАТОРА С СЕРДЕЧНИКОМ
10.19. Исходя из заданного режима термообработки и конкретных размеров конструкции расчетом определяются количество витков намагничивающей обмотки N, сила тока I, коэффициент мощности cos\varphi и полная мощность Pс.
10.20. Число витков намагничивающей обмотки № при полной мощности системы Pс, выбранном напряжении U и напряженности магнитного поля H, определенной исходя из удельной активной мощности \Delta P или по графику рис. 52, находится по формуле
N = 1,4 \cdot 10^{- 3} \frac{HhU}{P_{c}} , (59)
P_{c} = \sqrt{1,2P_{as}^{2} + (1,1P_{as} + 1,6 \cdot 10^{- 8}hfF_{s}H^{2})^{2}} ; (60)
Fs — площадь зазора между намагничивающей обмоткой на магнитопроводе и нагреваемым изделием.
10.21 Сила тока в намагничивающей обмотке при выбранном напряжении U определяется по формуле
I = \frac{P_{c}}{U} 10^{3}. (61)
10.22 Коэффициент мощности системы cos\varphi определяется по формуле
cos\varphi = 1,1 \frac{P_{as}}{P_{c}} . (62)
Пример расчета параметров индукционной системы по схеме трансформатора с сердечником приведен в прил. 17 (пример 2).
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
10.23. Компенсация реактивной мощности производится путем подключения к цепи батарей конденсаторов (например, бумажно-масляных конденсаторов типа КМ).
10.24 Расчет требуемой мощности батарей конденсаторов ведется в следующем порядке:
1. Определяется величина cos\varphi системы и вычисляется tg\varphi ;
2. Устанавливается требуемая величина коэффициента мощности cos\varphi , до которой нужно компенсировать реактивную мощность, и вычисляется tg\varphi_{i} ;
3. По известной активной мощности Pas определяется необходимая мощность батареи конденсаторов, измеряемая в кВАр:
P_{\text{к}} = 1,1P_{as}(tg\varphi - tg\varphi_{i}); (63)
4. Емкость конденсаторной батареи Cк, мкФ, необходимая для полной компенсации реактивной мощности, определяется до формуле
\text{С}_{\text{к}} = \frac{\sqrt{\text{Р}_{\text{с}}^{2} - 1,2R_{as}^{2}}}{2\pi fU_{\text{к}}^{2}} 10^{9}, (64)
где Uк — напряжение на конденсаторе.
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ
10.25 При индукционном нагреве бетона принимается следующий порядок производства работ:
-
предварительный отогрев металла (арматуры, каркаса, опалубки) и ранее уложенного бетона (при необходимости);
10.26. До начала бетонирования по наружной поверхности опалубки с двух противоположных сторон конструкции выставляются шаблоны с пазами для размещения витков индуктора. Количество пазов должно соответствовать расчетному числу витков индуктора. В центральной части конструкции, равной 3/5 ее длины (высоты), пазы располагаются равномерно с шагом h/N, а к торцам конструкции шаг сокращается до 0,5 h/N.
В пазы шаблонов последовательными витками укладывается изолированный провод (типа ПРГ, АПРГ и т.п.), соответствующий расчетной токовой нагрузке, и созданный таким образом индуктор подключается к питающей сети.
10.27. У торцов конструкции, соприкасающихся с ранее уложенным бетоном или с холодным воздухом, происходит интенсивный отсос тепла из примыкающих к ним зон. Для компенсации теплопотерь в торцах расчетную высоту (длину) индуктора следует увеличивать на 10 — 20 см в обе стороны.
10.28. При больших объемах бетона и значительной длине провода индукционной обмотки целесообразно составлять индуктор из отдельных секций. Длина секции при этом подбирается таким образом, чтобы ее вес не превышал 15 — 20 кгс. Оба конца секции должны иметь стандартные наконечники под болтовое соединение.
10.29. При необходимости термообработки большого количества конструкций одного типоразмера целесообразно изготовление и использование инвентарных разъемных индукторов.
10.30. При прохождении по индуктору одного и того же тока количество выделяемого тепла будет больше в конструкции с металлической опалубкой, так как площадь источников тепла будет больше на величину, равную удвоенной поверхности металлической опалубки. Следовательно, для разогрева по заданному режиму бетона в металлической опалубке понадобится меньшая, чем для конструкции в деревянной опалубке, сила тока и, естественно, меньшая установленная мощность.
Кроме того, при применении металлической опалубки в сечении конструкции формируется более равномерное температурное поле, что позволяет разогревать те же конструкции с более высокой скоростью (табл. 55).
Примечание. Над чертой приведены скорости для конструкций, возводимых в неметаллической; под чертой — в металлической опалубке.
10.31. При возведении конструкций в стальной опалубке во избежание теплопотерь целесообразно устраивать простейшую теплоизоляционную рубашку из мешковины, парусины и т.п.
10.32. После установки индуктора производят, если это необходимо, предварительный отогрев арматуры, жесткого каркаса, закладных деталей или участков стыкуемых элементов.
Предварительный отогрев осуществляется включением индуктора по режиму разогрева на время, достаточное для отогрева металла.
Предварительный, перед укладкой бетонной смеси, отогрев металла и арматуры при применении индукционного метода безусловно обязателен только при наличии на металле наледи. В остальных случаях отогрев арматуры можно начинать вместе с началом бетонирования и во время перерывов в бетонировании.
10.33. Для повышения конечной прочности бетона рекомендуется выдерживать его в течение нескольких часов при низких положительных температурах (не ниже 5 °C), что достигается периодическим включением индуктора на 5 — 10 мин в каждый час предварительной выдержки.
10.34. При термообработке сборно-монолитных конструкций следует принять меры к сохранению тепла аккумулированного сборными элементами в процессе их предварительного разогрева и использованию этого тепла для прогрева бетона монолитной части.
10.35. Скорость подъема температуры бетона в период разогрева устанавливается в зависимости от модуля поверхности прогреваемой конструкции, характера армирования конструкции и материала опалубки по табл. 55.
10.36. При термообработке длинномерных конструкций в условиях припостроечных полигонов с целью обеспечения сцепления арматуры с бетоном в зоне анкеровки укладку бетона следует производить только на предварительно отогретую арматуру. При укладке горячих бетонных смесей предварительный отогрев арматуры не требуется.
10.37. Поддержание температуры изотермического прогрева достигается либо переключением индуктора на более низкое напряжение, полученное по расчету, либо обеспечением импульсного режима путем периодического включения и отключения напряжения.
Силу тока в индукторе, а следовательно, и мощность тепловыделения на период изотермического выдерживания можно понизить переключением схемы соединения групп прогреваемых конструкций с параллельной на последовательную, с треугольника на звезду.
10.38. Эффективным методом термообработки бетона является комбинированный метод, представляющий собой сочетание индукционного метода нагрева и предварительного электроразогрева бетонных смесей.
Применение такого комбинированного метода позволяет воспользоваться достоинствами обоих методов и компенсировать их недостатки.
Укладка разогретых бетонных смесей делает возможным применение индукционного нагрева и для слабоармированных конструкций, возводящихся в стальной опалубке. С другой стороны, применение индукционного нагрева позволяет воспользоваться предварительным электроразогревом для укладки бетона в металлическую опалубку.
Использование индукционного нагрева позволяет расширить область применения предварительного электроразогрева для конструкций с модулем поверхности до 10 — 12.
10.39. Особое внимание в период остывания следует обращать на утепление арматуры (и приарматурной зоны бетона), выходящей из прогретого бетона и контактирующей с холодным воздухом.
11. ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ БЕТОНА
11.1. Инфракрасный способ термообработки бетона основан на использовании энергии инфракрасного излучения, подаваемого на открытые или опалубленные поверхности обогреваемых конструкций и превращающегося на этих поверхностях в тепловую энергию.
Поскольку глубина проникновения инфракрасных лучей в бетон не превышает 2 мм, то лучистая энергия превращается в тепловую в тонких поверхностных слоях бетона, остальная же масса конструкции нагревается за счет теплопередачи от этих слоев и экзотермии цемента.
11.2. При производстве бетонных работ в условиях низких отрицательных температур наружного воздуха инфракрасный обогрев рекомендуется применять:
для отогрева промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаления снега и наледи;
для интенсификации твердения бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической или конструктивной опалубках;
для предварительного отогрева зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорения твердения бетона или раствора заделки;
для ускорения твердения бетона или раствора при укрупнительной сборке большеразмерных железобетонных конструкций;
для создания тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления.
11.3. В качестве источников (генераторов) инфракрасного излучения в технологии зимнего бетонирования рекомендуется применять:
металлические (стальные, латунные, медные) трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) типов НВС (нагреватель воздушный сушильный) и НВСЖ (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий) диаметром от 9 до 18 мм, длиной от 0,3 до 6 м, мощностью от 0,6 до 1,2 кВт/м с рабочим напряжением 127, 220 и 380 В, с температурой излучающей поверхности от 300 до 600 °C;
керамические стержневые излучатели диаметром от 6 до 50 мм, длиной от 0,3 до 1 м, мощностью от 1 до 10 кВт/м, с рабочим напряжением 127, 220 и 380 В, с температурой излучающей поверхности от 1300 до 1500 °C;
кварцевые трубчатые излучатели типа НИК-220-1000-ТР (нагреватель инфракрасный кварцевый напряжением 220 В, мощностью 1000 Вт, трубчатый) диаметром 10 мм, длиной 370 мм с температурой спирали до 2300 °C. Кварцевые излучатели должны работать обязательно в горизонтальном положении и надежно защищены от ударных воздействий.
11.4. Для создания направленного лучистого потока излучатели должны помещаться в параболические, сферические или трапецеидальные отражатели. При этом излучатели помещаются в фокус параболы или центр сферы; расположение излучателей при применении трапецеидальных отражателей определяется расчетом.
Инфракрасные излучатели в комплекте с отражателями и поддерживающими устройствами составляют инфракрасную установку.
11.5. В зависимости от назначения, конфигурации и модуля поверхности обогреваемых конструкций рекомендуется применять инфракрасные установки, приведенные на рис. 56:
а) короб для обогрева плитных конструкций, дорожных оснований, стен, отогрева промороженного бетона, грунта и т.п.;
б) прожектор для отогрева полости опалубки, арматуры, закладных деталей и тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления;
в) сферические и плоские нащельники для предварительного отогрева зоны стыка сборных железобетонных конструкций и термообработки бетона заделки;
г) двухстенную плоскую опалубку для термообработки плоских вертикальных и линейных конструкций и элементов;
д) одиночные излучатели, вводимые в каналы-пустоты, для термообработки многопустотных плит и настилов.
Рис. 56. Инфракрасные установки
а — короб; б — прожектор; в — нащельники; г — двухстенчатая опалубка; д — одиночные излучатели; 1 — гидроизоляция; 2 — облучаемая поверхность; 3 — отражатели; 4 — излучатели; 5 — обогреваемая конструкция
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНФРАКРАСНОГО ОБОГРЕВА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ УСТАНОВОК
11.6. Задачей расчета и конструирования инфракрасных установок является выбор типа генераторов инфракрасного излучения, их мощности, количества и расположения относительно облучаемых и рефлектирующих устройств. Энергетические и геометрические параметры инфракрасных установок должны обеспечивать энергетическую освещенность облучаемой поверхности конструкции, требуемую для выделения на ней мощности, рассчитанной по формуле (66).
11.7 Требуемая энергетическая освещенность E определяется по формуле
E = \frac{P}{F_{o}\epsilon} \text{кВт}/\text{м}^{2}, (65)
где P — требуемая мощность, кВт;
Fо — площадь облучаемой поверхности, м2;
\epsilon — степень черноты материала облучаемой поверхности (табл. 56).
11.8. Мощность, которую необходимо подать на облучаемую поверхность конструкции на стадии подъема температуры Pп бетона и изотермического прогрева Pи, определяется соответственно по формулам (66) и (67):
(66)\text{Р}_{\text{и}} = \alpha_{\text{о}}F_{\text{о}}(t_{\text{и}} - t_{\text{н}.\text{в}}) + KF_{\text{оп}}(t_{\text{и}}\prime - t_{\text{н}.\text{в}}) - 2,78 \cdot 10^{- 4}\text{Ц}V_{\text{б}} \frac{\text{Э}_{\text{и}}}{\tau_{\text{п}}} \text{кВт}; (67)
где Cб, Cа и Ciоп — удельная теплоемкость соответственно бетона, арматуры, материала i-го слоя опалубки, Дж/(кг·°C);
\gamma_{\text{б}} , \gamma_{a} , \gamma_{i} — объемная масса соответственно бетона, арматуры, материала i-го слоя опалубки, кг/м3;
Vб, Vа — объем соответственно бетона и арматуры, м3;
\delta_{i\text{оп}} — толщина i-го слоя опалубки, м;
Fо, Fоп — площадь соответственно облучаемой и необлучаемой поверхности конструкции, м2;
\tau_{\text{п}} — продолжительность подъема температуры, ч;
K — коэффициент теплопередачи через опалубку, кВт/(м2·°C);
Ц — расход цемента в бетоне, кг/м3;
Эп, Эи — удельное тепловыделение цемента в период соответственно подъема температуры и изотермического прогрева, Дж/кг;
tн, tн.в — соответственно начальная температура бетона и наружного воздуха, °C;
tи, t_{\text{и}}\prime — температура изотермического прогрева, соответственно на облучаемой и необлучаемой поверхности конструкции, °C;
\alpha_{\text{о}} — коэффициент теплоотдачи облучаемой поверхности, определяемой по формуле
(68)h — расстояние между облучаемой и отражающей поверхностями, м;
tср — средняя температура бетона, определяется по формулам:
t_{cp}^{\text{п}} = \frac{t_{\text{б}.\text{н}} - t_{\text{и}}}{2} {}^{\circ}C; (69)
для стадии изотермического прогрева
t_{cp}^{\text{и}} = \frac{t_{\text{и}} + t_{\text{и}}\prime}{2} {}^{\circ}C; (70)
tу — температура стенок инфракрасной установки, ориентировочно определяется по формулам:
t_{\text{у}}^{\text{п}} = \frac{t_{\text{ср}}^{\text{п}} + t_{\text{н}.\text{в}}}{2} {}^{\circ}C; (71)
для стадии изотермического прогрева
t_{\text{у}}^{\text{и}} = \frac{t_{\text{ср}}^{\text{и}} + t_{\text{н}.\text{в}}}{2} {}^{\circ}C. (72)
11.9 Мощность, требуемая для тепловой защиты открытой поверхности конструкции, определяется по формуле
\text{Р}_{\text{з}} = \alpha_{\text{о}}F(t_{\text{и}} - t_{\text{н}.\text{в}})\text{кВт}. (73)
11.10. Мощность инфракрасной установки, необходимая для создания требуемой освещенности на облучаемой поверхности конструкции, определяется по формуле
\text{Р}_{\text{уст}} = \frac{F}{\varphi} F_{o}\text{кВт}, (74)
где \varphi — коэффициент облученности, показывающий, какая доля лучистого потока, создаваемого излучателями, воспринимается облучаемой поверхностью; определяется по формуле
\varphi = \varphi_{\text{и} - \text{п}} + [(1 - \epsilon_{\text{о}})\varphi_{\text{и} - \text{о}}\varphi_{\text{о} - \text{п}} - \varphi_{\text{о} - \text{и}}], (75)
где \varphi_{\text{и} - \text{п}} и \varphi_{\text{и} - \text{о}} — доля лучистого потока, передаваемая от излучателей соответственно на облучаемую и отражающую поверхности;
\varphi_{\text{о} - \text{п}} и \varphi_{\text{о} - \text{и}} — доля лучистого потока, передаваемая от отражателя соответственно на облучаемую поверхность и излучатели.
Значения коэффициентов лучистого потока \varphi_{\text{и} - \text{п}} , \varphi_{\text{и} - \text{о}} и \varphi_{\text{о} - \text{и}} берутся по табл. 57 в зависимости от геометрических параметров S и d элементов инфракрасной установки, указанных на рис. 57, а коэффициента \varphi_{\text{о} - \text{п}} в зависимости от геометрических параметров a1, a2 и h — по табл. 58.
Примечание. Для промежуточных значений s/d величина \varphi определяется по правилу линейной интерполяции.
Рис. 57. Схема к расчету параметров инфракрасной установки
и — излучатели; о — отражатель; п — облучаемая поверхность
Примечание. Для промежуточных значений a1/h и a2/h величина \varphi_{\text{о} - \text{п}} определяется по правилу линейной интерполяции.
11.11. Зная требуемую энергетическую освещенность E и площадь облучаемой поверхности Fo, задаются геометрическими параметрами элементов установки, определяют коэффициент облученности \varphi и рассчитывают необходимую мощность инфракрасной установки Pуст.
11.12 При конструировании инфракрасных установок необходимо:
в поддерживающих инфракрасные излучатели конструкциях и приспособлениях применять легкие металлы;
в качестве рефлекторов применять алюминий, обладающий наибольшей отражательной способностью. При отсутствии листового алюминия можно применять листовое железо с покраской отражающей поверхности жаростойкой алюминиевой краской;
опалубленные поверхности, воспринимающие инфракрасное излучение, покрывать черным матовым лаком для повышения поглощательной способности поверхности;
в целях повышения равномерности обогрева конструкции в инфракрасных установках электрические мощности распределять следующим образом:
на нижнюю треть высоты конструкции — 50% общей мощности;
на среднюю треть — 30% общей мощности;
на верхнюю треть — 20% общей мощности;
на крайние 1/6 ширины конструкции — 50% подводимой на данной высоте мощности;
на средние 1/6 ширины — 30% подводимой на данной высоте мощности;
на центральную 1/3 ширины — 20% подводимой на данной высоте мощности.
11.13. При применении инфракрасного обогрева бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, процесс термообработки бетона разделяется на четыре этапа (рис. 58):
а) инфракрасные установки, смонтированные по периметру подвижных форм, нагревают элементы скользящей опалубки перед укладкой бетона в формы и первые слои уложенного бетона (см. рис. 58, а). При этом и опалубка, и инфракрасные установки находятся в состоянии покоя (vоп = vу = 0, где vу — скорость подъема инфракрасной установки, м/ч; vоп — скорость подъема опалубки, м/ч);
б) скользящая опалубка поднимается на высоту, равную высоте подвесных лесов (см. рис. 58, б), а инфракрасные установки остаются в первоначальном положении и прогревают слой бетона, равный высоте установок (vу = 0, vоп больше 0);
в) инфракрасные установки, смонтированные на подвесных лесах, движутся относительно конструкции (см. рис. 58, в) синхронно со скользящей опалубкой (vоп = vу больше 0);
г) по окончании бетонирования захватки сооружения скользящая опалубка останавливается (см. рис. 58, г), а инфракрасные установки поднимаются вверх (vоп = 0, vу больше 0). На этом этапе необходимо, чтобы скорость подъема установок не превышала средней скорости подъема опалубки.
Рис. 58. Схема инфракрасного обогрева бетона конструкции, возводимой в скользящей опалубке
а — начальное заполнение форм; б — бетонирование до отметки навески подвесных лесов; в — бетонирование средней части сооружения; г — обогрев после прекращения подъема форм; 1 — тепляк; 2 — щиты опалубки; 3 — рабочий пол; 4 — бетон; 5 — инфракрасные установки; 6 — подвесные леса
В соответствии с этим каждый слой бетона будет проходить:
а) предварительное выдерживание в течение времени
\tau_{\text{п}.\text{в}} = \frac{h_{\text{л}} - h_{\text{у}}}{v_{\text{оп}}} \text{ч}, (76)
где hл и hу — соответственно высота подвижных лесов и инфракрасной установки, м;
\tau_{\text{п}} = \frac{h_{\text{п}}}{v_{\text{оп}}} \text{ч}, (77)
где hп — высота зоны разогрева, м;
в) изотермический прогрев в течение времени
\tau_{\text{и}} = \frac{h_{\text{и}}}{v_{\text{оп}}} \text{ч}, (78)
где hи — высота зоны изотермического прогрева, м;
г) остывание, продолжительность которого зависит от конструкции тепляка, месторасположения прогреваемого участка, скорости подъема опалубки, массивности конструкции и температуры наружного воздуха.
В зоне термообработки бетон проходит две стадии — разогрев и изотермический прогрев. Для удобства расчетов инфракрасную установку условно делят по высоте на две зоны: зону нагрева (разогрева) и зону изотермического прогрева; энергетические расчеты ведут отдельно для двух зон, а общую мощность инфракрасной установки определяют как сумму мощностей обеих зон.
Примеры расчетов инфракрасных установок приведены в прил. 18.
РЕЖИМЫ ТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
11.14. Электротермообработка бетона с помощью инфракрасного излучения ведется по тем же режимам, что и при других методах электротермообработки (см. разд. 4 настоящего Руководства). Учитывая, однако, специфику подачи энергии с поверхности обогреваемой конструкции, стадией разогрева здесь считают период подъема температуры бетона на облучаемой поверхности с некоторой начальной tн до температуры изотермического прогрева tи.
При этом максимально допустимая скорость подъема температуры облучаемых поверхностей бетонных конструкций не должна превышать значений, указанных в табл. 59.
| Толщина конструкции, см | Скорость подъема температуры поверхности конструкции, °C/ч, при нагреве | |
| одностороннем | двухстороннем | |
| До 10 | 50 | 50 |
| От 11 до 20 | 30 | 50 |
| « 21 » 30 | 15 | 45 |
| « 31 » 40 | - | 40 |
| « 41 » 60 | - | 25 |
При отогреве промороженного бетона скорость разогрева поверхности облучения должна быть в пределах 10 — 15 °C/ч.
11.15. При применении инфракрасного обогрева бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, скорость разогрева должна соответствовать скорости подъема опалубки, но не превышать значений, указанных в табл. 59.
11.16. Учитывая повышенное испарение с облучаемых поверхностей при инфракрасном обогреве, последние должны быть тщательно укрыты гидроизоляционными материалами, пропускающими инфракрасные лучи: полиэтиленовой, полиамидной и другими прозрачными пленками.
По той же причине рекомендуется предварительное выдерживание бетона при низких положительных температурах.
12. БЕТОНИРОВАНИЕ В ТЕПЛЯКАХ. ПАРОПРОГРЕВ БЕТОНА
12.1. Тепляки представляют собой временные помещения для установки опалубки, монтажа арматуры, укладки бетонной смеси и выдерживания бетона. Тепляки служат также для защиты рабочих, бетонной смеси и бетона от воздействия отрицательных температур воздуха и сильных ветров.
12.2. Тепляки следует применять в тех случаях, когда производство бетонных работ на открытом воздухе невозможно или вызывает значительное повышение трудоемкости из-за длительных перерывов для обогрева рабочих, а также снижение качества бетона.
Тепляки используют при зимнем бетонировании конструкций нулевого цикла, некоторых конструкций выше нулевой отметки, гидротехнических блоков, искусственных транспортных сооружений, железобетонных дымовых труб, силосов, градирен и т.п.
12.3. Укладка и уплотнение бетонной смеси в тепляках должны производиться механизированно с максимально возможным приближением к технологии бетонирования в летних условиях: с подачей бетонной смеси в опалубку по схеме «кран — бадья», с помощью ленточных транспортеров или секционных питателей, с применением бетононасосов.
12.4. При бетонировании по схеме «кран — бадья» габариты тепляка должны позволять въезд внутрь самосвалов и работу внутри тепляка крана (гусеничного, пневмоколесного, автокрана) с бадьей.
Примерная схема укладки бетонной смеси в конструкцию нулевого цикла в воздухоопорном тепляке по схеме «кран — бадья» приведена на рис. 59.
Рис. 59. Механизированная укладка бетонной смеси в тепляке с использованием схемы «кран — бадья»
1 — кран; 2 — самосвал; 3 — оболочка тепляка; 4 — поворотная бадья; 5 — бетонируемая конструкция; 6 — места стоянок крана; 7 — шлюз
При подаче бетонной смеси в опалубку с помощью ленточных транспортеров или секционных питателей применяют бункер для бетонной смеси или тракторный бетоноукладчик с ленточным транспортером и опрокидным ковшом, которые в летнем исполнении должны размещаться в тепляках.
В случае использования этих механизмов в зимнем исполнении их можно располагать вне тепляка с транспортированием смеси в тепляках транспортером или питателем через проем в ограждении.
При подаче бетонной смеси трубопроводным транспортом бетононасос или передвижная бетононасосная установка может размещаться как внутри, так и вне тепляка. В последнем случае бетононасос должен быть утеплен (см. разд. 3 данного Руководства).
12.5. В тепляках необходимо поддерживать, как правило, температуру воздуха на уровне низа бетонируемой конструкции не ниже 5 °C.
Для снижения энергетических затрат при выдерживании бетона с противоморозными добавками или при прогреве бетона допускается поддержание в тепляке температуры ниже 0 °C, но обеспечивающей достаточно высокую производительность труда, высокое качество укладки и уплотнения бетонной смеси и необходимую интенсивность твердения бетона.
12.6. Продолжительность выдерживания бетона без противоморозных добавок с естественным твердением в тепляке следует определять по графикам на рис. 2, 3, 4. Режимы электротермообработки бетона в тепляках необходимо принимать согласно рекомендациям данного Руководства для соответствующих методов прогрева.
12.7 По конструкции, габаритам и способам укладки в них бетонной смеси применяются тепляки следующих типов:
малые брезентовые (палатки), в которых укладка смеси производится средствами механизации, расположенными вне тепляка;
объемные, внутри которых размещаются средства механизированной укладки смеси и обеспечен въезд автотранспорта;
передвижные, перемещаемые вдоль бетонируемых протяженных конструкций (ленточных фундаментов, подземных каналов и т.п.);
подъемные для возведения высотных железобетонных сооружений (дымовых труб, силосов, телевизионных башен и др.).
12.8. Малые брезентовые тепляки (палатки) могут применяться при бетонировании конструкций нулевого цикла с небольшими размерами в плане (фундаменты под колонны, под оборудование, опоры, небольшие устои мостов и т.п.). Предварительный отогрев промороженного основания, опалубки и арматуры производят в тепляке, на время механизированной укладки бетонной смеси палатку снимают, по окончании бетонирования ее снова устанавливают и выдерживают в ней бетон до приобретения им заданной прочности. При наличии в верхней части палатки открывающегося проема достаточных размеров палатку на время бетонирования можно не снимать, а подавать бетонную смесь через проем с помощью бадьи на крюке крана. Палатку без проема в верхней части можно не снимать при подаче бетонной смеси ленточным бетоноукладчиком или бетононасосом через боковой (дверной) проем палатки.
При сильных морозах рекомендуется применять двухслойные палатки.
В качестве тепляков можно использовать как выпускаемые промышленностью палатки общего назначения, так и сшитые специально для применения в качестве тепляков при бетонировании конкретных конструкций.
12.9. Объемный воздухоопорный тепляк представляет собой оболочку из полимерной армированной ткани, внутри которой поддерживается избыточное давление воздуха в пределах 0,004 — 0,006 МПа, обеспечивающее проектное положение оболочки. Оболочки выполняются в виде купола или в форме полуцилиндра со сферическими торцами (рис. 60).
Рис. 60. Конструктивные схемы воздухоопорных тепляков
а — полуцилиндр со сферическими торцами; б — купол; 1 — шлюз; 2 — сферический торец; 3 — полуцилиндрическая оболочка; 4 — машинное отделение; 5 — купол
Для въезда в тепляк автомашин и строительных механизмов предусматриваются шлюзы. Нагнетание воздуха в оболочку осуществляется с помощью воздухоподогревателей, работающих на жидком топливе. Возможно также применение для этой цели вентиляционных установок с использованием для подогрева воздуха пара или электроэнергии. Устройства для подогрева и нагнетания воздуха в тепляк располагают в отдельном помещении (машинном отделении), примыкающем к воздухоопорной оболочке.
При работе в условиях температур наружного воздуха ниже минус 25 °C рекомендуется для уменьшения теплопотерь устраивать оболочку из двух слоев с воздушным зазором между ними.
Оболочку крепят к грунту анкерами или балластом, уложенным по контуру на ее края.
Преимуществом воздухоопорных тепляков являются многооборачиваемость, простота, быстрота и малая трудоемкость монтажа и демонтажа; малая транспортная масса.
Нормальный ряд воздухоопорных цилиндрических оболочек со сферическими торцами включает следующие типоразмеры (без учета размеров шлюзов и машинных отделений): 18 x 48, 24 x 48, 30 x 48, 36 x 48. Длина оболочек может быть больше 48 м (шаг 6 м).
Основные положения по расчету, конструированию, монтажу и эксплуатации воздухоопорных оболочек приведены во «Временной инструкции по проектированию, монтажу и эксплуатации воздухоопорных пневматических сооружений» (СН 497-77) (М., Стройиздат, 1978).
12.10. Для объемных тепляков каркасной конструкции могут быть использованы инвентарные сборно-разборные здания с металлическим каркасом и ограждениями из металлических щитов, утепленных пенополиуретаном. Здания собираются на болтах. При пролете 12 м высота составляет 6 м, при пролете 18 м высота — 8,4 м, длина — любая с шагом 6 м.
Монтаж здания площадью 1000 м2 с помощью крана осуществляется за две смены, трудоемкость 0,04 чел.-ч/м2. Проекты зданий разработаны Энерготехпромом Минэнерго СССР. Здания пролетом 12 м изготавливаются комплектно предприятиями Минэнерго СССР. Для въезда и выезда автомашин и строительных механизмов в торцах тепляков каркасной конструкции следует предусматривать шлюзы.
12.11. Для бетонирования протяженных конструкций — ленточных фундаментов, монолитных каналов подземных коммуникаций и т.п. — применяют передвижные тепляки с легким металлическим каркасом, обтянутым тканевым материалом. Тепляк перемещают по направляющим с помощью лебедки или тягача. В тепляке производят, как правило, бетонирование захватки и выдерживание бетона, установку опалубки и арматуры, распалубку захватки осуществляют вне тепляка. Подачу бетонной смеси в тепляк рекомендуется осуществлять по схеме «кран — бадья» через открываемые на время бетонирования проемы в покрытии.
12.12. Данные о конструкции подвесных тепляков для возведения специальных высотных железобетонных сооружений и особенностях производства бетонных работ в таких тепляках приведены в разд. 9 данного Руководства.
12.13. Для поддержания требуемой температуры воздуха в тепляках рекомендуется использовать воздухоподогреватели, работающие на жидком топливе. Для создания достаточно равномерной температуры в объемных тепляках необходимо размещать воздухоподогреватели равномерно по периметру внутреннего пространства тепляка и направлять теплый воздух вниз либо устанавливать воздухоподогреватели в одном месте и подавать теплый воздух в другие зоны тепляка по воздуховодам, сшитым из ткани.
При въезде внутрь объемного тепляка автомашины и работе в нем строительных механизмов с двигателями внутреннего сгорания кратность воздухообмена должна соответствовать требованиям действующих санитарных норм.
Для поддержания в тепляках требуемой температуры возможно применение пара или электроэнергии.
12.14 Мощность для восполнения теплопотерь через ограждение тепляка и в грунт следует определять по формуле
Q = m(tв — tн.в)(F1K1 + F2K2 + ... + FnKn + FгKг)10-3, (79)
m — коэффициент, учитывающий теплопотери через щели и проемы;
tв — температура воздуха в тепляке (средняя по высоте), °C;
F1, F2, Fn — площадь ограждения каждого типа, м2;
Fг — площадь грунта внутри тепляка, м2;
K1, K2, Kn — коэффициенты теплопередачи ограждений с учетом скорости ветра, Вт/(м2·°C);
Kг — коэффициент теплопередачи грунта, Вт/(м2·°C).
Коэффициент m следует принимать равным 1,1 в случае, если в тепляк не въезжают автомашины с бетонной смесью и не открываются периодически проемы в покрытии для подачи бетонной смеси, и 1,2 в случае заезда автомашин с бетонной смесью в тепляк или подачи ее через проемы в покрытии.
Коэффициенты теплопередачи ограждений необходимо определять по формулам, приведенным в разд. 5 данного Руководства. Коэффициент теплопередачи грунта рекомендуется принимать равным 0,5 Вт/(м2·°C) для зоны, расположенной на расстоянии до 2 м от стен; 0,25 Вт/(м2·°C) — на расстоянии от 2 до 4 и 0,1 — на расстоянии более 4 м.
Для воздухоопорного тепляка-оболочки требуемую тепловую мощность следует определять по формуле
(80)где l — длина периметра опорного контура оболочки, м;
lш — длина монтажных швов и неплотностей по периметру дверей, м;
Fк — общая площадь открытых клапанов, м2;
P — избыточное давление воздуха в тепляке, кгс/м2;
Fоб — площадь наружной поверхности оболочки, м2;
Kоб — коэффициент теплопередачи ограждения оболочки с учетом скорости ветра, Вт/(м2·°C).
В случае выполнения монтажных швов герметичными их длину учитывать не следует. В расчетах при минимально возможной температуре наружного воздуха все клапаны следует считать закрытыми и принимать Fк = 0. Давление воздуха в тепляке при скорости ветра до 31,6 м/с следует принимать 40 кгс/м2.
12.15. Парообогрев бетона монолитных конструкций следует применять при наличии на строительном объекте достаточного количества пара.
Парообогрев бетона на грунтах, не допускающих увлажнения, не разрешается.
12.16. Для парообогрева бетона должен быть использован насыщенный пар с давлением не более 0,07 МПа.
12.17. Парообогрев следует применять, как правило, при выдерживании конструкций небольшой толщины — полов, днищ резервуаров, перекрытий и т.д.
До бетонирования основание или опалубку с установленной арматурой укрывают двумя слоями брезента, укладываемого на подкладки из брусков толщиной 150 — 200 мм для образования под брезентом замкнутой полости, и подают в полость пар. После предварительного обогрева основания или опалубки до температуры 15 — 20 °C брезент снимают, удаляют образовавшийся конденсат и производят бетонирование. По окончании укладки бетонной смеси на поверхность бетона укладывают бруски, накрывают их двумя слоями брезента и в образовавшуюся полость подают пар. При пропаривании конструкций типа ростверков и оголовков фундаментов вместо брезента можно использовать деревянные утепленные короба, обшитые изнутри толем или полимерной пленкой.
12.18. Для обеспечения достаточно равномерной температуры на обогреваемой поверхности бетона следует осуществлять ввод пара в полость под брезентом или коробом через каждые 2 м. Не рекомендуется применять парообогрев бетона конструкций высотой более 1 м во избежание значительной неравномерности температуры по высоте.
12.19. Необходимо предусматривать организованный отвод конденсата во избежание образования наледей, примерзания брезента или коробов к основанию.
12.20. Расчет продолжительности парообогрева бетона до заданной прочности следует производить с использованием графиков, приведенных на рис. 2, 3, 4.
13. ЗАМОНОЛИЧИВАНИЕ СТЫКОВ
13.1. Замоноличивание стыков в зимних условиях можно осуществлять с применением бетонов (растворов), содержащих противоморозные добавки, или с одним из способов электротермообработки бетона — электропрогревом, обогревом в греющей опалубке, с применением греющих проводов, инфракрасного или индукционного нагрева.
Наиболее простым, малотрудоемким и дешевым способом является замоноличивание стыков бетонами (растворами) с противоморозными добавками. Если этот способ не может быть использован из-за замедленного роста прочности бетона замоноличивания, отсутствия необходимых добавок или по другой причине, следует применять наиболее простой способ электротермообработки — электропрогрев бетона замоноличивания. При наличии электронагревателей (ТЭНов, греющего провода, углеграфитовой ткани) рекомендуется замоноличивать стыки в греющей опалубке. Стыки конструкций небольшого сечения — колонн, балок, прогонов — рационально замоноличивать с индукционным нагревом. При небольшой толщине стыков возможно применение инфракрасного нагрева. Возможно также применение инфракрасного обогрева стыков.
13.2. При замоноличивании стыков с применением противоморозных добавок может быть использована деревянная или металлическая опалубка, применяемая в летних условиях. При электротермообработке толщина деревянной опалубки должна быть не менее 40 мм, а металлическая опалубка должна быть утеплена.
13.3. Перед замоноличиванием стыков необходимо очистить стыкуемые поверхности от снега и наледи с помощью скребков, стальных щеток или путем предварительного отогрева при использовании греющей опалубки. По окончании удаления наледи стыкуемые поверхности следует просушить струей сжатого воздуха.
Не допускается применение для очистки стыкуемых поверхностей горячей воды или пара.
13.4. Подвижность бетонной (растворной) смеси в период заполнения полости стыка должна быть такой же, как в летних условиях, и обеспечивать качественное заполнение полости.
13.5. Верхняя поверхность бетона (раствора) замоноличивания должна быть укрыта гидроизоляционным материалом и утеплена.
При электротермообработке бетона (раствора) стыков для уменьшения теплопотерь и повышения равномерности температурного поля в стыке рекомендуется поверхности стыкуемых элементов утеплять на ширину 0,5 — 1 м от полости стыка.
ПРИМЕНЕНИЕ БЕТОНОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ
13.6. Выбор вида добавок следует производить с учетом данных табл. 32 настоящего Руководства.
Количество добавок необходимо назначать в зависимости от расчетной температуры твердения бетона (раствора) согласно табл. 34 данного Руководства. При этом использование бетона (раствора) с добавкой нитрита натрия в количестве 10 — 12% массы цемента допускается при расчетной температуре до минус 25 °C. В случае если в проекте сооружения указаны требования к прочности сцепления на контакте, рекомендуется количество добавок принимать на ступень выше, т.е. при расчетной температуре от -5 до -10 °C назначать его по табл. 34 как для диапазона температур от -11 до -15 °C, при расчетной температуре от -11 до -15 °C назначать как для диапазона температур от -16 до -20 °C и т.д.
Марку бетона (раствора) замоноличивании с противоморозной добавкой следует принимать согласно указаниям проекта сооружения, а при их отсутствии — на ступень выше марки стыкуемых элементов. При замоноличивании несущих стыков многоэтажных зданий марку бетона (раствора) необходимо определять с учетом темпов монтажа сборных конструкций.
13.7. При замоноличивании стыков многоэтажных зданий интенсивность твердения бетона (раствора) с противоморозными добавками должна соответствовать требованиям темпа монтажа сборных конструкций, что обеспечивается выбором марки бетона (раствора) с помощью номограммы (рис. 61) в следующем порядке.
Рис. 61. Номограмма для определения требуемой марки бетона (раствора) замоноличивания стыков в зимних условиях с учетом темпа монтажа сборных конструкций
tрас — расчетная температура твердения; Mтреб — требуемая марка бетона; Rтр — требуемая прочность бетона (раствора) замоноличивания
В правой части номограммы по данным табл. 34 данного Руководства построены кривые набора прочности во времени бетонами с добавками НКМ, НН и П, которые, согласно данным табл. 33, допускается применять в бетоне стыков.
Из точки А на оси абсцисс, характеризующей продолжительность твердения бетона \tau , восстанавливаем перпендикуляр до пересечения в точке R с кривой набора прочности бетона с конкретной добавкой при расчетной температуре твердения. Ордината точки R определяет долю марочной прочности бетона % R28, которую он приобретает за время \tau . Из точки R проводим горизонтальную прямую до пересечения в левой части номограммы с перпендикуляром, восстановленным из точки Б, абсцисса которой соответствует требуемой прочности Rтр бетона (раствора) в стыках нижележащего этажа к моменту монтажа панелей некоторого вышележащего этажа. Величина отрезка прямой Б — В принимается согласно проекту здания или специальным требованиям проектировщиков к прочности бетона стыков Rтр в зимних условиях. Требуемая марка бетона (растворов) замоноличивания Mтр определяется величиной, указанной на наклонной прямой, расположенной выше точки В.
Продолжительность твердения \tau следует вычислять, умножая ожидаемый темп монтажа на количество этажей: от этажа, в стыках которого определяется прочность бетона (раствора), до этажа, который подлежит монтажу. Расчетная температура твердения определяется как средняя арифметическая величина среднесуточных или среднемесячных температур за время \tau . Среднесуточные или среднемесячные температуры можно принимать по данным долгосрочных прогнозов погоды по прил. 1 данного Руководства или по главе СНиП II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика». Полученная величина Mтр умножается на коэффициент, учитывающий возможные потери прочности при твердении бетонов ниже расчетной температуры, который при температуре до минус 20 °C составляет для НН и НКМ 1,2, ниже минус 20 °C равен 1,3, а для П при температуре ниже минус 25 °C составляет 1,2.
13.8. При замоноличивании стыков бетонами (растворами) с противоморозными добавками рекомендуется на бетоносмесительном узле приготовлять сухую смесь и рабочий раствор добавки и доставлять их к месту замоноличивания в специальной таре, которая при необходимости должна быть оборудована устройствами для подогрева. На строительном объекте необходимо установить емкости с подогревом для хранения сменного запаса сухой смеси и рабочего раствора добавки.
Перемешивание сухой смеси и раствора добавки следует осуществлять в смесителях небольшой емкости, чтобы приготовленная смесь не остывала ниже требуемой температуры (см. п. 6.28) до укладки в стык, а в случае применения добавок, значительно ускоряющих схватывание смеси (поташ, ННХК и т.п.), — не теряла заданной подвижности до укладки.
13.9. Транспортирование бетонной (растворной) смеси для замоноличивания стыков необходимо производить в утепленной таре.
Повышение температуры смеси перед укладкой путем добавления горячей воды не допускается.
13.10. В случае если бетон (раствор) стыка согласно результатам испытаний образцов-кубов (п. 16.21) перед началом монтажа сборных элементов соответствующего этажа не достиг необходимой прочности, должно быть принято решение об ускорении твердения бетона (раствора) замоноличивания путем его обогрева либо о замедлении темпа монтажа.
ЭЛЕКТРОПРОГРЕВ БЕТОНА (РАСТВОРА) ЗАМОНОЛИЧИВАНИЯ
13.11. Электропрогрев бетона (раствора) замоноличивания является наиболее эффективным по сравнению с другими способами электротермообработки в случае простой конфигурации поперечного сечения стыков при отсутствии в полости стыка густой арматуры и большого количества закладных деталей.
Электропрогрев бетона замоноличивания производится без предварительного отогрева полости стыка.
13.12. При низких температурах воздуха бетон замоноличивания на контакте с промороженными стыкуемыми элементами до начала прогрева замерзает, что обусловливает в дальнейшем недобор его прочности. Во избежание этого следует применять для замоноличивания бетонную (растворную) смесь с противоморозными добавками. Области применения бетона без добавок и с добавками при электропрогреве стыков приведены в табл. 60.
13.13. Расчет электродного прогрева стыков следует производить так же, как и прогрев монолитных конструкций (см. разд. 8), за исключением определения требуемой мощности, которую рекомендуется принимать по табл. 24 «Руководства по электротермообработке бетона», М., Стройиздат, 1974. При отсутствии нужной схемы стыка мощность принимают по наиболее близкой схеме, причем определяющим фактором является суммарное сечение стыкуемых элементов в направлениях движения теплового потока от полости стыка и объемная масса бетона.
13.14. Количество противоморозных добавок при электропрогреве бетона (раствора) замоноличивания следует назначать в соответствии с расчетной температурой твердения по данным табл. 44.
При определении расстояния между электродами в бетоне (растворе) с добавками, выборе величины напряжения и установлении диапазона его изменения в процессе прогрева необходимо учитывать положения, изложенные в пп. 50, 51 разд. 8.
13.15. При замоноличивании последовательно большого количества стыков одинаковой конструкции рекомендуется применять саморегулирующийся температурный режим электропрогрева (см. п. 4 разд. 4). В случае применения режима электропрогрева с регулированием напряжения время между окончанием замоноличивания первого и последнего стыков захватки, подключаемой к одному многоступенчатому трансформатору, не должно быть более 1,5 ч, чтобы исключить значительную разницу в удельном сопротивлении бетона в разных стыках, препятствующую осуществлению в них одинакового температурного режима в процессе прогрева.
13.16. Электропрогрев бетона (раствора) подливок под колонны в стаканах фундаментов, а также раствора в горизонтальных стыках между стеновыми панелями, стеновыми или фундаментными блоками следует осуществлять с помощью стержневых электродов (рис. 62, а, б). Стержни диаметром 4 — 6 мм укладываются в горизонтальное положение и закрепляются до укладки смеси. Соседние электроды подключают к разным фазам понижающего трансформатора. Через смесь, укладываемую между электродами, сразу начинает проходить электрический ток. На подливку или раствор стыка необходимо сразу установить верхний стыкуемый элемент (колонну, стеновую полосу или блок, который должен к началу укладки смеси находиться возле стыка на крюке крана.
Рис. 62. Схемы электропрогрева бетона (раствора) стыков
а, б — соответственно подливок под колонны в стаканах фундаментов и горизонтальных стыков между стеновыми панелями; в — подливки под опорную плиту стальной колонны; г — колонны в стакане фундамента и стеновой панели в пазу днища резервуара; д — между плитами покрытий и захватками днищ резервуаров или полов на грунтовом либо бетонном основании; е — между плоскими плитами перекрытий; ж — между стеновыми панелями толщиной до 25 см с плоскими кромками; з — между стеновыми панелями (стыки трапецеидального сечения); к — вертикальных между панелями и блоками толщиной более 25 см; л — между ребристыми и многопустотными плитами перекрытий и покрытий
13.17. Электропрогрев бетона (раствора) подливки под опорную плиту стальной колонны (рис. 62, в) и аналогичных конструкций следует осуществлять с помощью дополнительной сетки-электрода, которую укладывают на подколонник. Сетка должна быть сварена из стержней диаметром 6 мм с размером ячейки не более 50 мм. Вокруг анкерных болтов сетку следует вырезать на расстоянии не менее 0,7 расстояния между сеткой и нижней поверхностью опорной плиты. Два стержня сетки должны выступать за пределы опалубки для присоединения к одной фазе понижающего трансформатора. Колонну подключают к нулевой фазе или заземляют.
После окончания уплотнения смеси отверстия в опорной плите колонны, через которые укладывают смесь, необходимо закрыть гидроизоляционным материалом.
13.18. Стыки колонн в стаканах фундаментов, стыки стеновых панелей в пазах днищ резервуаров следует прогревать стержневыми электродами (рис. 62, г), которые устанавливают и подключают к разным фазам понижающего трансформатора после замоноличивания каждых 3 м длины стыка и укладки гидроизоляционного материала на поверхность бетона (раствора).
При этом не допускается временное раскрепление колонн и стеновых панелей в стаканах и пазах с помощью деревянных клиньев, которые практически не проводят электрического тока. Металлические клинья могут быть использованы в качестве электродов при установке их на соответствующем расстоянии друг от друга или на большем расстоянии, кратном расчетному расстоянию между электродами.
13.19. Стыки между колоннами, между ригелем и колонной, стыки ригелей и прогонов следует замоноличивать либо с периферийным прогревом стержневыми электродами, закрепленными на деревянной опалубке, либо с прогревом стержневыми электродами, которые устанавливают по окончании бетонирования стыка в отверстия деревянной опалубки или сверху в бетон через гидроизоляционный материал.
13.20. Стыки между плоскими плитами сборных покрытий или захватками монолитных покрытий, днищ резервуаров, полов на грунтовом или бетонном основании следует замоноличивать с периферийным электропрогревом бетона замоноличивания полосовыми электродами толщиной 2 — 3 мм, закрепленными поперек стыка на деревянной опалубке, которую укладывают на поверхность бетона по мере укладки и уплотнения смеси и сразу подают напряжение на электроды (рис. 62, д).
13.21. Стыки между плоскими плитами перекрытий следует замоноличивать с периферийным электропрогревом полосовыми электродами из кровельной стали, закрепленными на подвесной (нижней) деревянной опалубке, и электродами толщиной 2 — 3 мм, закрепленными на нижней поверхности деревянных щитков, укладываемых на поверхность бетона по мере укладки и уплотнения бетонной смеси. Электроды должны быть расположены поперек стыка (рис. 62, е). На электроды подвижной опалубки напряжение должно быть подано до начала бетонирования накладных щитков по мере их укладки.
13.22. Вертикальные стыки колодцевого типа между стеновыми панелями толщиной до 25 см следует замоноличивать со сквозным электропрогревом бетона электродами из кровельной стали, закрепленными на деревянной опалубке по обе стороны стыка, или металлическими щитками опалубки, используемыми в качестве пластинчатых электродов. Электроды с одной стороны стыка подключают к одной фазе понижающего трансформатора, с другой стороны стыка — к другой фазе.
Во избежание короткого замыкания не допускается крепить металлические щитки опалубки сквозными проволочными скрутками. Крепление следует производить либо неметаллическими скрутками, например из стекложгута, либо с помощью устройств, прижимающих металлическую опалубку снаружи к стыкуемым элементам. Деревянные щитки можно крепить проволочными скрутками, вырезая электроды на расстоянии от скрутки на 0,5 расстояния между разноименными электродами (рис. 62, ж).
13.23. Вертикальные стыки трапецеидального сечения между стеновыми панелями (рис. 62, з) следует замоноличивать с прогревом стержневыми электродами, которые устанавливают по окончании бетонирования стыка. Соседние ярусы электродов подключают к разным фазам понижающего трансформатора.
13.24. Вертикальные стыки между стеновыми панелями и блоками толщиной более 25 см целесообразно замоноличивать с периферийным электропрогревом полосовыми электродами из кровельной стали, закрепленными поперек стыка на деревянных опалубочных щитках. На каждом щитке соседние электроды подключают к разным фазам от пониженного напряжения (рис. 62, и). Подачу напряжения следует производить до начала бетонирования.
13.25. Стыки между ребристыми и многопустотными плитами перекрытий и покрытий следует замоноличивать с электропрогревом стержневыми электродами, устанавливаемыми в бетон после укрытия его поверхности гидроизоляционным покрытием. Соседние электроды должны быть подключены к разным фазам понижающего трансформатора (рис. 62, к).
ОБОГРЕВ СТЫКОВ В ГРЕЮЩЕЙ ОПАЛУБКЕ
13.26. Преимуществом замоноличивания стыков с применением греющей опалубки является возможность предварительного отогрева полости стыка, бетонирования и последующего обогрева бетона замоноличивания без использования дополнительных устройств. Греющая опалубка может быть применена для замоноличивания стыков любой конструкции без ограничения температуры воздуха.
Использование греющей опалубки осложняется дефицитностью эффективных электронагревателей, значительными температурными перепадами в бетоне замоноличивания при большой толщине стыков, что требует длительных режимов обогрева.
13.27. Греющую опалубку целесообразно компоновать из стальных щитов опалубки стыков, используемых в летнее время, и съемных термовкладышей, закрепляемых на щитах на зимний период.
В районах с длительным зимним периодом термовкладыши могут быть закреплены на щитах постоянно.
13.28. Конструкция греющей опалубки для стыков и типы нагревателей должны отвечать требованиям к греющей опалубке, изложенных в разд. 9.
Термовкладыш греющей опалубки для замоноличивания стыков (рис. 63) должен включать электронагреватели, укрепленные на панели из электроизоляционного материала (например, текстолита), и слой теплоизоляционного материала, защищенный с наружной стороны кожухом из листовой стали толщиной 0,5 мм или из фанеры. Коммутация электронагревателей выполняется внутри термовкладыша, наружу следует вывести только два провода для подключения разъема, укрепленного на наружной стороне термовкладыша.
Рис. 63. Схема термовкладыша греющей опалубки стыков
1 — каркас уголков; 2 — панель из электроизоляционного материала; 3 — ТЭНы; 4 — утеплитель; 5 — болты для крепления термовкладыша к щиту опалубки; 6 — защитный кожух
13.29. Выдерживание заданной скорости подъема температуры (не более допускаемой величины согласно п. 4.7) обеспечивается использованием величины удельной мощности, находящейся в пределах 2 — 2,8 кВт/м2 площади палубы, уточняемой расчетом в каждом конкретном случае. Выдерживание заданной температуры изотермического обогрева бетона (не более 80 °C на контакте с палубой) осуществляется применением датчика температуры (см. табл. 68 данного Руководства) с термореле, которое по сигналам датчика обеспечивает включение или отключение напряжения, подаваемого на электронагреватели.
13.30. На нагреватели допускается подавать напряжение до 220 В, при котором исключается необходимость в понижающих трансформаторах. Как правило, целесообразно использование напряжения до 127 В с применением понижающих трансформаторов (см. табл. 67), обеспечивающих возможность регулирования удельной мощности нагревателей путем переключения ступеней вторичного напряжения. Регулирование мощности рекомендуется при обогреве стыков в большом диапазоне температур наружного воздуха и различной толщине стыков, замоноличиваемых в одной и той же унифицированной греющей опалубке.
13.31. Для раздельного электропитания и автоматического обеспечения заданного температурного режима каждого из нескольких одновременно обогреваемых стыков следует предусматривать на группу стыков распределительный шкаф, в котором размещается пусковая аппаратура. Рекомендуется предусматривать один шкаф на каждый понижающий трансформатор и соответствующее количество стыков в группе.
13.32 Замоноличивание стыков в греющей опалубке необходимо осуществлять в следующем порядке:
установить вблизи группы замоноличиваемых стыков понижающий трансформатор, подключить его к сети, установить распределительный шкаф и подключить его к понижающему трансформатору;
отрегулировать термореле на заданную температуру;
установить щиты греющей опалубки на стык, закрепить их и подключить к распределительному шкафу;
подать напряжение на распределительный шкаф, затем — на нагреватели опалубки и произвести предварительный отогрев полости стыка до температуры на поверхности стыкуемых элементов и опалубки (схема размещения датчиков дана на рис. 64) в пределах 10 — 30 °C, для чего ориентировочная продолжительность отогрева должна составлять 2 ч при температуре наружного воздуха 0 °C, 4 ч при минус 10 °C, 6 ч при минус 20 °C и 8 ч при минус 30 °C;
по окончании предварительного отогрева забетонировать стык, укрыть его верхнюю поверхность гидроизоляционным и теплоизоляционным материалами (а при толщине стыка более 200 м — греющими щитками, предусмотренными проектом опалубки и технологической картой); перечисленные операции можно осуществлять, не снимая напряжения с электронагревателей;
произвести подъем температуры бетона и его изотермический обогрев при температуре, определяемой регулировкой температурного реле, в процессе тепловой обработки бетона заданный температурный режим выдерживается автоматически;
по окончании изотермического обогрева отключить напряжение с нагревателей и отключить распределительный шкаф от сети;
по окончании остывания бетона замоноличивания до температуры, превышающей температуру наружного воздуха не более чем на 30 °C, произвести распалубку стыка.
Рис. 64. Пример размещения термометров в полости стыка при его предварительном отогреве
а — в стыке колонны с колонной; б — в стыке ригеля; 1 — термометр; 2 — колонна; 3 — опалубка; 4 — ригель
При необходимости ускорения оборачивания греющей опалубки допускается ее демонтаж сразу после окончания изотермического обогрева бетона с немедленным утеплением стыка матами из минеральной ваты или покрывалами из нескольких слоев брезента.
13.33. Через каждые 5 — 6 оборотов греющей опалубки рекомендуется проверять с помощью технических термометров соответствие фактической температуры изотермического обогрева бетона ее расчетной величине.
13.34. Инфракрасный и индукционный прогрев стыков. Расчет инфракрасного и индукционного прогрева стыков, конструирование специальных устройств и производство работ по прогреву следует осуществлять в соответствии с положениями разд. 10 и 11.
14. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ В СЕВЕРНОЙ СТРОИТЕЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ
14.1 При подготовке организационно-технической документации по производству железобетонных работ необходимо учитывать:
инженерно-геокриологические условия площадки строительства и принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания зданий и сооружений согласно главе СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;
природно-климатические условия, характеризующиеся длительностью периода стабильных низких температур наружного воздуха, коротким летним периодом;
географическую доступность района строительства и условия доставки и хранения основных компонентов бетонной смеси.
Укладку бетонной смеси при температурах ниже минус 25 — минус 30° необходимо рассматривать как вынужденную меру, ведущую к значительным трудностям в производстве работ, повышенным расходам энергетических ресурсов.
14.2. При выборе оборудования для производства бетонных и железобетонных работ следует учитывать объемы бетонирования, их концентрацию и условия транспортной доступности, а также условия его эксплуатации в различные периоды года.
14.3. Заготовка материалов заполнителей (песка, гравия, щебня) должна производиться заблаговременно в летний период путем складирования в бурты таким образом, чтобы не вызывать снегозаносимости строительной площадки в зимний период и не нарушать мерзлотно-грунтовых условий территории застройки.
Цемент следует хранить в плотных деревянных или металлических емкостях, защищенных от внешних погодных воздействий.
14.4. В районах сосредоточенного строительства цементный клинкер целесообразно доставлять на стройки с последующим его помолом на местах по мере надобности.
14.5. При строительстве по принципу сохранения вечномерзлых грунтов в основании площадки для приготовления бетонной смеси должны размещаться на низовых по рельефу участках, расположенных не ближе 50 м от объектов основного строительства.
14.6. При проектировании составов бетонных смесей должны обеспечиваться повышенные требования по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости конструкций, предназначенных для эксплуатации при расчетных температурах до минус 40 °C и ниже, находящихся в условиях постоянного увлажнения, особенно тяжелых температурно-влажностных условиях их работы в пределах сезоннооттаивающего слоя и у поверхности грунта.
14.7. Минимальные проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости должны приниматься согласно «Руководству по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)» (2-е изд. М., Стройиздат, 1978).
14.8. При возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций должны применяться преимущественно бетонные смеси с водоцементным отношением не более 0,4 — 0,5, приготовленные на высокомарочных цементах.
14.9. К бетону, эксплуатируемому в активной зоне грунта, предъявляют повышенные требования по морозостойкости и плотности. Морозостойкость бетона в этой зоне должна быть не ниже 300, 200, 150 для зданий и сооружений соответственно классов I, II и III.
14.10. Для ускорения твердения бетона в вечномерзлых грунтах могут использоваться химические добавки-ускорители. При выборе вида и назначения дозировок химических добавок следует учитывать возможность миграции солей из бетона в грунт, изменение температуры замерзания грунта и как следствие уменьшение несущей способности фундамента. При скальных и непросадочных грунтах основания действие миграции солей из бетона в грунт не учитывается.
14.11. Рекомендуемые дозировки химических добавок — ускорителей твердения при бетонировании в нескальных просадочных грунтах при твердомерзлом их состоянии принимаются согласно табл. 61. При бетонировании конструкций, для которых предусматривается оттаивание основания в период эксплуатации, а также при возведении конструкций на непросадочных и скальных грунтах количество противоморозных добавок следует назначать в соответствии с «Руководством по применению бетонов с противоморозными добавками» (глава 1 — 8, М., Стройиздат, 1978).
Примечания: 1. Для армированных конструкций количество введения хлористого и фосфатированного хлористого кальция ХК, ФХК не должно превышать 2% массы цемента.
2. При температурах вечномерзлого грунта ниже минус 5 °C рекомендуется применять сборные сваи. Буронабивные сваи, монолитные фундаменты при этих температурах следует применять с электропрогревом.
3. Применение противоморозных добавок при бетонировании висячих свай разрешается в опытном порядке только при температурах вечномерзлого грунта ниже минус 5 °C с учетом влияния миграции солей в грунт на снижение сопротивления сдвигу по боковой поверхности сваи.
14.12. Для армированных конструкций количество введенных хлористого и фосфатированного хлористого кальция ХК, ФХК не должно превышать 2% массы цемента.
14.13. При подборе состава бетона без добавок — ускорителей твердения заданная проектом марочная прочность бетона, твердеющего в мерзлых грунтах, должна быть увеличена путем деления на технологический коэффициент, определяемый по табл. 62, с химическими добавками на технологический коэффициент, определенный по табл. 63 и 64.
14.14. В случае укладки бетона или раствора под воду состав бетонной или растворной смеси следует подбирать с учетом увеличения на 10% проектной прочности бетона.
14.15. Подбор состава бетонной смеси или раствора (при защемлении сборных свай-стоек) выполняется по рецепту специализированной строительной лаборатории в соответствии с заданной проектом маркой бетона, сроков хранения подвижной бетонной смеси и способа доставки ее на объект, химической агрессивности грунтов строительной площадки, температуры наружного воздуха и грунтового массива в месте укладки смеси, а также условий производства работ при бетонировании (состояния скважины, ее размеры, обводненности и т.д.).
14.16. Материалы, применяемые для приготовления бетонной смеси или раствора для защемления нижнего конца свай-стоек, должны удовлетворять требованиям соответствующих глав СНиП на вяжущие материалы неорганические и добавки для бетонов и растворов, нормам проектирования на бетонные и железобетонные конструкции, а также ГОСТ 10268-70*.
14.17. Транспортирование бетонной смеси должно осуществляться преимущественно автобетоносмесителями или автобетоновозами, оборудованными для эксплуатации при температуре воздуха до минус 40 °C.
Потери тепла и снижение температуры бетонной смеси при использовании отечественных автобетоносмесителей С-1036 (СБ-67) определяют по формуле
t_{\text{б}}^{\text{к}} = t_{\text{б}}^{0} - 0,00826(36,18 - \tau)(t_{\text{б}}^{0} - t_{\text{н}.\text{в}}), (81)
где t_{\text{б}}^{\text{к}} — температура бетонной смеси в конце периода транспортирования, °C;
t_{\text{б}}^{0} — начальная температура смеси при загрузке, °C;
\tau — длительность транспортирования (в пределах 15 — 30 мин);
tн.в — температура воздуха, °C.
14.18. При организации перевозки бетонной смеси должны учитываться погодные условия (температура воздуха, скорость ветра), условия транспортирования, в том числе скорость, зависящие от снегозаносимости и состояния дорог, наличия пересечений (в том числе железнодорожными путями), вида транспортных средств, наличия или отсутствия обогрева кузова.
14.19. В зимних условиях перевозки бетонной смеси следует производить в автобетоносмесителях с утепленной горловиной и закрывающей ее теплоизоляционной крышкой или организовывать обогрев горловины отработанными газами от двигателя.
14.20. В зимний период при низких температурах воздуха бетонную смесь в конструкции рекомендуется подавать в утепленных бункерах или с помощью бетононасосов зимнего исполнения.
14.21. Укладка бетонной смеси в конструкции на открытом воздухе может производиться при температуре воздуха до минус 40 °C. В особых случаях, не связанных с эксплуатацией грузоподъемных механизмов, бетонная смесь может укладываться при более низких температурах (укладка смеси по хоботам непосредственно из автотранспортных средств).
14.22. Бетонирование должно начинаться сразу после окончания подготовительных работ и, по возможности, вестись без перерыва с тщательным уплотнением смеси. Время, необходимое для набора бетоном заданной относительной прочности (без добавок — ускорителей твердения), приведено в табл. 65.
14.23. Для достижения бетоном заданной проектом прочности прежде всего следует рассмотреть возможность использования способа термоса. Возможность и целесообразность применения метода термоса устанавливается теплотехническим расчетом и технико-экономическим обоснованием.
14.24. Для расширения области применения способа термоса рекомендуется осуществлять предварительный разогрев бетонной смеси перед укладкой ее в конструкцию, применять цементы с повышенным тепловыделением и быстротвердеющие, химические добавки-ускорители и противоморозные поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также в отдельных случаях можно сочетать термос с электрообогревом конструкций.
14.25. При производстве бетонных и железобетонных работ с применением способа термоса следует пользоваться рекомендациями, изложенными в «Руководстве по зимнему бетонированию с применением метода термоса» (М., Стройиздат, 1975).
14.26. Перед укладкой бетонной смеси после ветреной и снежной погоды в конструкции в обязательном порядке еще раз следует проверять прочность крепления стенок опалубки, а также проектное положение арматурных каркасов и сеток, производить очистку от снега сжатым воздухом.
14.27. В районах с интенсивной снегозаносимостью в зимний период должны приниматься меры по предотвращению снегоотложений при подготовке опалубочных систем и арматуры к бетонированию конструкций на открытом воздухе.
В качестве таких мер могут использоваться:
укрытие опалубки брезентом или полимерными покрытиями;
специальные конструктивные решения опалубок, обеспечивающие снеговыдувающий эффект.
При установке сборно-щитовой опалубки (рис. 65) в районах с интенсивными снегозаносами в начале должен укладываться каркас днища на поддерживающие элементы несущих конструкций — стойки. Затем устанавливают боковые щиты с опиранием их на планки каркаса днища таким образом, что между каркасом и нижней кромкой боковых щитов образуют зазор.
Рис. 65. Последовательность операций по устройству опалубки для снеговыдувающей конструкции бетонирования ростверковых систем
1 — каркас днища; 2 — стойки; 3 — планки каркаса днища; 4 — боковые щиты; 5 — зазор; 6 — нижняя кромка боковых щитов; 7 — элементы настила
Таким образом образуется короб без сплошного настила днища, что исключает отложение снега. Арматурные каркасы устанавливают на планки каркаса днища. Затем непосредственно перед укладкой бетонной смеси, через зазор заводят элементы настила. Элементы настила смонтированы с возможностью горизонтального перемещения, перпендикулярного относительно продольной оси каркаса днища. Укладка элементов настила днища аналогична задвижке крышки пенала. После монтажа настила днища все операции по бетонированию производят обычными методами.
14.28. Для интенсивного использования автобетононасосов необходимо обеспечить фронт опалубочных и арматурных работ. Быстрота маневрирования автобетононасосов как в пределах строительной площадки, так и при переводе машин с объекта на объект зависит от состояния дорог, особенно в зимнее время, когда значительные снежные заносы затрудняют передвижение.
14.29. При эксплуатации автобетононасосов можно выделить три тепловых режима работы: до минус 5°, до минус 25 °C и до минус 40 °C.
Для работы при температурах наружного воздуха до минус 5 °C бетононасосы не требуют дополнительных затрат на утепление. Можно применять обычные бетононасосы. Для работы при отрицательных температурах до минус 25 °C у бетононасосов необходимо утеплять все узлы и детали, которые соприкасаются с бетонной смесью. При этом необходимо особенно герметично по методу термоса утеплять трубопроводы и основные узлы бетононасоса, чтобы сохранить начальную температуру бетона.
Для эксплуатации при экстремальных температурах до минус 40 °C, кроме утепления основных узлов бетононасоса, требуется дополнительно отогрев утепленного бетоновода путем обогрева трубопровода гибкими нагревательными элементами, а также поддержанием этого тепла утеплителем.
14.30. В местах работы автобетононасосов заблаговременно обязательно должна быть доставлена горячая вода в утепленных емкостях или подведены трубы горячего водоснабжения с водоразборной арматурой для промывки бетоноводов. В исключительных случаях допускается подвозка горячей воды водовозными автомобилями в цистернах.
14.31. При выдерживании бетона в конструкциях при температуре наружного воздуха ниже минус 40 °C могут использоваться комбинированные методы зимнего бетонирования:
применение бетонов с противоморозными добавками с электропрогревом бетона и с замедленным остыванием в утепленной опалубке;
применение многооборачиваемых тепляков (особенно из синтетических материалов) в сочетании с электропрогревом бетона и противоморозными добавками.
14.32. При устройстве монолитных фундаментов может использоваться способ укладки бетона враспор с мерзлым грунтом. На просадочных и несцементированных льдом сухих мерзлых грунтах, способных к обрушению, использование способа бетонирования враспор запрещается.
Относительный радиус оттаивания А определяют по формуле
A = \frac{a}{b} = \sqrt{1 + \frac{K_{\text{м}}(0,2\gamma_{\text{б}} + 0,8\text{В})(t_{\text{б}} - t_{\text{г}}) + \Delta\text{ЭЦ } + 4300 \frac{h_{\text{э}}}{H}}{80\gamma_{\text{ск}} \frac{W - W_{\text{н}}}{100}}} , (82)
где a — расстояние от середины конструкции до края оттаявшего грунта по меньшему сечению в плоскости основания, м;
b — расстояние от середины до края конструкции в этом сечении, м;
\gamma_{\text{б}} — объемный вес уложенного бетона, кг/м3;
B — количество воды затворения в бетонной смеси, кг/м3;
\gamma_{\text{ск}} — объемный вес скелета грунта, кг/м3;
tб — температура бетонной смеси в момент укладки, °C;
tг — температура вечномерзлого грунта в момент укладки бетона, °C;
\Delta\text{Э} — количество экзотермического тепла, выделяемого килограммом цемента за период твердения бетона, кДж/кг;
Ц — содержание цемента в бетонной смеси, кг/м3;
4300 — расход тепла, кДж, для электропрогрева 1 м3 бетона, принятый условно равным 50 кВт·ч/м3;
hэ — глубина погружения электродов в массив бетона, м;
H — глубина заложения фундаментов, м;
W — влажность грунта по массе, %;
Wн — количество незамерзшей воды в грунте, %;
Kм — доля тепла от уложенного бетона, рассеивающегося в вечномерзлом грунте, принимается, кДж:
при бетонировании подземной конструкции без выхода ее на дневную поверхность Kм = 1; при выходе на дневную поверхность K = 0,5 при H = 1 — 1,5h; K = 0,7 при H = 1,5 — 2h; K = 0,8 при H = 2 — 3h, где h — глубина сезонного оттаивания грунтов;
H — глубина заложения фундаментов.
14.33. Для уменьшения оттаивания вечномерзлого грунта в основании фундамента устраивают теплоизоляционные прослойки.
Теплоизоляционная прослойка устраивается путем отсыпки на основание слоя сухого песка, по которому укладывают деревянный брусчатый настил (прил. 19).
Толщину оттаявшего слоя в этом случае можно определить по эмпирической формуле
\Delta_{t} = \Delta \frac{0,1}{0,1 + \frac{\delta}{\lambda}} , (83)
где \delta — толщина теплоизоляционной прослойки, м;
\lambda — коэффициент теплопроводности материала прослойки, Вт/(м·°C).
14.34. При бетонировании массивных конструкций с Mп = 3 целесообразно на основание укладывать неразогретую бетонную смесь слоем до 20 — 30 см, по которому затем укладывать слой подогретой бетонной смеси.
14.35. При устройстве свайных фундаментов с замоноличиванием нижнего конца свай-стоек в коренные породы монолитным бетоном (раствором) предусматривается обеспечение набора прочности двумя способами:
электропрогревом стержневыми электродами;
применением раствора с противоморозными добавками, состав которых назначается в зависимости от температуры грунта на уровне нижнего конца сваи и наружного воздуха.
14.36. Перед началом бетонирования необходимо определить остаток шлама в скважинах с помощью металлического щупа, опускаемого на тросике. Остаток шлама не должен превышать 10 см.
14.37. При электропрогреве свая обвязывается электродами из проволоки диаметром 6 — 8 мм с подключением каждого электрода на одну фазу. Для электропрогрева свай дополнительно устанавливаются трансформаторы типа ТМ-100, УПБ-60 и др., прокладываются на колах магистральные и ответвляющие кабельные линии, схема которых показана на рис. 66. Контроль за набором прочности раствора в месте защемления сваи осуществляется по температурному графику, построенному по замерам температуры в термометрической скважине из стальной трубы диаметром 42 мм, устанавливаемой одновременно со сваей.
Рис. 66. Схема размещения оборудования для электропрогрева свай
1 — трансформатор силовой; 2 — кабель типа ГРШ 3x70+1x10; 3 — трансформатор понижающий для электропрогрева бетона; 4 — ЯРП; 5 — провод типа АПР 130 — 150 мм2; 6 — провод для коммутации электродов свай типа АС 120 мм2
14.38. Порядок погружения свай-стоек с защемлением нижнего конца в коренные скальные породы, применяемые при этом оборудование, инструмент и материалы приведены в прил. 20.
14.39. При бетонировании конструкций в котлованах подготовленный под бетонирование котлован должен быть защищен от грунтовых вод и атмосферных осадков, а также должны быть приняты меры, чтобы грунт не оттаивал в летний период.
14.40. Бетонирование должно начинаться сразу после окончания подготовки котлована и по возможности вестись без перерыва с тщательным уплотнением смеси. Время, необходимое для набора бетоном заданной относительной прочности (без добавок — ускорителей твердения), приведено в табл. 65.
14.41. Для ускорения твердения бетона в вечномерзлых грунтах могут использоваться химические добавки-ускорители. При выборе вида и назначения дозировок химических добавок следует учитывать возможность миграции солей из бетона в грунт, снижение температуры замерзания грунта и как следствие уменьшение несущей способности фундамента.
При скальных и непросадочных грунтах основания миграции солей из бетона в грунт не учитывается.
14.42. Рекомендуемые дозировки химических добавок — ускорителей твердения при бетонировании в нескальных просадочных грунтах при твердомерзлом их состоянии принимаются согласно табл. 61.
При бетонировании конструкций, для которых предусматривается оттаивание основания в период эксплуатации, а также при возведении конструкций на непросадочных и скальных грунтах количество противоморозных добавок следует назначать в соответствии с табл. 36.
14.43. Для зимнего производства работ на открытом воздухе конструктивное решение цокольных монолитных перекрытий, опирающихся на свайный фундамент, должно обеспечивать выполнение процесса бетонирования в одну очередь на всю высоту перекрытия.
Применение бетонирования в две очереди, сначала конструкций ростверка, балок, каналов и т.д. с выпуском поперечной арматуры для связи с бетонируемыми объемами второй очереди, не является рациональным при производстве работ.
14.44. Схема организации бетонных работ должна определяться с учетом жестких ограничений на периоды производства работ из-за неблагоприятных условий, разно влияющих на производительность труда (рис. 67).
Рис. 67. График предельных температур t и силы ветра V, при которых запрещено производить бетонные работы на открытом воздухе для прибрежных районов Северной зоны
1 — зона рабочих температурно-ветровых условий; 2 — граница зоны обогрева рабочих; 3 — граница прекращения производства работ
14.45. Условия производства работ по возведению монолитных конструкций, основные способы и технологические схемы, а также сроки производства работ должны назначаться с учетом изменения трудозатрат и стоимости их выполнения от месяцев года и мерзлотно-грунтовых условий площадки строительства.
14.46 Расчетное годовое (квартальное, месячное) количество рабочих смен должно определяться по формуле
где Дк — календарная продолжительность периода года (квартала, месяца), дни;
Дп — количество праздничных и выходных дней;
Дм — количество нерабочих дней из-за неблагоприятных метеорологических условий;
Kс — количество рабочих смен в сутки.
15. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
15.1. Расчет, монтаж и эксплуатация электрооборудования, а также электроснабжение при электротермообработке бетона необходимо осуществлять согласно требованиям «Правил устройства электроустановок» и «Правил технической эксплуатации электроустановок».
15.2. Места установки трансформаторов и распределительных устройств, схемы коммутации электродов или устройств для электроразогрева и электронагрева бетона необходимо выбирать с расчетом удовлетворения следующих требований:
возможно меньшее количество перестановок трансформаторов и распределительных устройств;
наименьшая трудоемкость монтажа, обслуживания и демонтажа;
минимальный расход кабелей и проводов.
15.3. Трансформаторы, распределительные устройства и кабели следует размещать в стороне от зоны движения транспорта. При пересечении дорог и временных проездов кабели и провода должны быть подвешены на высоте не менее 6 м или уложены в грунт в трубах или специальных коробах.
15.4. Каждый силовой или понижающий трансформатор, используемый для электротермообработки бетона, должен иметь, как правило, распределительный щит. Возле прогреваемой конструкции необходимо установить клеммные коробки (софиты) для присоединения к ним проводов, служащих непосредственно для подведения напряжения к электродам, электродным щитам, щитам греющей опалубки, электронагревательным устройствам. С целью повышения безопасности соединений и надежности контактов, а также снижения трудоемкости присоединения проводов следует использовать разъемы.
15.5. Для электроснабжения при электротермообработке бетона необходимо применять трехфазные силовые трансформаторы типа ТМ или ТМФ.
Трансформаторы выбирают с первичным напряжением 6 или 10 кВ в зависимости от напряжения высоковольтной линии, от которой осуществляется электроснабжение строительного объекта. Вторичное напряжение трансформаторов должно составить 0,4 кВ. Краткая техническая характеристика масляных трехфазных силовых трансформаторов приведена в табл. 66.
Указанные трансформаторы масляные с естественным охлаждением. Число в знаменателе марки означает первичное напряжение в киловольтах. Вторичное напряжение всех трансформаторов 400 В.
При необходимости распределения вторичного напряжения на несколько силовых линий с включением и отключением их в различное время рекомендуется использовать комплектные трансформаторные подстанции (КТП), в состав которых входит шкаф управления, КТП выпускаются мощностью 60, 100, 160, 250, 400, 630 кВ·А на первичное напряжение 6 или 10 кВ и вторичное напряжение 0,4 кВ. КТП мощностью до 160 кВ·А выпускаются в виде одного агрегата, включающего все устройства. КТП мощностью 250 кВ·А и выше поставляются каждая в виде нескольких отдельных устройств (трансформатора, шкафа управления и т.п.).
15.6. Для получения пониженного напряжения для электротермообработки бетона следует использовать специальные трехфазные понижающие трансформаторы для электропрогрева бетона (табл. 67).
Примечания: 1. Все трансформаторы трехфазные. ТСПК-20А с воздушным охлаждением, остальные — с масляным.
2. Трансформатор ТМОБ-63 выпускается также в виде комплектной подстанции КТП-63-ОБ со шкафом управления на общих салазках. В таблице указаны габаритные размеры КТП-63-ОБ.
3. Трансформаторы ТМОА-50, ТМО-50/10, ТМ-75/6 промышленностью не выпускаются, но имеются в строительных организациях.
4. Величины вторичного тока даны для температуры окружающего воздуха 25 °C.
При использовании однофазных понижающих трансформаторов их рекомендуется компоновать по три и включать в сеть по схеме «треугольник» или «звезда».
15.7. Включение и отключение напряжения в силовых цепях рекомендуется выполнять с помощью магнитных пускателей, пакетных выключателей, автоматических выключателей. При отсутствии указанной аппаратуры возможно применение рубильников.
15.8. Защиту электрических устройств при электротермообработке рекомендуется осуществлять с применением токовых реле или плавких предохранителей.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БЕТОНА
15.9. Устройство для дистанционного контроля и регулирования температуры бетона состоит из датчиков и показывающего (записывающего) или регулирующего прибора. Датчики размещаются в бетоне или в щитах греющей опалубки и соединяются проводами с показывающим прибором.
В качестве датчиков рекомендуется применять термометры сопротивления или термопары, в качестве показывающих приборов применяются вторичные приборы — милливольтметры, электронные мосты и потенциометры. Технические характеристики некоторых приборов для дистанционного контроля и регулирования температуры бетона приведены в табл. 68.
15.10. Токопроводящее сечение кабелей и проводов следует принимать по расчетной токовой нагрузке, используя данные, приведенные в прил. 21.
15.11. Соединение проводов и кабелей между собой, их присоединение к электродным щитам, щитам греющей опалубки, индукторам, устройствам для инфракрасного обогрева и т.п. рекомендуется производить с помощью разъемов.
УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ БЕТОНА ДЛЯ ВЫДЕРЖИВАНИЯ ЗАДАННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ
15.12. Регулирование температуры бетона по заданному режиму осуществляется путем изменения напряжения на электродах или нагревательных устройствах, которое выполняется периодическим включением и отключением напряжения или же сочетанием обоих приемов.
Чем точнее выдерживается заданный температурный режим электротермообработки, тем меньше расход электроэнергии и выше качество бетона.
При любой схеме автоматического регулирования температуры бетона необходимо предусматривать возможность ручного регулирования путем включения и отключения напряжения.
15.13. Выдерживание заданного режима электротермообработки бетона обеспечивается применением автоматического, полуавтоматического или ручного управления.
Наиболее точно заданный температурный режим бетона обеспечивают автоматические схемы управления. Возможно совмещение всех трех принципов в одной схеме.
При автоматическом режиме в обогреваемый бетон или на щиты греющей опалубки устанавливают датчики температуры, а в схему управления включают сравнивающие и исполнительные устройства. На рис. 68 показана такая схема управления, в которой применены в качестве пускателей тиристоры и использованы логические элементы системы «Логика». Схема разработана ЭПКБ Главсевкавстроя Минтяжстроя СССР и в наибольшей степени обеспечивает точность выдерживания заданного режима электротермообработки бетона.
Рис. 68. Схема автоматического управления электротермообработки бетона с использованием тиристоров и логических элементов
При полуавтоматическом выдерживании режима в качестве датчика температуры применяется температурное реле РТ, которое устанавливается в бетон или в щит греющей опалубки. Через реле РТ происходит замыкание и размыкания силовой цепи: при достижении заданной температуры контакты термореле размыкаются, отключается пускатель и подача напряжения прекращается; при снижении температуры бетона ниже заданной контакты реле замыкаются, включается пускатель и электротермообработка бетона продолжается. Такая схема показана на рис. 69.
Рис. 69. Схема управления электротермообработки бетона при полуавтоматическом режиме работы
а — силовая часть; б — схема управления
По принципу полуавтоматического управления построена схема импульсного прогрева бетона, разработанная ЦНИИОМТП (рис. 70). В прогреваемый бетон устанавливается термопара типа ХК, а их показания фиксируются электронным потенциометром или милливольтметром. С помощью специальных реле времени РВ задается продолжительность импульсов подачи напряжения и пауз между ними для обеспечения в каждый момент времени фактической температуры бетона в соответствии с заданным режимом. На основе такой схемы создана и прошла испытания установка импульсного прогрева бетона (см. прил. 22).
Рис. 70. Схема управления импульсным прогревом бетона в полуавтоматическом режиме
а — силовой части; б — дистанционного измерения температуры бетона; в — управления
При ручном управлении электротермообработкой подача напряжения на электроды или электронагреватели производится нажатием кнопки автоматического выключателя. Контроль за температурой бетона осуществляется с помощью технических термометров или показывающих приборов. Автоматический выключатель подает напряжение на магнитный пускатель, который замыкает силовую цепь для электротермообработки бетона. При достижении бетоном заданной температуры нажатием кнопки автоматического выключателя электротермообработка бетона прекращается. Пример такой схемы приведен на рис. 71.
Рис. 71. Схема ручного регулирования температуры бетона при электротермообработке
15.14. Для использования наиболее распространенного трансформатора для электропрогрева бетона ТМОБ-63 в ЦНИИОМТП разработана блок-приставка (см. схему на рис. 72) к комплектной трансформаторной подстанции КТП-ОБ-63. Она обеспечивает переход трансформатора с непрерывного режима работы на прерывистый для соблюдения заданной температуры изотермического прогрева бетона.
Рис. 72. Схема блок-приставки к КТП-ОБ-63 для выдерживания заданной температуры бетона
15.15. Схему управления собирают в шкафу управления. Она должна иметь токовую защиту в соответствии с номинальной нагрузкой. В качестве примера на рис. 73 показана конструкция шкафа управления для подключения греющей опалубки стыков.
Рис. 73. Схема шкафа управления
1 — кнопка подачи напряжения на шкаф; 2 — корпус; 3 — кнопки для подачи напряжения; 4 — сигнальные лампы; 5 — панель из электроизоляционного материала; 6 — тумблеры; 7 — силовые разъемы для подключения нагрузки; 8 — силовая панель управления
15.16. Нагревательные элементы должны включаться таким образом, чтобы обеспечить равномерную пофазовую нагрузку. В качестве примера на рис. 74 приведены расположение и коммутация нагревательных элементов щита греющей опалубки для замоноличивания стыков.
Рис. 74. Пример схемы монтажа и расположения нагревательных элементов
а — размещение нагревателей; б — параллельная и последовательная схемы соединения нагревателей; 1 — ТЭНы; 2 — панель из электроизоляционного материала
УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА
15.17. Для снижения трудоемкости электротермообработки и уменьшения продолжительности работ и работ по демонтажу на каждом месте работы оборудования необходимо создавать комплектные передвижные установки, а также другое специальное оборудование. Технические характеристики некоторых установок приведены в прил. 22.
15.18. Каждая установка должна включать силовую часть, устройства для измерения температуры бетона и регулирования процесса термообработки, кабели и провода для включения установки в питающую сеть и питания нагрузки, устройства для перемещения установки (ходовую часть, полозья), в ряде случаев — теплые помещения для операторов. Все агрегаты установки должны быть смонтированы на общей раме или должна быть обеспечена возможность их простого, быстрого и малотрудоемкого соединения на месте работы. Кабели и провода должны, как правило, соединяться разъемами. На каждом новом месте затраты времени на приведение установки в рабочее положение должны продолжаться не более одной смены (не считая подведения ЛЭП для электроснабжения установки).
16. КОНТРОЛЬ ЗА ПРОИЗВОДСТВОМ РАБОТ И КАЧЕСТВОМ БЕТОНА
16.1. Пооперационный контроль и контроль качества бетона необходимо осуществлять в соответствии с требованиями главы СНиП III-15-76 и с учетом особенностей, изложенных в данном разделе.
16.2. Вид применяемого цемента необходимо контролировать по заводскому паспорту на каждую партию.
Содержание трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината в цементе устанавливается по справке, высылаемой заводом-изготовителем по запросу строительной организации.
16.3. При приготовлении бетонной смеси необходимо осуществлять контроль за отсутствием льда, снега, смерзшихся комьев заполнителей размером более 10 мм, за температурой воды и заполнителей, температурой бетонной смеси на выходе из смесителя через 2 ч, за концентрацией растворов добавок перед каждым заполнением расходных баков, но не реже 1 раза в смену.
16.4. При транспортировании бетонной смеси следует проверить отсутствие снега и наледи в транспортных средствах, а также выполнение мероприятий по утеплению, укрытию и обогреву транспортных средств — не менее 1 раза в смену.
16.5. До начала установки опалубки необходимо проверить: толщину и состояние утеплителя в щитах и крепление защитного кожуха утеплителя; маркировку щитов греющей опалубки, наличие и состояние разъемов; омическое сопротивление нагревателей в каждом щите греющей опалубки.
16.6. Перед бетонированием должно быть проверено наличие гидроизоляционного материала и утеплителя для укрытия неопалубленных поверхностей и соответствие их требованиям технологических карт.
16.7. При предварительном отогреве основания необходимо контролировать соответствие утепления требованиям технологических карт (см. п. 1.3), а также 1 раз в смену температуру непучинистого основания на глубине 0,3 м, а пучинистого — на глубине 0,5 м.
При предварительном отогреве стыкуемых элементов необходимо контролировать каждый час температуру в полости стыка в двух точках — на контакте со стыкуемым элементом и с опалубкой в углу сечения (см. разд. 13).
16.8. В процессе предварительного электроразогрева бетонной смеси следует контролировать ее температуру в каждой емкости для разогрева, а также через 2 ч — загустевание бетонной смеси в процессе и после разогрева. Для этой цели рекомендуется применять электровибровискозиметр (см. прил. 11).
16.9. До начала укладки бетонной смеси должно быть проверено отсутствие снега и наледи на поверхности основания, опалубки, арматуры на стыкуемых поверхностях.
16.10. В процессе укладки бетонной смеси необходимо измерять ее температуру на глубине 5 см после укладки каждого слоя.
16.11. По окончании бетонирования конструкции (захватки) следует контролировать соответствие укрытия неопалубленных поверхностей бетона требованиям технологических карт.
16.12. Перед началом электропрогрева бетона должны быть проверены размещение и коммутация электродов, толщина защитного слоя (при прогреве пластинчатыми и полосовыми электродами), а перед началом обогрева в греющей опалубке — коммутация щитов.
16.13 Температуру бетона в процессе его выдерживания необходимо измерять:
при термосном выдерживании, при выдерживании в тепляках, парообогреве и в процессе остывания после электротермообработки — каждые 2 ч в первые сутки, каждые 4 ч в последующие 3 сут и 1 раз в сутки в остальное время выдерживания;
при выдерживании бетонов с противоморозными добавками — 1 раз в смену до приобретения бетоном прочности, указанной в п. 1.5;
при электротермообработке бетона в период подъема температуры со скоростью до 10 °C в час — через 1 ч, со скоростью более 10 °C в час — через 0,5 ч, в процессе изотермического прогрева — через 2 ч.
16.14. Температуру воздуха следует измерять вблизи забетонированной конструкции 1 раз в смену.
16.15. Измерение температуры бетонной смеси перед началом и в процессе ее предварительного электроразогрева в кузовах автосамосвалов и бадьях должно производиться дистанционно с помощью датчиков температуры.
В каждой емкости следует располагать 1 — 2 датчика. Датчики, установленные в бадьях, необходимо соединять с показывающим прибором с применением разъемов. Допускается контроль температуры разогреваемой бетонной смеси с помощью технических термометров при отключенном напряжении.
16.16. Для измерения температуры бетона в конструкции рекомендуется использовать дистанционные устройства (см. табл. 68) либо технические термометры. Датчики температуры необходимо устанавливать в специальные температурные скважины и находиться в них на протяжении всего времени измерения температуры. Скважины должны быть защищены от попадания сыпучего утеплителя воронками из рулонного материала. При необходимости отверстия для датчиков или термометров следует устраивать в боковой опалубке.
16.17. Температуру бетона необходимо измерять в зонах наибольшего охлаждения (углы, выступающие элементы конструкций) и наибольшего нагрева (у электродов, на контакте с греющей опалубкой или с греющими проводами, в местах подвода пара при парообогреве, в тепляках на уровне пола и т.д.), на глубине 5 см от поверхности бетона, а также в ядре сечения массивных конструкций с модулем поверхности 3 и менее.
При индукционном нагреве железобетонных конструкций со стержневой арматурой необходимо измерять температуру в слое, прилегающем к арматурным стержням.
Точки, в которых производится измерение температуры, должны быть указаны в технологической карте; их примерное количество определяется из расчета одной точки на каждые 3 м3 бетона, 6 м длины конструкции, 10 м2 площади перекрытий и 40 м2 площади полов и покрытий. При использовании бетонов с противоморозными добавками количество термометров может быть уменьшено до двух на конструкцию или захватку, бетонируемую в течение одной смены.
16.18. В процессе электропрогрева бетона, особенно в начале подъема температуры, необходимо следить за поверхностями прогреваемых конструкций. В случае интенсивного выделения из бетона пара необходимо отключить напряжение и устранить причину перегрева (малое расстояние между разноименными электродами, между электродами и арматурой либо металлической опалубкой).
16.19. При электротермообработке бетона необходимо сразу после включения напряжения на электроды или электронагревательные устройства и в дальнейшем через 2 ч измерять силу тока и напряжение в токоподводящих проводах с помощью амперметров и вольтметров, установленных на понижающем трансформаторе или в цепи переменного тока, либо с помощью электрических клещей.
16.20. Результаты измерения температуры бетона и воздуха, силы тока и напряжения следует записывать на температурных листах (табл. 69).
Температурный лист (приложение к журналу бетонных и железобетонных работ)
Строительная организация __________________________________________________
Объект ____________________________________________________________________
Конструкция _______________________________________________________________
Марка бетона ______________________________________________________________
Объем захватки ____________________________________________________________
Дата _________ начала бетонирования, ___ ч ___ мин, окончание бетонирования ___ ч ___ мин
Температура бетонной смеси на воздухе _____________ °C, бетона по окончании укладки _____________ °C
Температура воздуха при бетонировании _________ — _________ °C
Начало тепловой обработки ___ ч ___ мин
Подписи: мастер ____________ лаборант _____________ электрик __________
Температуру бетонной смеси в момент окончания ее разогрева в кузове самосвала необходимо записывать в специальном журнале (табл. 70), а также в накладной, имеющейся у водителя.
Форма журнала предварительного электроразогрева бетонной смеси в кузовах самосвалов
| Дата, часы, минуты окончания разогрева | № автомашины | Объем бетонной смеси, м3 | Температура разогрева, °C | Примечание |
|---|---|---|---|---|
Подпись оператора после каждой смены ______________
16.21. Контроль прочности бетона осуществляется так же, как в летних условиях, с изготовлением и выдерживанием образцов возле забетонированной конструкции и испытанием их на сжатие в следующие сроки:
при выдерживании по способу термоса, применении бетонов с противоморозными добавками и выдерживании бетона из предварительной разогретой смеси — три образца после снижения температуры бетона до расчетной конечной (для бетонов с противоморозными добавками — до приобретения прочности, указанной в п. 1.5), три образца после оттаивания и твердения образцов в нормальных условиях в течение 28 сут, три образца перед загружением конструкции нормативной нагрузкой; перед испытанием образцов, хранившихся на морозе, они должны быть оттаяны при температуре 15 — 20 °C в течение 4 ч;
при обогреве паром или выдерживании в тепляках — три образца по окончании выдерживания и три образца после последующего 28-суточного твердения в нормальных условиях.
16.22. При электропрогреве, обогреве в греющей опалубке, при индукционном нагреве и инфракрасном обогреве поддержание в образцах такого же температурно-влажностного режима, как в конструкции, практически неосуществимо. Поэтому контроль прочности необходимо производить путем контроля температурного режима твердения. Соблюдение заданного температурно-влажностного режима обеспечивает (при соблюдении других технологических требований) приобретение бетоном к концу выдерживания прочности, указанной в разд. 4, а после оттаивания и 28-суточного твердения при температуре 18 — 20 °C достижение 95 — 110% R28. Кроме того, рекомендуется определять прочность прогретого бетона до его остывания ниже 0 °C неразрушающими методами — ультразвуковым, с помощью эталонного молотка НИИ Мосстроя, а также высверливанием и испытанием кернов.
16.23. В случае, если фактический температурный режим выдерживания бетона отличается от проектного (расчетного), определение фактической прочности бетона следует производить с использованием графиков нарастания прочности на рис. 2 - 4 по методике, аналогичной приведенной в примерах расчета (см. п. 4.11), либо с использованием данных о нарастании прочности бетона, приведенных в табл. 23 - 30.
Пример. Определить с использованием таблиц нарастания прочности фактическую прочность бетона, твердеющего с подъемом температуры с 20 до 40 °C в течение 12 ч, при температуре 40 °C в течение 12 часов и с последующим остыванием до 0 °C в течение 36 ч. Бетон марки М 200 на портландцементе марки 400. Содержание C3A в цементе 8%.
Решение. По табл. 28 находим, что в период подъема температуры при средней температуре (40 + 20):2 = 30 °C бетон на цементе с соответствующим содержанием C3A за 12 ч приобретает 25% R28. Чтобы определить прочность, приобретенную бетоном в процессе изотермического выдерживания, находим в графе 40 °C («Б») прочность, близкую к 25% R28. Она оказывается равной 30% R28. Твердение бетона, начиная от этой прочности, в течение 12 ч при 40 °C приводит к приобретению 55% R28 (вторая строка в крайней правой графе таблицы). Поскольку вместо 25% R28 принято 30% R28, достигнутую к концу изотермического выдерживания прочность примем приближенно равной 50% R28. В процессе остывания при средней температуре (40 — 0):2 = 20 °C в течение 36 ч, начиная с прочности 50% R28 (в третьей строке табл. 28 принимаем близкую величину 48% R28), бетон достигнет прочности 60% R28 (четвертая строка таблицы в графе 20 °C «Б»).
16.24. В связи с особыми требованиями к качеству бетона специальных высотных сооружений, бетонируемых в скользящей опалубке, из каждой партии бетонной смеси следует изготовлять девять контрольных образцов-кубов с размером ребра 10 см, три образца необходимо испытать после 28 сут выдерживания в нормальных условиях для определения марки бетона. Остальные образцы следует хранить внутри сооружения на отметке +/- 0,00 в деревянном ящике с песком и утепленным днищем. Сверху ящик должен быть укрыт элементом ТАПП. Образцы следует выдерживать при таком же режиме, как бетон возводимого сооружения.
Три образца необходимо испытать через 4 ч после окончания обогрева. Остальные три образца выдерживать после прогрева возле забетонированной конструкции до достижения бетоном конструкции положительной температуры, затем — 28 сут в нормальных условиях, после чего испытать.
16.25. В случаях, когда проектом или ГОСТом предусмотрен контроль не только прочности бетона при сжатии, но и других его показателей (дорожный бетон, гидротехнический бетон и др.), необходимо изготовлять и выдерживать, согласно указаниям п. 16.21, соответствующее количество образцов. При электротермообработке бетона эти образцы должны быть прогреты в специальных формах по режиму, соответствующему температурному режиму твердения бетона в конструкции.
16.26. Для обеспечения соответствия режима выдерживания образцов режиму твердения бетона в конструкции рекомендуется применять переносную камеру с терморегулятором конструкции Оргэнергостроя.
16.27. По окончании выдерживания и распалубки конструкции необходимо произвести ее осмотр, результаты которого записываются на температурном листе (табл. 69).
17. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
17.1. Предварительный выбор оптимального способа зимнего бетонирования осуществляется путем отбора технологически возможных способов, который должен проводиться в соответствии с разд. 1 данного руководства.
17.2. Окончательный выбор эффективного способа зимнего бетонирования осуществляется сопоставлением технико-экономических показателей, рассчитываемых на 1 м3 бетона определенного вида конструкций.
17.3. Определению показателей технико-экономической оценки способов зимнего бетонирования должно предшествовать назначение следующих технологических, конструктивных и климатических факторов:
17.4. Критерием выбора способа зимнего бетонирования, согласно «Инструкции по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» (СН 509-78. М., Стройиздат, 1978), являются приведенные затраты Пi, минимум которых свидетельствует о его эффективности:
S_{i} = 1,09C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} + C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} + 1,15\text{З}_{i}, (86)
где Si — общая стоимость способа, руб.;
Ki — единовременные затраты, руб.;
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} — стоимость материалов, для которых необходим учет транспортных расходов, руб.;
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} — стоимость остальных материалов, руб.;
1,09 — коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы;
1,15 — коэффициент накладных расходов к заработной плате.
17.5. Расчеты затрат осуществляются по формулам методом на разность, т.е. учитываются только дополнительные затраты, связанные с особенностями бетонирования при отрицательных температурах (табл. 71).
| № п.п. | Наименование затрат | Способы бетонирования | ||||
| термоса | бетон с противоморозными добавками | предварительный разогрев | электропрогрев | греющая опалубка | ||
| А. Материалы | ||||||
| 1 | Утепление | + <*> | + <*> | + <*> | + <*> | + <*> |
| 2 | Подогрев воды и заполнителей | + | + | + | + | + |
| 3 | Сталь для электродов | - | - | - | + | - |
| 4 | Дополнительные материалы для термоопалубки | - | - | - | - | - |
| 5 | Противоморозные добавки | - | + | - | - | - |
| Б. Электроэнергия | - | - | + | + | + | |
| В. Амортизация и эксплуатация оборудования | ||||||
| Г. Заработная плата и затраты труда | ||||||
| 1 | Устройство опалубки, армирование и укладка бетона | + | + | + | + | + |
| 2 | Устройство утепления | + <*> | + <*> | + <*> | + <*> | + <*> |
| 3 | Подогрев воды и заполнителей | + | + | + | + | + |
| 4 | Контроль качества | + | + | + | + | + |
| 5 | Обслуживание установок прогрева | - | - | + | + | + |
| 6 | Устройство электродов | - | - | - | + | - |
| 7 | Внесение противоморозных добавок | - | - | - | - | - |
| Д. Единовременные затраты | - | - | + | + | + | |
<*> Необходимость утепления и толщина утеплителя определяются теплотехническим расчетом.
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = C_{\text{ут}}; (87)
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{пвз}}; (88)
Зi = (Kн.р — 1)(Зопал + Зарм + Зукл) + Зпвз + Зут + Зк; (89)
Тi = (Kн.р — 1)(Топал + Тарм + Тукл) + Тпвз + Тут + Тк. (90)
Для предварительного электроразогрева:
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = C_{\text{ут}} + \text{С}_{\text{обор}}; (91)
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{пвз}} + \text{С}_{\text{эн}}; (92)
Зi = (Kн.р — 1)(Зопал + Зарм + Зукл) + Зтр + Зпвз + Зут +
- Зк + Зобсл; (93)
Тi = (Kн.р — 1)(Топал + Тарм + Тукл) + Ттр + Тпвз + Тут +
- Тк + Тобсл. (94)
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = C_{\text{ут}} + \text{С}_{\text{обор}} + \text{С}_{\text{эн}}; (95)
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{пвз}} + \text{С}_{\text{эн}}; (96)
Зi = (Kн.р — 1)(Зопал + Зарм + Зукл) + Зпвз + Зут +
- Зк + Зобсл + Зэл; (97)
Тi = (Kн.р — 1)(Топал + Тарм + Тукл) + Тпвз + Тут +
- Тк + Тобсл + Тэл. (98)
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{опал}} + C_{\text{ут}} + \text{С}_{\text{обор}}; (99)
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{пвз}} + \text{С}_{\text{эн}}; (100)
Зi = (Kн.р — 1)(Зопал + Зарм + Зукл) + Зпвз + Зут +
- Зк + Зобсл; (101)
Тi = (Kн.р — 1)(Топал + Тарм + Тукл) + Тпвз + Тут +
- Тк + Тобсл. (102)
Для бетона с противоморозными добавками:
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = C_{\text{ут}} + \text{С}_{\text{х}.\text{д}}; (102)
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = \text{С}_{\text{пвз}}; (103)
Зi = (Kн.р — 1)(Зопал + Зарм + Зукл) + Зут + Зпвз +
- Зк + Зх.д; (104)
Тi = (Kн.р — 1)(Топал + Тарм + Тукл) + Тут + Тпвз +
- Тк + Тх.д, (105)
где Cут — стоимость утепления опалубки с учетом оборачиваемости;
Cпвз — стоимость подогрева воды и заполнителей;
Cобор — стоимость эксплуатации оборудования;
Cэн — стоимость электроэнергии;
Cэл — стоимость стали для электродов с учетом оборачиваемости;
Kн.р — усредненные поправочные коэффициенты к нормам времени и расценкам (табл. 72);
Зопал, Топал — заработная плата и трудоемкость на устройство опалубки;
Зарм, Тарм — заработная плата и трудоемкость армирования конструкций;
Зукл, Тукл — заработная плата и трудоемкость укладки бетонной смеси в конструкции;
Зут, Тут — заработная плата и трудоемкость по утеплению опалубки;
Зпвз, Тпвз — заработная плата и трудоемкость по подогреву воды и заполнителей;
Зк, Тк — заработная плата и трудоемкость по контролю качества бетона (замер температур, установка и изготовление пробок и т.д.);
Зобсл, Тобсл — заработная плата и трудоемкость обслуживания (монтаж системы прогрева, дежурство электромонтеров и т.д.);
Зтр, Ттр — заработная плата и трудоемкость, связанная с простоем транспорта на посту разогрева;
Зэл, Тэл — заработная плата и трудоемкость по изготовлению, установке и разборке электродов.
Все показатели: стоимости Ci и заработной платы Зi даны в рублях, трудоемкости Тi — чел.-дн.
17.6 Затраты по установке и разборке опалубки, армированию и укладке бетонной смеси определяются по формулам:
\text{З}_{\text{опал}} = (\text{Расц}.\prime + \text{Расц}.\prime\prime) \frac{F_{\text{опал}}}{V} ; (106)
T_{\text{опал}} = (H.\text{вр}\prime + H.\text{вр}\prime\prime) \frac{F_{\text{опал}}}{V} , (107)
где Fопал — площадь опалубливаемой поверхности конструкции, м2;
V — объем бетона конструкции, м3;
\text{Расц}.\prime , \text{Расц}.\prime\prime , H.\text{вр}\prime , H.\text{вр}\prime\prime — расценки и нормы времени соответственно по установке и разборке опалубки (табл. 73), руб./м2, чел.-дн./м2.
Примечание. К заработной плате работников строительных и ремонтно-строительных организаций применяются районные коэффициенты, утвержденные постановлением Государственного комитета СССР по труду и социальным вопросам и Секретариата ВЦСПС от 31 марта 1960 г. № 453/9 с учетом последующих изменений и дополнений. Показатели данной таблицы даны для районного коэффициента, равного 1 (III температурная зона).
Для греющей опалубки стоимость дополнительных материалов определяется по формуле
C_{\text{опал}} = \frac{C_{\text{гр}.\text{оп}}F_{\text{опал}}}{n_{\text{з}}V} - \frac{C_{\text{ст}}F_{\text{опал}}}{n_{\text{л}}V} , (108)
где Cгр.оп — стоимость греющей опалубки, руб./м2;
Cст — стоимость стальной опалубки, руб./м2;
nз — оборачиваемость опалубки зимой (обороты);
\text{З}_{\text{арм}} = \text{Расц}. \frac{n}{V} ; T_{\text{арм}} = H.\text{вр}. \frac{n}{V} ,
где Расц., Н.вр. — расценка и норма времени на установку 1 сетки (ЕНиР, сб. 4, вып. 1);
Зукл, Тукл (ЕНиР, сб. 4, вып. 1).
17.7. Затраты на подогрев воды и заполнителей определяются: Cпвз — по табл. 74; Зпвз, Тпвз — по табл. 73.
Показатели табл. 74 даны для III температурной зоны Мосэнерго (стоимость 1 Гкал пара — 4,62 руб.), для других зон расчеты затрат выполняются с учетом стоимости пара, представленной в табл. 75.
17.8 Затраты на установку и разборку утеплителя
\text{З}_{\text{ут}} = \text{Расц}.\prime \frac{F_{\text{отк}}n_{\text{сл}}}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{F_{\text{опал}}n_{\text{сл}}}{V} ; (109)
\text{Т}_{\text{ут}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime \frac{F_{\text{отк}}n_{\text{сл}}}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{F_{\text{опал}}n_{\text{сл}}}{V} ; (110)
\text{С}_{\text{ут}} = \frac{\text{С}_{\text{у}}\prime_{\text{т}}F_{\text{отк}}n_{\text{сл}}}{\text{О}_{1}V} + \frac{\text{С}_{\text{у}}\prime\prime_{\text{т}}F_{\text{опал}}n_{\text{сл}}}{\text{О}_{2}V} , (111)
где Расц', Расц», Н.вр', Н.вр» — расценки и нормы времени по утеплению и разборке соответственно горизонтальных и вертикальных поверхностей (см. табл. 73), руб./м2, чел.-дн./м2;
Fотк — открытая неопалубливаемая поверхность конструкции;
\text{С}_{\text{у}}\prime_{\text{т}} , \text{С}_{\text{у}}\prime\prime_{\text{т}} — стоимость утеплителя, соответственно горизонтальной и вертикальной поверхности (см. табл. 22), руб./м2;
О1, О2 — оборачиваемость утеплителя (см. табл. 22);
nсл — количество слоев утеплителя (по расчету).
17.9 Затраты по контролю качества зависят от способа выдерживания и вычисляются по следующим формулам:
для термоса и предварительного электроразогрева
а) при времени остывания \tau_{\text{ост}} \leq 24\text{ч}
\text{З}_{\text{к}} = \text{Расц}.\prime \frac{\tau_{\text{ост}}}{2} \frac{q}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (112)
\text{Т}_{\text{к}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime \frac{\tau_{\text{ост}}}{2} \frac{q}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (113)
б) при времени остывания 24\text{ч}<\tau_{\text{ост}}<96\text{ч}
\text{З}_{\text{к}} = \text{Расц}.\prime(12 + \frac{\tau_{\text{ост}} - 24}{4}) \frac{q}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (114)
\text{Т}_{\text{к}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime(12 + \frac{\tau_{\text{ост}} - 24}{4}) \frac{q}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (115)
в) при времени остывания \tau_{\text{ост}}>96\text{ч}
\text{З}_{\text{к}} = \text{Расц}.\prime(30 + \frac{\tau_{\text{ост}} - 96}{24}) \frac{q}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (116)
\text{Т}_{\text{к}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime(30 + \frac{\tau_{\text{ост}} - 96}{24}) \frac{q}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (117)
для электропрогрева и термоактивной опалубки
\text{З}_{\text{к}} = \text{Расц}.\prime(\frac{\tau_{\text{п}}}{2} + \frac{\tau_{\text{и}} + \tau_{\text{ост}}}{4}) \frac{q}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (118)
\text{Т}_{\text{к}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime(\frac{\tau_{\text{п}}}{2} + \frac{\tau_{\text{и}} + \tau_{\text{ост}}}{4}) \frac{q}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (119)
для бетона с противоморозными добавками
\text{З}_{\text{к}} = \text{Расц}.\prime \frac{\tau_{\text{ост}}}{8} \frac{q}{V} + \text{Расц}.\prime\prime \frac{q}{V} ; (120)
\text{Т}_{\text{к}} = \text{Н}.\text{вр}.\prime \frac{\tau_{\text{ост}}}{8} \frac{q}{V} + \text{Н}.\text{вр}.\prime\prime \frac{q}{V} , (121)
где Расц.', Н.вр.' — соответственно расценка и норма времени по замеру температур (см. табл. 73), руб./чел.-дн.;
Расц.», Н.вр.» — соответственно расценка и норма времени по изготовлению пробок (см. табл. 73), руб./чел.-дн.;
q — количество температурных скважин на конструкцию, шт.;
\tau_{\text{ост}} — время остывания, ч;
\tau_{\text{и}} — время изотермического прогрева, ч;
\tau_{\text{п}} — время подъема температуры, ч.
17.10. При эксплуатации оборудования учитываются амортизационные отчисления (в соответствии с «Нормами амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства»), затраты на текущий ремонт и техобслуживание (в размере 0,08 от капитальных вложений на приобретение), а также затраты на перебазирование комплектов оборудования в размере 9 руб. (для установки предварительного подогрева 38 руб. за 1 перестановку). При перебазировании оборудования в условиях бездорожья, особыми видами транспорта и т.д. затраты определяются специальным расчетом:
для предварительного электроразогрева
\text{С}_{\text{обор}} = \frac{\Sigma K_{i}A_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}} + \frac{0,08K_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} + \frac{38n_{\text{пер}}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} \text{руб}./\text{м}^{3}; (122)
\text{С}_{\text{обор}} = \frac{\Sigma K_{i}A_{i}n_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} \frac{(\tau_{\text{п}} + \tau_{\text{и}})}{8} + \frac{0,08K_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} + \frac{9n_{\text{пер}}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} ; (123)
\text{С}_{\text{обор}} = \frac{\Sigma K_{i}A_{i}n_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} \frac{(\tau_{\text{п}} + \tau_{\text{и}} + \tau_{\text{ост}})}{8} + \frac{0,08K_{i}n_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} + \frac{9n_{\text{пер}}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} , (124)
где Ki — балансовые стоимости: прогревного трансформатора (см. табл. 66, 67), поста для электроразогрева бетонной смеси (без силового трансформатора) — 2140 руб.; установки для электропитания термоактивной опалубки — 2400 руб.; комплекта кабелей и проводов для электропрогрева бетона при мощности понижающего трансформатора до 63 кВ·А — 462 руб.;
Аi — норма амортизационных отчислений;
ni — количество понижающих трансформаторов, установок;
nз.см — количество смен работы трансформаторов в году (табл. 76);
П — производительность установки в смену, м3;
nпер — число перебазирований установки в год.
17.11. Оплата электроэнергии производится строительными управлениями в основном по двухставочному тарифу. Дополнительная плата двухставочного тарифа взимается за отпущенную энергию, учитываемую счетчиком активной энергии, по пониженной и повышенной ставкам, предусмотренным тарифом по каждой энергосистеме, в зависимости от места установки счетчиков: по пониженной ставке — в случае установки счетчика на стороне первичного напряжения (до абонентского трансформатора) и по повышенной ставке — в случае установки счетчика на стороне вторичного напряжения (после абонентского трансформатора):
\text{С}_{\text{эн}} = \frac{\text{С}_{i}\text{Р}_{i}n_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} \frac{(\tau_{\text{п}} + \tau_{\text{и}})}{8} + \text{С}W; (125)
где Pi — мощность прогревной установки, кВА;
W — расход электроэнергии, кВт·ч/м3;
C1, C3, C4 — по табл. 77.
17.12 Затраты на монтаж и обслуживание установок прогрева:
при предварительном электроразогреве
\text{З}_{\text{обсл}} = \frac{\text{З}_{\text{о}}\prime_{\text{бсл}}}{\text{П}_{\text{см}}} ; (127)
\text{Т}_{\text{обсл}} = \frac{\text{Т}_{\text{обсл}}}{\text{П}_{\text{см}}} ; (128)
при электропрогреве и обогреве
\text{З}_{\text{обсл}} = \frac{\text{З}_{\text{о}}\prime_{\text{бсл}}n}{\text{П}_{\text{см}}} ; (129)
\text{Т}_{\text{обсл}} = \frac{\text{Т}_{\text{о}}\prime_{\text{бсл}}n}{\text{П}_{\text{см}}} , (130)
где Зобсл, Тобсл — заработная плата и трудоемкость обслуживания установок прогрева за смену, руб./чел.-дн. (табл. 73).
17.13 Затраты по изготовлению, установке и разборке электродов
\text{З}_{\text{эл}} = (\text{Расц}.\prime + \text{Расц}.\prime\prime + \text{Расц}.\prime\prime\prime)n_{\text{эл}}; (131)
T_{\text{эл}} = (H.\text{в}p.\prime + H.\text{вр}.\prime\prime + H.\text{вр}.\prime\prime\prime)n_{\text{эл}}; (132)
C_{\text{эл}} = C_{\text{с}}\prime_{\text{т}} \frac{m_{\text{эл}}}{\text{О}_{\text{эл}}} , (133)
где Расц.', Расц.», \text{Расц}.\prime\prime\prime , Н.вр.', Н.вр.», H.\text{вр}.\prime\prime\prime — соответственно заработная плата и трудоемкость изготовления, установки, разборки электродов (табл. 73), руб./чел.-дн.;
nэл — количество электродов, шт. (по расчету);
mэл — масса электродов, кг (по расчету);
Оэл — оборачиваемость электродов из табл. 73.
17.14 Единовременные затраты K, руб./м3, определяются из
K = \frac{\Sigma K_{i}}{n_{\text{з}.\text{см}}\text{П}_{\text{см}}} . (134)
НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ И ОСНОВНЫЕ ПУТИ ИХ ЭКОНОМИИ
17.15. Нормированию подлежат все расходы тепловой и электрической энергии на основные и вспомогательные производственно-эксплуатационные нужды, в том числе на отопление бетонных узлов, включая потери в сетях.
17.16. Индивидуальной нормой называется норма расхода тепловой и электрической энергии на 1 м3 бетона, которая устанавливается по типам или отдельным энергопотребляющим установкам (устройствам), способам зимнего бетонирования, массивности конструкций.
17.17. Технологической нормой называется норма расхода тепловой и электрической энергии, которая учитывает их расход на основные и вспомогательные технологические процессы на 1 м3 бетона, расход на поддержание технологических устройств (например, для подогрева заполнителей) в нагретом состоянии на их разогрев после холодных простоев, а также технически неизбежные потери энергии.
17.18. Общепроизводственной нормой называется норма расхода тепловой и электрической энергии, которая учитывает расходы энергии на основные и вспомогательные технологические процессы, на вспомогательные нужды, например на отопление бетонного узла, а также технически неизбежные потери энергии в преобразователях (трансформаторах), в тепловых и электрических сетях (стройки), отнесенные на 1 м3 бетона.
17.19. Состав норм расхода тепловой и электрической энергии — это перечень статей их расхода на 1 м3 бетона с учетом особенностей зимнего бетонирования.
17.20. В нормы расхода тепловой и электрической энергии не должны включаться затраты этих ресурсов, вызванные отступлением от принятой технологии, режимов работы, рецептур, несоблюдением требований к качеству сырья и материалов и другие нерациональные затраты.
17.21. Расход тепловой и электрической энергии на 1 м3 бетона нормируется: тепловой энергии — в тысячах килокалорий (тыс. ккал); электрической энергии — в киловатт-часах (кВт·ч).
17.22. Основным методом разработки норм расхода тепловой и электрической энергии является расчетно-аналитический метод. Кроме того, применяются опытный и расчетно-статистический методы.
17.23. Расчетно-аналитический метод предусматривает определение норм расхода тепловой и электрической энергии расчетным путем по статьям расхода на основе прогрессивных показателей использования этих ресурсов в производстве бетонных работ в зимних условиях.
Индивидуальные нормы расхода определяются на базе теоретических расчетов, экспериментально установленных нормативных характеристик энергопотребляющих устройств и установок с учетом достигнутых прогрессивных показателей удельного расхода тепловой и электрической энергии и внедряемых мероприятий по их экономии.
Для обеспечения разработки норм расхода необходимо:
проводить энергетические испытания установок и устройств, по данным которых должны разрабатываться их энергетические балансы и нормативные характеристики;
осуществлять систематический контроль, учет и анализ эксплуатационных удельных расходов тепловой и электрической энергии и исключать из них нерациональные затраты энергии.
17.24. Опытный метод разработки индивидуальных норм расхода заключается в определении удельных затрат тепловой и электрической энергии по данным, полученным в результате испытаний (эксперимента). При этом оборудование должно быть в технически исправном состоянии и отлажено, а технологический процесс должен осуществляться в режимах, предусмотренных настоящим Руководством.
17.25. В тех случаях, когда не представляется возможным использовать для разработки норм расчетно-аналитический и опытный методы, применяется как исключение расчетно-статистический метод определения норм расхода на основе анализа статистических данных за ряд предшествующих лет о фактических удельных расходах тепловой и электрической энергии и факторах, влияющих на их изменение.
17.26 Основными исходными данными для определения норм расхода тепловой и электрической энергии являются:
первичная техническая и технологическая документация;
технологические параметры, приведенные в настоящем Руководстве, экспериментально проверенные энергозатраты при разных способах зимнего бетонирования;
паспортные данные установок и устройств, нормативные показатели, характеризующие наиболее рациональные и эффективные технологические параметры производства;
данные о плановых и фактических удельных расходах тепловой и электрической энергии за прошедшие годы, а также акты проверки использования их в производстве;
данные передового опыта строек по экономичному и рациональному использованию энергии и достигнутым удельным расходам;
план организационно-технических мероприятий по экономии энергии.
17.27. Учитывая, что научно обоснованные нормы расхода тепловой и электрической энергии на нагрев бетона при бетонировании конструкций и сооружений в зимних условиях разрабатываются впервые и в настоящее время отсутствует необходимая для этого информация, ориентировочные средневзвешенные нормы расхода энергоресурсов можно планировать по данным прил. 24.
17.28. Важнейшим критерием эффективности использования энергоресурсов при бетонировании конструкций и сооружений в зимних условиях является удельный их расход на 1 м3 бетона при условии сохранения оптимальных темпов строительства, качества бетона и расхода цемента.
При выборе способов зимнего бетонирования, разработке мероприятий по экономии энергоресурсов и их оценке следует руководствоваться тем, что удельные капиталовложения в добычу, переработку и транспортировку 1 т условного топлива составляют в среднем около 170 руб.
17.29. Организационно-технические мероприятия по экономии тепловой и электрической энергии разрабатываются на всех уровнях управления и планируются по следующим основным направлениям:
совершенствование технологии зимнего бетонирования;
улучшение использования и структуры технологического оборудования и устройств;
улучшение использования энергии;
повышение качества компонентов бетона и применение менее энергоемких их видов;
прочие мероприятия (организационные, экономические и др.).
17.30. Исходными данными для разработки планов организационно-технических мероприятий по экономии тепловой и электрической энергии в производстве являются:
задания по среднему снижению норм расхода тепловой и электрической энергии на планируемый период, установленные вышестоящей организацией;
программы по решению отраслевых научно-технических проблем и комплексному использованию природных ресурсов;
предложения об использовании в народном хозяйстве достижений научно-технического прогресса, результаты законченных научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ;
результаты анализа использования тепловой и электрической энергии в производстве за прошедшие годы;
рационализаторские предложения, а также результаты работы по экономии энергоресурсов, достигнутые передовыми стройками, участками, рабочими бригадами.
При разработке организационно-технических мероприятий по экономии тепловой и электрической энергии, включаемых в план, необходимо проводить оценку их экономической эффективности с целью выбора наилучшего варианта и установления целесообразности, а также очередности их внедрения в производство.
Руководство разработкой планов организационно-технических мероприятий по экономии и норм расхода энергоресурсов осуществляет главный инженер строительной организации, который несет персональную ответственность за их техническую обоснованность и внедрение.
17.31. Для контроля за выполнением норм расхода тепловой и электрической энергии на стройках и предприятиях должен быть организован учет их расхода с помощью приборов, установленных в соответствии с правилами технической эксплуатации.
В новых разработках в области зимнего бетонирования необходимо предусматривать в проектно-сметной документации приборы для учета расходования тепловой и электрической энергии.
17.32. В состав технологических карт и проектов производства работ по зимнему бетонированию должны включаться показатели удельного расхода тепловой и электрической энергии, а также обобщенные удельные энергозатраты на 1 м3 бетона.
18. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
18.1. При производстве бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.1.013-78, главы СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве», «Правил технической эксплуатации электроустановок», «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок», а также положений данного раздела.
18.2. При выполнении работ в условиях температуры воздуха ниже 0 °C необходимо предусматривать теплые помещения для обогрева рабочих.
Все рабочие должны быть обеспечены теплой одеждой, валенками и теплыми рукавицами.
18.3. Температура наружного воздуха и сила ветра, при которых необходимо прекращать работу вне помещений, а также продолжительность перерывов для обогрева рабочих устанавливаются областными (краевыми, городскими, поселковыми) Советами народных депутатов.
18.4. При разработке проектов складских помещений для хранения противоморозных добавок, узлов для приготовления водных растворов добавок и бетонных смесей с добавками необходимо соблюдать санитарные, противовзрывные и противопожарные нормы проектирования.
18.5. Кристаллический нитрит натрия способен поддерживать горение или вызывать воспламенение горючих веществ, в некоторых случаях — даже при трении и ударе. Совместное хранение нитрита натрия с другими солями, с легковоспламеняющимися газами и жидкостями, органическими веществами, горючими материалами, веществами на спиртовой основе, радиоактивными веществами, едкими, коррозионными и взрывчатыми веществами запрещается.
В складских помещениях не допускается курение, применение открытого огня, должны быть исключены короткие замыкания и искрение электрооборудования, необходимо наличие противопожарного водопровода и средств пожаротушения.
Жидкий нитрит натрия не огнеопасен, но пропитанные им и высушенные ткани, древесина и подобные материалы легко загораются и их тушение затруднено. Средства тушения — вода, песок, пена (огнетушители ОП-5 или ОП-7).
18.6. Мочевина огнеопасна, температурные вспышки 182 °C. В складах мочевины запрещается курение и применение открытого огня. Средства тушения — пена, водяной пар, азот, углекислота.
При хранении НКМ следует руководствоваться такими же правилами, как для мочевины.
18.7. Поташ, хлористые кальций и натрий, ННК, ННХК и СДБ непожароопасны, однако в помещениях для их хранения и приготовления концентрированных водных растворов запрещается курение и применение открытого огня.
18.8. Попадание противоморозных добавок или их растворов на кожу, в глаза, дыхательные пути и пищу приводит к поражениям кожного покрова или слизистой оболочки и может вызвать тяжелое заболевание.
В случае попадания на кожу раствора противоморозной добавки или бетонной смеси с противоморозной добавкой необходимо удалить оставшуюся на коже жидкость тампоном из сухой ваты, а затем промыть участок кожи теплой водой и мылом. В помещениях для складирования добавок и приготовления их водных растворов должны быть вывешены правила безопасности работы, а также правила оказания первой помощи пострадавшему.
18.9. В помещениях для хранения добавок, приготовления их водных растворов и бетонных смесей с добавками следует предусмотреть приточно-вытяжную вентиляцию, а при необходимости — местные отсосы. В случае применения добавок нитрита натрия, ННК, ННХК, НК, НКМ и поташа воздухообмен должен быть 10 — 15-кратным.
18.10. Рабочие, занятые приготовлением растворов добавок, должны работать в спецодежде из водоотталкивающей ткани, в очках, резиновых сапогах и резиновых перчатках. Работающие с кристаллическим нитритом натрия и поташем должны обеспечиваться противопыльным респиратором. Для работающих на погрузочно-разгрузочных работах с кристаллическим нитритом натрия, а также на приготовлении растворов нитрита натрия, ННК и ННХК должны быть предусмотрены специальные бытовые помещения со шкафчиками для рабочей и личной одежды, отделенными друг от друга.
18.11. Прием пищи в помещениях, в которых производится работа с добавками и их растворами, не допускается.
18.12. Не следует допускать к работе с нитритом натрия, НК, ННК, НКМ, ННХК и поташа и их водными растворами людей с повреждением кожного покрова (ссадины, ожоги и т.п.), раздражением век и глаз.
К работе с указанными добавками допускаются лица не моложе 18 лет.
18.13. Все рабочие и ИТР, занятые в помещениях для складирования добавок и приготовления их водных растворов, должны пройти медицинское освидетельствование и инструктаж по технике безопасности с последующей проверкой знаний.
18.14. Особенно ядовитым является нитрит натрия. Его попадание в организм вызывает тяжелые поражения (расширение кровеносных сосудов, образование в крови мета-гемоглобина), опасные для жизни. Характерные признаки отравления — слабость, тошнота, головокружение, снижение зрения, посинение кончиков пальцев и носа через 10 — 15 мин после попадания нитрита натрия в организм.
При отравлении нитритом натрия пострадавшего необходимо немедленно эвакуировать в ближайший пункт медицинской помощи либо вызвать машину скорой помощи. До ее прибытия следует оказать пострадавшему первую помощь.
18.15 При работе с нитритом натрия необходимо осуществлять следующие мероприятия:
а) склады для хранения кристаллического нитрита натрия следует размещать в отдельных зданиях, а концентрированного жидкого нитрита натрия — на огороженных площадках; вход посторонним на территорию складов запрещается;
б) на емкостях для хранения и переноски кристаллического нитрита натрия, приготовления, хранения и транспортирования его растворов должна быть предупредительная надпись «Яд!»;
в) приготовлять растворы нитрита натрия только в заводских условиях в специально приспособленном помещении, вход в которое посторонним должен быть запрещен;
г) приготовление растворов нитрита натрия должно быть механизировано и с минимальным количеством обслуживающего персонала;
д) подавать растворы нитрита натрия в расходные емкости и бетономешалки по трубопроводам; допускается перенос растворов вручную в пределах строительной площадки в закрывающихся бачках, заполненных не более чем на 3/4 их высоты;
е) не допускать слива растворов нитрита натрия в водоемы санитарно-бытового использования.
18.16. В растворах с кислой средой (PH < 7) нитрит натрия разлагается с выделением газообразных продуктов, в том числе отравляющих газов NO и NO2; предельно допустимая концентрация этих окислов азота в пересчете на NO2 в рабочей зоне 5 мг/м3. К разложению нитрита натрия может привести также смешивание его водных растворов с кислотами, с солями, имеющими кислую реакцию, в том числе с СДБ.
Практически полностью исключается образование отравляющих газов при приготовлении раствора NaNO2 + СДБ в случае соблюдения следующих правил: в емкость подается раствор нитрита натрия (даже подогретый до 60 — 70 °C), перемешивается с водой барботированием воздуха без подогрева, затем в емкость подается концентрированный раствор СДБ.
Добавка NaNO2 + СДБ безопасна для здоровья при ее подщелачивании раствором едкого натрия до pH >= 8.
В системе перекачивания растворов добавок необходимо обеспечить условия, исключающие случайное смешивание растворов нитрита натрия и СДБ.
Емкости перед заполнением раствора нитрита натрия необходимо тщательно промывать водой, а если в них хранились кислоты или продукты, имеющие кислую реакцию, то предварительно пропаривать.
18.17. Требования пп. 18.15 и 18.16 относятся также к работе с добавками ННК и ННХК. Добавка ННХК при длительном воздействии вызывает катар и изъязвление слизистой оболочки носа, иногда прободение носовой перегородки.
При первых признаках заболевания необходимо обращаться к врачу.
18.18. Попадание поташа в организм вызывает раздражение дыхательных путей, конъюнктивит, желудочно-кишечные заболевания, изъязвление слизистой оболочки носа.
При первых признаках указанных заболеваний следует обращаться к врачу.
18.19. НД, НКМ, ННК и ННХК вызывают покраснение, зуд и изъязвление кожи, поражают участки кожи, на которых имеются хотя бы незначительные ранки или царапины. Для предотвращения указанных поражений кожи необходимо применять защитные мази типа ХИОТ или другие жирные смазки.
18.20. Хлористые кальций и натрий, мочевина не токсичны, но при попадании растворов этих добавок на кожу необходимо промыть эти участки кожи.
18.21. При укладке бетонной смеси с противоморозными добавками необходимо особое внимание обращать на исправность электроинструмента и проводов ввиду повышенной электропроводности бетонов с добавками.
18.22. Рабочие и ИТР, занятые электротермообработкой бетона, должны пройти обучение безопасным методам работы и проверку знаний специальной комиссией с получением удостоверения о допуске к работам по электротермообработке бетона.
18.23. Электрики, обслуживающие электротермообработку бетона, должны иметь квалификационную группу по технике безопасности не ниже третьей.
18.24. Рабочие и ИТР, занятые вблизи участков, на которых производится электротермообработка бетона, должны быть предупреждены об опасности поражения электрическим током.
18.25. Вокруг участка, на котором производится электротермообработка бетона, необходимо устраивать временное ограждение, на котором устанавливаются сигнальные лампы красного цвета, загорающиеся при подаче напряжения на электроды или на электронагревательные устройства, а также вывешены предупредительные плакаты «Осторожно! Под напряжением!».
Высота ограждения должна быть не менее 1,5 м, а его расстояние до прогреваемой конструкции должно быть не менее 1,5 м при использовании напряжения до 127 В и не менее 3 м при использовании более 127 В.
Вход посторонним лицам на участок электротермообработки при включенном напряжении не разрешается.
18.26. Все токоведущие части оборудования (трансформаторов, распределительных щитов и т.п.) должны быть ограждены, случайное прикосновение к ним должно быть исключено. Рубильники должны иметь надежные кожухи. Возле трансформаторов, распределительных шкафов, софитов, рубильников необходимо уложить деревянные решетки, покрытые диэлектрическими резиновыми ковриками.
18.27. Нетоковедущие металлические элементы оборудования (корпусы трансформаторов, ограждения шкафов и щитов, кожухи рубильников и т.п.) должны быть надежно заземлены или занулены. При использовании нулевого провода в качестве рабочего для получения фазового напряжения, для зануления нетоковедущих элементов должен быть предусмотрен специальный второй нулевой провод. Использование для заземления подземных трубопроводов запрещается.
18.28. Электродный прогрев армированных конструкций следует производить при напряжении не более 127 В; электродный прогрев при напряжении до 220 В может быть допущен для армированных отдельно стоящих конструкций, не связанных общим армированием с соседними конструкциями, только на основе специально разработанного проекта производства работ.
Электродный прогрев неармированных бетонных конструкций, а также все другие методы электротермообработки армированных конструкций могут осуществляться в соответствии со специально составленной технологической картой при напряжении до 380 В при условии, если конструкция применяемых устройств исключает короткое замыкание на арматуру.
Применение для электротермообработки бетонных и железобетонных конструкций напряжения более 380 В не допускается.
18.29. Напряжение на электроды при предварительном электроразогреве бетонной смеси в кузове самосвала разрешается подавать после выхода водителя из кабины и закрывания ворот или шлагбаума в ограждении, а при предварительном электроразогреве в бадьях (бункерах) — после выхода за пределы ограждения рабочего, осуществляющего подключение силового кабеля и заземляющего провода, и закрывания калитки.
Ворота (шлагбаумы) и калитки в ограждении должны быть сблокированы с устройствами для подачи напряжения на электроды, чтобы силовая цепь размыкалась при открывании ворот, шлагбаума или калитки.
Бадьи (бункера) для предварительного электроразогрева бетонной смеси должны устанавливаться на деревянном настиле, изолированном от грунта двумя слоями листовой резины.
18.30. Незабетонированная арматура или арматурные выпуски на неогражденных участках, связанные с арматурой конструкции (захватки), на которой производится электродный прогрев, должны быть заземлены.
18.31. До начала электротермообработки бетона необходимо проверить коммутацию электродов или нагревательных устройств, состояние изоляции кабелей, проводов и контактов.
Подача напряжения на электроды разрешается после выхода всех людей за пределы ограждения.
18.32. Допускается бетонирование конструкций и измерение температуры бетона под напряжением не более 60 В при условии работы персонала в резиновой диэлектрической обуви (сапоги, галоши), диэлектрических рукавицах и наличии резиновых ручек на виброинструменте и лопатах. Квалификационная группа персонала должна быть не ниже второй. Выполнять работы следует под наблюдением электрика, который должен при необходимости немедленно отключить напряжение.
18.33. В процессе электротермообработки бетона электрик должен следить за состоянием кабелей, проводов, контактов, разъемов. В случае появления искрения в контактах, перегрева кабелей и проводов, интенсивного выхода пара из бетона, свидетельствующего о слишком малом расстоянии между разнофазными электродами или между электродами и арматурой, необходимо отключить напряжение и устранить неисправность.
18.34. Разрешается производить электромонтажные работы на участках электротермообработки, находящихся под напряжением, электрикам, имеющим квалификационную группу не ниже третьей, с применением специального инструмента и средств защиты.
18.35. В сырую погоду электротермообработку бетона следует производить с особой осторожностью с учетом возможности возникновения шагового напряжения.
18.36. Не реже 1 раза в месяц изоляцию проводов и кабелей, изоляцию от грунта бадей для предварительного электроразогрева бетонной смеси необходимо проверить с помощью мегомметра. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм.
18.37. Рабочие, занятые инфракрасным обогревом бетона с применением открытых высокотемпературных нагревателей, должны быть снабжены темными очками.
Конструкция установок для инфракрасного обогрева бетона должна исключать возможность случайного прикосновения к горячим излучателям и коробам.
Короба должны иметь двойные стенки с воздушной прослойкой или наружную теплоизоляцию из нескольких слоев асбестовой ткани или подобного материала.
18.38. При использовании ТАПП необходимо проверить исправность их электронагревателей при передаче смены — дежурными электриками и в середине смены — дежурным электриком в присутствии мастера.
18.39. Применяемые для паропрогрева бетона паропроводы должны иметь теплоизоляцию во избежание ожогов. Давление пара на выходе из паропровода не должно превышать 0,5 атм.
Исправление дефектов трубопровода разрешается только после отключения подачи пара.
18.40. В темное время суток участок, на котором производится выдерживание бетона с измерением температуры, должен быть хорошо освещен.
18.41. При поражении электрическим током пострадавшему должна быть немедленно оказана первая помощь, одновременно необходимо вызвать машину скорой медицинской помощи.
Вблизи участка электротермообработки бетона должны быть вывешены правила оказания первой помощи при поражении электрическим током, а также номера телефонов и адреса скорой медицинской помощи.
18.42. Вблизи участка электротермообработки не допускается хранение легковоспламеняющихся материалов.
18.43. В случае возникновения на участке электротермообработки пожара необходимо отключить напряжение и немедленно вызвать пожарную команду.
Тушение пожара следует производить с помощью огнетушителей и песка. При отключенном напряжении допускается тушение пламени водой.
Вблизи участка электрообработки должны быть размещены огнетушители, ящики с песком и лопаты, а также вывешены номера телефонов и адреса пожарных команд.
РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА НАРУЖНОГО ВОЗДУХА И СКОРОСТЬ ВЕТРА ДЛЯ ЗИМНЕГО ПЕРИОДА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПУНКТОВ ТЕРРИТОРИИ СССР ПО МЕСЯЦАМ
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ЦЕМЕНТА
Учет тепловыделения цемента при расчете остывания бетона по формуле (12) и при расчете потребной мощности на электротермообработку бетона в конструкции производится по полю удельных тепловыделений заданного вида цемента, которое строится по экспериментальным данным или по данным табл. 20. Для этого принятый температурный режим теплового воздействия разбивается на ряд небольших интервалов, в каждом из которых температура принимается постоянной, равной среднеарифметической от температур в начале и конце интервала. При соответствующей средней температуре на графике определяется величина удельного тепловыделения как разность в конце и начале интервала. Переход на следующий интервал осуществляется переносом начала отсчета параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой, соответствующей средней температуре в новом интервале. На рис. 75 приведен пример определения удельного тепловыделения для температурного режима:
-
подъем температуры от 30 до 70 °C за 4 ч (средняя температура 50 °C);
-
изотермическое выдерживание при температуре 70 °C в течение 5 ч;
-
остывание: от 70 до 50 °C в течение 2 ч (средняя температура 60 °C); от 50 до 30 °C в течение 3 ч (средняя температура 40 °C); от 30 до 10 °C в течение 6 ч (средняя температура 20 °C).
Рис. 75. Пример определения удельных тепловыделений цемента
ПРИМЕРЫ ПОДБОРА КОНСТРУКЦИИ ОПАЛУБКИ ПРИ ТЕРМОСНОМ ОСТЫВАНИИ БЕТОНА
1. Расчет по формуле Б.Г. Скрамтаева
Требуется подобрать конструкцию опалубки при условии, что бетон должен приобрести 70% прочности марочной в течение 6 сут остывания.
Исходные данные: железобетонный фундамент размером 1,2 x 1,5 x 2 м из бетона марки М 200, портландцемента марки 400 с расходом 300 кг/м3 бетонируется в условиях строительной площадки. Температура наружного воздуха минус 10 °C при скорости ветра 10 м/с. Температура бетона начальная tб.н = 25 °C.
Расчет производим следующим образом.
Определяем объем бетона в конструкции:
где h, B и L — соответственно толщина, высота и длина бетонируемой конструкции.
Определяем площадь поверхности охлаждения конструкции F:
F = 2(hB + BL + hL) = 2(2·1,2 + 1,2·1,5 + 2·1,5) = 14,4 м2.
Определяем модуль поверхности конструкции Mп:
M_{\text{п}} = \frac{F}{V} = \frac{14,4}{3,6} = 4\text{м}^{- 1}.
Согласно графику набора прочности бетоном (см. рис. 2, а), находим среднюю температуру твердения бетона tб.ср, равную 20 °C, при которой в течение приблизительно 6 сут бетон конструкции приобретает 70% прочности марочной.
Исходя из формулы Б.Г. Скрамтаева (12), определяем (ориентировочно) коэффициент теплопередачи опалубки K, принимая tб.к = 5 °C:
По табл. 21 ориентировочно назначаем конструкцию опалубки, состоящую из доски хвойных пород толщиной 25 мм, слоя толя толщиной 1 мм, слоя минеральной ваты объемной массой 150 кг/м3 (толщиной 50 мм) и слоя фанеры толщиной 4 мм.
Толщина слоя теплоизоляции в принятом типе опалубки (V) (табл. 21) соответствует коэффициенту теплопередачи при скорости ветра 10 м/с 
, а по расчету требуется, чтобы K был равен 2,05 Вт/(м2·°C).
В связи с тем что полученный коэффициент теплопередачи опалубки отличается от табличного, рассчитываем требуемую толщину слоя теплоизоляции (ваты минеральной).
Для этого определяем теплопроводность материалов, составляющих конструкцию опалубки, зависящую от изменения температуры материалов.
Температура на наружной поверхности опалубки tв равна минус 10 °C.
Расчетную температуру нагрева опалубки t_{\text{оп}}^{\text{р}} определяем как среднеарифметическое значение температуры наружного воздуха и начальной температуры бетона:
t_{\text{оп}}^{\text{р}} = \frac{t_{\text{б}.\text{н}} + t_{\text{в}}}{2} = \frac{25 + (- 10)}{2} = 7,5^{\circ}\text{С}.
Согласно эмпирической формуле О.Е. Власова, теплопроводность материалов \lambda_{t} , составляющих конструкцию опалубки, нагретых до t_{\text{оп}}^{\text{р}} , определяют по формуле
\lambda_{t} = \lambda_{0}(1 + 0,0025t_{\text{оп}}^{\text{р}}),
где \lambda_{0} — коэффициент теплопроводности материалов опалубки при 0 °C, принимаемый по табл. 22.
Для доски из хвойных пород (поперек волокон)
для ваты минеральной объемной массой \gamma = 150\text{кг}/\text{м}^{3}
Ввиду незначительной величины прироста коэффициентов теплопроводности материалов опалубки [менее 0,01 Вт/(м·°C)] за счет повышения их температуры в практических расчетах ими можно пренебречь.
Толщину теплоизоляционного слоя \delta_{\text{из}} определяют исходя из формулы (13) без учета теплоотдачи опалубки конвекцией и излучением:
В итоге установлено, что конструкция опалубки должна состоять из сосновой доски толщиной 25 мм, одного слоя толя толщиной 1 мм, слоя минеральной ваты толщиной 17 мм и фанеры толщиной 4 мм.
2. Расчет с использованием таблиц основных параметров выдерживания бетона.
1. Определяем принципиальную возможность выдерживания бетона марки М 300 на шлакопортландцементе марки 400 (расход цемента 400 кг/м3) при температуре наружного воздуха -30 °C в конструкции колонны с металлической обечайкой диаметром 1 м, высотой 5 м. Температура уложенной бетонной смеси может быть обеспечена равной 25 °C.
Определяем модуль поверхности:
M_{\text{п}} = \frac{4}{d} + \frac{2}{h} = \frac{4}{1} + \frac{2}{5} = 4,4\text{м}^{- 1}.
Для получения 40, 70 и 100% от R28 по табл. 18, 18а, 18б при Mп = 4 соответственно имеем:
| Rт40 = 0,53 м2·град/Вт; | \tau_{40} = 77\text{ч}; |
|---|---|
| Rт70 = 1 м2·град/Вт; | \tau_{70} = 144\text{ч}; |
| Rт100 = 2,53 м2·град/Вт; | \tau_{100} = 391\text{ч}. |
Для изоляции типа шлаковата толщины слоев составят:
\delta_{40} = R_{\text{т}40}\lambda_{\text{ш}} = 0,53 \cdot 0,058 = 0,0308\text{м};
\delta_{70} = R_{\text{т}70}\lambda_{\text{ш}} = 1,0 \cdot 0,058 = 0,058\text{м};
\delta_{100} = R_{\text{т}100}\lambda_{\text{ш}} = 2,53 \cdot 0,58 = 0,147\text{м}.
Из анализа полученных величин следует, что термосный метод при заданных условиях может быть рекомендован для получения 40%- и 70%-ной прочности от марки.
2. Какую прочность и в какие сроки можно получить при термосном выдерживании бетона марки М 200 на портландцементе марки 400 при следующих условиях:
конструкция — колонна 0,354 x 0,354 x 3 м;
район строительства — г. Владивосток;
период строительства — ноябрь месяц.
а) Определяем модуль поверхности:
M_{\text{п}} = \frac{4}{0,34} = 11,8.
б) Расчетная температура наружного воздуха по прил. 1 составит -10 °C.
в) Для портландцемента марки 400 по табл. 17 и 17а при Mп = 10 и расходе цемента 226 кг/м3 (в запас прочности) для получения 40% от R28:
Rт40 = 0,62 м2·град/Вт; tб.н = +7 °C; \tau_{40} = 49\text{ч}
Rт40 = 0,73 м2·град/Вт; tб.н = +12 °C; \tau_{40} = 40\text{ч}.
Rт70 = 1,48 м2·град/Вт; tб.н = +5 °C; \tau_{70} = 125\text{ч}.
Выдерживание при заданных условиях до получения 100% от R28 не рекомендуется.
г) Перерасчет полученных значений термосопротивлений на условные толщины изоляции (например, шлаковаты):
\delta_{40} = 0,73 \cdot 0,58 = 0,0424\text{м}; \delta_{40} = 0,62 \cdot 0,058 = 0,036\text{м};
\delta_{70} = 1,48 \cdot 0,058 = 0,086\text{м}
показывает реальную возможность осуществления этих режимов выдерживания.
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОСНОГО ОСТЫВАНИЯ МОНОЛИТНОЙ БЕТОННОЙ ПЛИТЫ, БЕТОНИРУЕМОЙ НА МЕРЗЛОМ ОСНОВАНИИ
Определить тепловые параметры бетонирования методом термоса монолитной бетонной плиты толщиной 0,2 м при следующих исходных данных:
требуемая прочность бетона Rо = 50% R28;
весовая влажность грунта W = 5%;
температура грунта tг = -10 °C;
начальная температура бетонной смеси после укладки в конструкцию tб.н = 20 °C;
температура воздуха tв = -15 °C.
По графику рис. 6 при наборе бетоном плиты прочности до замерзания Rб = 50% R28 при ее бетонировании на мерзлом грунтовом основании с влажностью W = 5% определяем термическое сопротивление тепловой изоляции и максимальную глубину протаивания грунта под подошвой плиты.
Из точки на оси ординат, соответствующей температуре грунта tг = -10 °C, восстанавливаем перпендикуляр влево и вправо от оси до пересечения с кривой, соответствующей начальной температуре бетонной смеси после укладки tб.н = 20 °C.
Находим абсциссу полученной в правой части графика точки пересечения, соответствующей требуемой величине термического сопротивления изоляции R = 2,42 м2·°C/Вт при температуре воздуха, равной температуре грунта tв = tг = -10 °C.
По абсциссе точки пересечения, полученной в левой части графика, определяется максимальная глубина протаивания грунта под подошвой плиты h = 0,2 м.
Время остывания \tau_{\text{ост}} и средняя температура бетона tб за это время находится по графику на рис. 7. Для этого восстанавливают перпендикуляр к оси абсцисс из точки, соответствующей начальной температуре уложенного бетона tб.н = 20 °C, до пересечения с кривыми времени остывания бетона до замерзания \tau_{\text{ост}} и средней температуры бетона за это время tб. По ординате соответствующих точек определяются \tau_{\text{ост}} = 260c , tб = 2 °C.
Необходимое термическое сопротивление тепловой изоляции (R') при заданной температуре воздуха tв = -15 °C определяется по формуле (16):
Толщина теплового ограждения d [(при использовании в качестве утеплителя пенопласт плиточный с коэффициентом теплопроводности 
из табл. 19)] определяется по формуле
d = R\prime\lambda = 3,42 \cdot 0,041 = 0,139\text{м } \approx 14\text{см}.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДОБАВОК НА БЕТОН
Из цементно-песчаного раствора с максимальным, средним и минимальным количеством добавки (по табл. 34), выбранной к производству работ, изготовляют не менее трех серий образцов-балочек по ГОСТ 310.4-76 с каждой дозировкой добавки. Поверхность образцов плотно закрывают полиэтиленовой пленкой, и их помещают в среду с расчетной отрицательной температурой твердения бетона до получения прочности 20 — 30% марочной, определяемой по тому же ГОСТу. Для этих определений используют не менее двух серий образцов с каждой дозировкой добавки, а образцы испытывают после их выдерживания в течение 1 — 2 ч при температуре 20 +/- 5 °C.
По одной серии образцов, достигших указанной прочности, распалубливают и подвергают попеременному нагреванию и охлаждению в воздушных условиях. Нагревание производят до температуры 15 (+/- 5) °C, а охлаждение — до температуры минус 15 (+/- 5) °C при скорости изменения температуры 3 — 5 °C в час.
Отсутствие признаков разрушения образцов (растрескивание, шелушение граней, выкрошивание ребер, увеличение объема) после 50 циклов нагревания-охлаждения свидетельствует о возможности применения испытуемого количества добавки в бетоне на данном цементе.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ БЕТОНА
Из бетонной смеси с максимальным, средним и минимальным количеством добавки (по табл. 34), выбранной для производства работ, изготовляют серию из трех контрольных образцов-призм по ГОСТ 10180-78, которые после выдерживания при отрицательной температуре в течение 7 сут и 7 сут в нормальных условиях погружают на 3 — 5 см в ванну с водой. Поверхность образцов, расположенную над водой, обдувают воздухом с температурой 20 +/- 5 °C не менее 3 ч ежедневно в течение 7 сут.
Наличие высолов на открытой поверхности образцов отмечают визуально по появлению выцветов или налету соли, отсутствие которых свидетельствует о возможности применения испытуемой дозировки добавки в бетоне, когда не допускается образование высолов.
Предотвратить появление высолов можно уменьшением добавки или совместным применением с противоморозной добавкой воздухововлекающей или газообразующей добавки СНВ, СПД, ГКЖ-94, ПГЭН.
Удалить появляющиеся на поверхности затвердевшего бетона высолы можно путем 2 — 3-кратной поверхностной обработки конструкции 5 — 10% водным раствором добавки СДБ или эмульсии ГКЖ-94. Перед обработкой с поверхности бетона следует горячей водой удалить появившиеся высолы и подсушить ее в течение 1 — 2 ч при температуре 40 — 50 °C обдувкой горячим воздухом.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА, РАСЧЕТ УТЕПЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ
Пример 1. Необходимо определить расчетную температуру твердения бетона марки М 300, приготовленного на гранитном щебне и портландцементе марки М 400 с расходом 350 кг/м3, если средняя температура воздуха в текущей декаде по данным месячного прогноза ожидается минус 21 °C, а скорость ветра 4 м/с. В качестве противоморозной добавки выбран нитрит натрия. Конструкцию с модулем поверхности 6 м-1 намечается возводить в опалубке типа 6 (по табл. 18), а температура бетонной смеси после уплотнения будет около 10 °C.
Согласно п. 1.5 критическая прочность для бетона марки М 300 составляет 25%. Тогда, подставляя известные из условия задачи величины в формулы (7) и (17) и принимая tб.к = -15 °C согласно п. 6.6 а, находим:
t_{\text{б}.\text{ср}}^{- 15} = - 15 + \frac{10 + 15}{1,03 + 0,181 \cdot 6 + 0,006(10 + 15)} = - 4^{\circ}\text{С};
По имеющимся экспериментальным данным, по интенсивности твердения бетона на применяемом на объекте строительства цементе, приведенным на рис. 76, находим, что при средней температуре твердения минус 4 °C за 9,3 сут бетон приобретет прочность около 40% марочной.
Рис. 76. Нарастание прочности бетона с добавкой НН при 10 °C (1), 5 °C (2), 0 °C (3), -5 °C (4), -10 °C (5) и -15 °C (6)
Тогда уточненное время остывания бетона составит
\tau_{40}^{- 15} = \frac{62820 + 1641,5 \cdot 40}{11192,3} = 11,5\text{сут}.
За 11,5 сут, как это следует из рис. 76, бетон приобретает не 40, а 45% марочной прочности. Тогда уточненное еще раз время остывания бетона до -15 °C составит
\tau_{45}^{- 15} = \frac{62820 + 1641,5 \cdot 45}{11192,3} = 12,2\text{сут}.
Принимая R = 50% из-за несоответствия полученной по предыдущему расчету прочности с опытными данными, находим:
\tau_{50}^{- 15} = \frac{62820 + 1641,5 \cdot 50}{11192,3} = 12,9\text{сут}.
Сопоставляя эти расчетные данные с экспериментальными (по рис. 76), находим, что за 12,9 сут твердения при температуре минус 4 °C бетон действительно набирает прочность в размере 50% марочной.
Для установления времени набора бетоном критической (или иной) прочности при остывании его до более высоких температур выполняются расчеты времени охлаждения бетона до -10; -5; 0 и 5 °C, сопоставляя каждый раз расчетные данные с опытными. Находим:
t_{\text{б}.\text{ср}}^{- 10} = - 1^{\circ}\text{С}
\tau_{25}^{- 10} = 6,7\text{сут},
\tau_{40}^{- 10} = 8,5\text{сут},
\tau_{45}^{- 10} = 9\text{сут};
t_{\text{б}.\text{ср}}^{- 5} = 1,8^{\circ}\text{С}
\tau_{25}^{- 5} = 4,9\text{сут},
\tau_{40}^{- 5} = 6,3\text{сут},
\tau_{45}^{- 5} = 6,7\text{сут};
t_{\text{б}.\text{ср}}^{0} = 4,6^{\circ}\text{С}
\tau_{25}^{0} = 3,4\text{сут},
\tau_{35}^{0} = 4,2\text{сут},
\tau_{40}^{0} = 4,6\text{сут};
t_{\text{б}.\text{ср}}^{5} = 7,3^{\circ}\text{С}
\tau_{25}^{5} = 2,3\text{сут},
\tau_{30}^{5} = 2,6\text{сут},
\tau_{35}^{5} = 2,9\text{сут}.
Из результатов расчетов, приведенных на рис. 77, следует, что в данном случае за расчетную температуру твердения бетона может быть принята температура минус 5, 10 или минус 15 °C, поскольку бетон набирает критическую прочность при остывании примерно до -2,5 °C.
Рис. 77. Нарастание прочности (1) и изменение температуры (2) в процессе выдерживания бетона с добавкой НН
Какую из указанных температур принять за расчетную с введением в состав бетонной смеси добавки нитрита натрия соответственно в количестве 4 — 6, 6 — 8 или 8 — 10% массы цемента в зависимости от его минералогического состава, необходимо решить применительно к конкретным условиям производства исходя из нарастания прочности бетона и удорожания его стоимости с увеличением количества вводимой добавки.
При расчетной температуре -5 °C до замерзания бетон наберет прочность порядка 43% марочной. В дальнейшем она будет заметно увеличиваться при оттаивании бетона до температуры -5 °C и выше. При расчетной температуре -10 °C к моменту замерзания бетон приобретет около 45% марочной прочности и будет твердеть при оттаивании до -10 °C и выше, а прочность бетона к моменту замерзания при расчетной температуре -15 °C составит порядка 50% марочной с последующим заметным ее приростом с повышением температуры выше расчетной.
Однако при расчетной температуре -5 °C расход добавки на 1 м3 бетона составит в среднем 7 кг при удорожании его стоимости за счет этого на 0,9 руб., в то время как при расчетной температуре -15 °C расход добавки и удорожание бетона составят уже соответственно 21 кг и 2,7 руб.
Распалубливание конструкции в данном случае может производиться через 1,5 сут независимо от количества вводимой добавки, так как ко времени набора бетоном критической прочности он охладится примерно до -2,5 °C. Однако в случае распалубливания конструкции по достижении бетоном критической прочности время его остывания до -10, -15 °C не будет соответствовать установленному ранее расчетами из-за изменения величины K. Для его определения необходимо выполнить расчеты, учитывающие изменение коэффициента теплопередачи, используя описанный метод расчета.
Пример 2. Необходимо определить расчетную температуру твердения бетона при возведении конструкции с модулем поверхности 10 м-1 при остальных условиях, соответствующих указанным в примере 1 данного приложения.
Принимая tб.к = -15 °C, находим:
t_{\text{б}.\text{ср}}^{- 15} = - 15 + \frac{10 + 15}{1,03 + 0,181 \cdot 10 + 0,006(10 + 15)} = - 6,6^{\circ}\text{С};
\tau_{25}^{- 15} = \frac{2400 \cdot 1,047(10 + 15) + 0,014 \cdot 350 \cdot 335 \cdot 25}{86,4 \cdot 1,27 \cdot 10(- 6,6 + 21)} = 6,6\text{сут}.
Сопоставляя расчетные данные с экспериментальными (по рис. 76), находим, что за 6,6 сут твердения при температуре -6,6 °C бетон действительно набирает прочность в размере 25% марочной.
Следовательно, в данном случае за расчетную температуру твердения бетона следует принять -15 °C, а в состав бетонной смеси ввести добавку нитрита натрия в количестве 8 — 10% массы цемента в зависимости от минералогического состава последнего.
Уложенный бетон к моменту остывания до -15 °C (через 6,6 сут) приобретает критическую прочность и в последующем будет заметно увеличивать свою прочность при температуре -15 °C и выше.
Пример 3. Для условий, идентичных указанным в примере 1, необходимо определить расчетную температуру твердения бетона при возведении конструкции с модулем поверхности 14 м-1.
Принимая tб.к = -15 °C, находим:
t_{\text{ср}}^{- 15} = - 15 + \frac{10 + 15}{1,03 + 0,181 \cdot 14 + 0,006(10 + 15)} = - 8,3^{\circ}\text{С};
\tau_{25}^{- 15} = \frac{2400 \cdot 1,047(10 + 15) + 0,014 \cdot 350 \cdot 335 \cdot 25}{86,4 \cdot 1,27 \cdot 14(- 8,3 + 21)} = 5,3\text{сут}.
По рис. 76 находим, что за 5,3 сут твердения при температуре -8,3 °C бетон приобретет прочность порядка 15% марочной, т.е. меньше критической.
Чтобы получить критическую прочность бетона к моменту остывания его до -15 °C, конструкцию необходимо дополнительно утеплить, тем самым увеличить время остывания бетона до расчетной температуры -15 °C, чтобы к моменту остывания бетон успел набрать критическую прочность.
По рис. 76 находим, что при температуре твердения -8,3 °C бетон может приобрести критическую прочность (25% марочной) за 8 сут. Чтобы время охлаждения до -15 °C составило 8 сут, бетон необходимо выдерживать в опалубке с
K = \frac{2400 \cdot 1,047(10 + 15) + 0,014 \cdot 350 \cdot 335 \cdot 25}{86,4 \cdot 8 \cdot 14(- 8,3 + 21)} = 0,85.
При необходимости получения критической прочности в более короткие сроки расчет следует производить при более высоких значениях температуры tб.к и в соответствии с нею назначать количество добавки в бетон.
Например, если принять tб.к = -10 °C (с введением в бетон 6 — 8% нитрита натрия от массы цемента в зависимости от его минералогического состава), то
t_{\text{б}.\text{ср}}^{- 10} = - 10 + \frac{10 + 10}{1,03 + 0,181 \cdot 14 + 0,006(10 + 10)} = - 4,6^{\circ}\text{С}.
По рис. 76 находим, что при температуре твердения -4,6 °C бетон может приобрести критическую прочность за 5,4 сут, а чтобы остывание бетона до -10 °C продолжалось в течение этого времени, бетон необходимо выдерживать в опалубке, имеющей
K = \frac{2400 \cdot 1,047(10 + 10) + 0,013 \cdot 350 \cdot 335 \cdot 25}{86,4 \cdot 5,4 \cdot 14(- 4,6 + 21)} = 0,82.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
Заполнители, содержащие аморфный кремнезем (опал, халцедон, обсидиан и др.), при взаимодействии с щелочами, образующимися в жидкой фазе бетона с добавками поташа, нитрита натрия и хлористого натрия, могут привести к значительным внутренним напряжениям в бетоне, вплоть до его разрушения.
Существуют три метода определения реакционной способности заполнителя: петрографический, химический и метод измерения деформаций. Определения реакционной способности заполнителей по первым двум методам должны выполняться специализированными организациями и лабораториями по методикам, изложенным в ГОСТ 8735-75.
Определение реакционной способности заполнителей по методу, который является основным для окончательного заключения о реакционной способности горных пород и заполнителей для бетона, должна производить строительная лаборатория по приводимой ниже методике.
Испытанию методом измерения деформаций подвергаются горные породы и заполнители для бетона в том случае, если величина растворенного кремнезема, полученная химическим методом, превышает 50 моль/л.
Для этих определений навеску пробы песка берут с таким расчетом, чтобы после рассева на стандартных ситах получить не менее 0,2 кг каждой фракции. Из щебня (гравия) отбирают среднюю пробу в соответствии с табл. 78.
| Крупность щебня (гравия), мм | Масса пробы, кг, не менее | Крупность щебня (гравия), мм | Масса пробы, кг, не менее |
|---|---|---|---|
| 10 | 5 | 40 | 20 |
| 20 | 10 | 70 | 30 |
Пробу измельчают до крупности не менее 5 мм и рассеивают на стандартных ситах. Из остатков берут по 200 г каждой фракции и смешивают в пробу для испытаний общей массой 1 кг.
При испытании песка подготовка пробы производится аналогичным способом, но без предварительного размельчения.
Испытание проводят на образцах цементного раствора состава 1:2 по массе при В/Ц = 0,5. В случае водоотделения допускается уменьшение значения водоцементного отношения до 0,47. При этом растекаемость раствора должна составлять 110 — 120 мм при испытании на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-76 после десяти встряхиваний.
Для приготовления образцов цементно-песчаного раствора используют портландцемент с содержанием щелочей в пересчете на Na2O не менее 1,5%. При меньшем содержании щелочей в цементе их количество увеличивают искусственно путем введения в воду затворения едкого натра (NaOH) с пересчетом его количества на Na2O. Содержание C3A в портландцементе не должно превышать 10%.
Для каждого испытания изготовляют четыре образца с эффективной длиной (расстояние между торцовыми поверхностями упоров) от 220 до 250 мм. Перед укладкой раствора формы покрывают тонким слоем минерального масла. После смазки устанавливают упоры из нержавеющей стали так, чтобы предупредить попадание масла на поверхность упора, и закрепляют их стопорными винтами.
Для предупреждения вытекания раствора сопряжения поддона формы и боковых стенок должны быть покрыты смесью парафина и канифоли, взятых в массовом отношении 3:5, предварительно подогретых до температуры 110 — 120 °C.
Раствор перемешивают путем непрерывного растирания и перелопачивания смеси. Чаша при приготовлении раствора заполняется в следующем порядке: 210 см3 воды и 0,5 кг цемента перемешивают 30 с, добавляют половину заполнителя и перемешивают еще 30 с, затем добавляют вторую половину заполнителя и перемешивают 1,5 мин.
Сразу после перемешивания форму заполняют раствором за два приема, тщательно трамбуют в углах и вокруг упоров. Затем раствор уплотняют на встряхивающем столике путем 30-кратного встряхивания, поверхность образца выравнивают со стенками формы и форму помещают в камеру с относительной влажностью воздуха не менее 95%.
Степень развития коррозионного взаимодействия оценивают по относительным линейным деформациям расширения образцов в процессе твердения во влажностных условиях при температуре 38 +/- 1 °C.
Образцы в камере устанавливают в вертикальном положении над водой таким образом, чтобы вес образца не передавался на упор. За 2 — 4 ч перед очередным замером образцы извлекают из камеры и охлаждают до температуры 20 +/- 2 °C.
Замер деформаций осуществляют на консольном приборе с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм.
При помощи эталона проверяют правильность установки индикатора и устанавливают начало отсчета. Образец на консольном приборе прокручивают вокруг продольной оси до тех пор, пока стрелка индикатора не примет фиксированного положения.
Величину относительного линейного расширения подсчитывают как среднее арифметическое по четырем образцам.
Если значение относительной деформации расширения превышает 0,1% при испытании в течение 1 года, заполнитель следует считать реакционноспособным.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И РАСЧЕТЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ ДОБАВОК
Добавка со склада 1 (рис. 78) через дозатор 4 подается в приготовительную емкость 8 или 9. В нее через дозатор 7 подается необходимое количество воды.
Рис. 78. Схема технологического процесса при предварительном приготовлении раствора добавки рабочей концентрации
1, 2, 3 — склады; 4 — 7 - дозаторы; 8, 9 — приготовительные емкости; 10 — расходная емкость; 11 — датчики уровня; 12, 13 — дозаторы воды; 14, 15 — бетоносмесители
Приготовительные емкости должны быть оборудованы системой трубопроводов для перемешивания сжатым воздухом, а при необходимости — и паровыми регистрами для подогрева.
При введении в бетон двух или трех добавок вторая и третья добавки со складов 2 и 3 через дозаторы 5 и 6 подаются <1> в приготовительную емкость 8 и 9. Из приготовительной емкости раствор рабочей концентрации подается в расходную емкость 10, а из нее через дозаторы воды 12 и 13 — в бетоносмесители 14 и 15. В расходной емкости целесообразно установить датчики уровня 11 с соответствующей автоматикой.
<1> Для подачи растворов ХН и ХК насос и трубопроводы целесообразно применять из химически стойких материалов. Введение добавки нитрита натрия в количестве 20 — 30% значительно уменьшает коррозию оборудования и трубопроводов под воздействием хлористых солей.
При работе узла по этой схеме особое внимание следует уделять правильности дозирования компонентов в приготовительной емкости, по возможности определять плотность приготовленного раствора после подачи в емкость каждой добавки.
В качестве дозаторов 4, 5 и 6 при применении добавок в виде твердых или пастообразных продуктов необходимо использовать весы с соответствующим пределом взвешивания, а при применении добавок в виде жидких продуктов — дозаторы для воды или точно оттарированные емкости.
Для получения раствора добавки требуемой концентрации из твердого или пастообразного продукта последний растворяется из расчета содержания сухого вещества на 1 л воды (табл. 79). При приготовлении растворов, состоящих из буры и поташа, а также мочевины и нитрата кальция, необходимо сначала приготовить раствор поташа или нитрата кальция, а затем добавлять буру или мочевину.
При приготовлении раствора добавок из жидких продуктов Р, л, необходимое количество последних для заправки одной приготовительной емкости определяется по формуле
\text{Р } = \frac{Q\text{ЦС}}{100\text{ВД}} , (136)
где Q — объем приготовляемого раствора, л;
Ц — расход цемента на 1 м3 бетона, кг;
С — дозировка добавки, % от массы цемента;
В — расход воды на 1 м3 бетона, л;
Д — содержание безводного вещества добавки в 1 л продукта, кг (находится по таблицам прил. 10).
Необходимое количество воды Ф, л, для заправки одной приготовительной емкости определяется по формуле
Плотность раствора затворения d, г/см3, определяется по формуле
d = \frac{P\text{У } + \text{Ф}}{Q} , (138)
где У — плотность жидкого продукта, г/см3.
Расход раствора A, л, рабочей концентрации на 1 м3 бетона определяется по формуле
A = \frac{100B + \text{ЦС}}{100d} . (139)
Пример. Необходимо приготовить 1000 кг раствора рабочей концентрации для затворения бетона с расходом цемента 320 кг/м3, воды 160 л с добавкой 0,005% СНВ + 0,5% СДБ + 8% П.
Исходные продукты: КБЖ (50%), СНВ и П в виде твердых продуктов.
Расходы СДБ, СНВ и П составят соответственно:
\frac{1000 \cdot 320 \cdot 0,5}{100 \cdot 160 \cdot 0,635} = 15,8\text{л};
\frac{320 \cdot 0,005}{100} = 0,016\text{кг};
\frac{320 \cdot 8}{100} = 25,6\text{кг}.
По формулам (137) и (138) находим:
d = \frac{15,8 \cdot 1,266 + 0,016 + 25,6 + 984,2 \cdot 1}{1000} = 1,03\text{г}/\text{см}^{3}.
Таким образом, для приготовления раствора в приготовительной емкости необходимо смешать 0,016 кг СНВ, 25,6 кг П, 15,8 л раствора СДБ и 984,2 л воды. Расход этого раствора на 1 м3 бетона составит
\text{А } = \frac{100 \cdot 160 + 320 \cdot 0,005 + 320 \cdot 0,5 + 320 \cdot 8}{100 \cdot 1,03} = 181,8\text{л}
Добавка со склада 1 (рис. 79) через дозатор 2 подается в приготовительную емкость 3, оборудованную системой трубопроводов для перемешивания раствора сжатым воздухом, автоматической системой поддерживания температуры с точностью +/- 2 °C при помощи паровых регистров и датчика температуры 4. Через дозатор 5 в емкость подается вода.
Рис. 79. Схема технологического процесса при приготовлении раствора добавки рабочей концентрации в дозаторе воды
1, 6 — склады; 2, 5, 7 — дозаторы; 3, 8 — приготовительные емкости; 4 — паровые регистры и датчики температуры; 9, 10 — расходные емкости; 11 — датчики уровня; 12, 13 — жидкостные дозаторы добавок; 14, 15 — дозаторы воды; 16, 17 — бетоносмесители
В случае применения второй добавки она со склада 6 через дозатор 7 подается в приготовительную емкость 8, оборудованную подобно емкости 3. Вода в эту емкость подается через дозатор 5.
Из приготовительных емкостей 3 и 8 растворы подаются в соответствующие расходные емкости 9 и 10, в которых целесообразно установить датчики уровня 11 с соответствующей автоматикой.
Из расходных емкостей 9 и 10 растворы повышенной концентрации через жидкостные дозаторы добавок 12 и 13 подаются в дозаторы воды 14 и 15. В последние вода подается из расчета получения в них растворов рабочей концентрации, которые и поступают затем в бетоносмесители 16 и 17.
При работе по этой схеме в приготовительные емкости раствор воздухововлекающей добавки (СНВ, СПД) рекомендуется готовить 3%-ной концентрации, пластифицирующей добавки (СДБ, ПАЩ-1) — 10%-ной концентрации, а противоморозной добавки — 20 — 30%-ной концентрации.
При приготовлении растворов, состоящих из буры и поташа, а также мочевины и нитрата кальция, необходимо сначала приготовлять раствор поташа или нитрата кальция, а затем в приготовленный раствор добавлять буру или мочевину.
Растворы добавок из твердых или пастообразных продуктов приготовляются из расчета содержания сухого вещества на 1 л воды (см. табл. прил. 10). После полного растворения проверяется плотность раствора и доводится до заданной добавлением продукта или воды.
Необходимое количество добавки в виде жидкого продукта Р, л, для заправки приготовительной емкости определяется по формуле
P = \frac{Q\text{Д}_{1}}{\text{Д}} , (140)
где Q — объем приготовляемого раствора, л;
Д1 — содержание безводного вещества добавки в 1 л раствора требуемой концентрации, кг (определяется по таблицам прил. 10);
Д — то же, в 1 л жидкого продукта.
Необходимое количество воды Ф, л, для заправки приготовительной емкости определяется по формуле (137).
Расход приготовительного раствора A, л, на 1 м3 бетона определяется по формуле
A\prime = \frac{C\text{Ц}}{Kd} , (141)
где С — дозировка добавки, % массы цемента;
Ц — расход цемента на 1 м3, кг;
K — концентрация приготовленного раствора, %;
d — плотность приготовленного раствора, г/см3.
Недостающее количество воды Н, л, определяется по формуле
где В — расход воды на 1 м3, л.
Пример. Требуется определить расход 5%-ного раствора СНВ, 10%-ного раствора СДБ и 30%-ного раствора поташа для затворения бетона с расходом цемента 320 кг/м3, воды 160 л с добавкой 0,01% СНВ + 1% СДБ + 6% П.
Плотность имеющихся растворов СНВ, СДБ и П составляет соответственно 1,015; 1,043 и 1,298 г/см3 (см. табл. прил. 10).
Тогда по формулам (141) и (142) находим:
A_{\text{С}}\prime_{\text{НВ}} = \frac{0,01 \cdot 320}{5 \cdot 1,015} = 0,6\text{л};
A_{\text{С}}\prime_{\text{ДБ}} = \frac{1 \cdot 320}{10 \cdot 1,043} = 30,7\text{л};
A_{\text{П}}\prime = \frac{6 \cdot 320}{30 \cdot 1,298} = 49,3\text{л};
Н = 160 — 0,6 — 30,7 — 49,3 = 79,4 л.
Таким образом, в дозатор воды необходимо подавать 0,6 л (0,6·1,015 = 0,6 кг) 5%-ного раствора СНВ, 30,7 л (30,7·1,043 = 32 кг) 10%-ного раствора СДБ, 49,3 л (49,3·1,298 = 64 кг) 30%-ного раствора П и 79,4 л (79,4·1 = 79,4 кг) воды.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДОБАВОК
Показатели водных растворов противоморозных добавок
Примечание. При необходимости учет плотности раствора и количества содержащейся в нем соли при температурах, отличающихся от 20 °C, производится по формулам:
dt = d20 — A(t — 20); mt = m20dt:d20,
где dt — плотность раствора при требуемой температуре;
d20 — плотность раствора при 20 °C;
A — температурный коэффициент плотности;
mt — содержание соли в 1 л раствора при требуемой температуре, кг;
Показатели водных растворов добавок замедлителей схватывания, ускорителей твердения, пластифицирующих и воздухововлекающих
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ, РАЗОГРЕТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Подвижность бетонной смеси, разогретой электрическим током, определяется на вибровискозиметре, который представляет собой короб с внутренними размерами 200 x 200 x 200 мм (рис. 80). Его днище и две противоположные стенки изготовляются из токонепроводящего материала — текстолита, гетинакса и т.п. Две другие стенки выполняются из стали и используются в качестве пластинчатых электродов. На их внутренних поверхностях предусмотрены вертикальные пазы, в которых свободно перемещается перегородка, изготовленная также из токонепроводящего материала. В пазах стенок-электродов устроены сквозные отверстия с резьбой для винтов, которые могут фиксировать перегородку в любом положении по высоте. Боковые поверхности и днище короба утеплены, например дощечками толщиной 25 мм.
Рис. 80. Вибровискозиметр для определения виброобрабатываемости и удельного электрического сопротивления бетонной смеси при электроразогреве
1, 2, 5 — соответственно стенка, перегородка и поддон из токонепроводящего материала; 3 — болт для присоединения проводов от «Латра»; 4, 6 — теплоизоляция; 7 — стальная стенка-электрод; 8 — стяжка-шпилька; 9, 10 — шайба и втулка из токонепроводящего материала; 11 — винт для фиксации перегородки
Перед испытанием прибор устанавливается на лабораторный вибростол, и перегородка фиксируется в крайнем, нижнем положении боковыми винтами. В одну из двух полостей загружается бетонная смесь в два слоя со штыковкой каждого по 25 раз с помощью стального стержня диаметром 16 мм. Верхняя поверхность смеси заглаживается мастерком вровень с кромками коробка. В зависимости от имитируемых условий электроразогрева смеси на производстве верхнюю поверхность смеси в вибровискозиметре можно оставить открытой или укрыть пленкой или пластинкой из текстолита.
К стенкам-электродам подводится напряжение, величина которого регулируется с помощью лабораторного трансформатора («Латр») для осуществления разогрева по заданному режиму. Температура смеси измеряется техническим термометром.
По окончании электроразогрева напряжение отключают. Перед определением укладываемости среднюю перегородку поднимают на 40 — 70 см в зависимости от подвижности смеси и максимального размера заполнителя, фиксируют стопорными винтами, после чего включают вибростол. Смесь начинает поступать через щель под перегородкой в соседнюю полость короба. Продолжительность перетекания смеси до совпадения ее уровня в обеих полостях измеряется секундомером и характеризует укладываемость смеси. Обработку полученных результатов применительно к осадке конуса смеси или ее жесткости производят по данным тарировки вибровискозиметра на холодных смесях разной подвижности с одновременным определением укладываемости по техническому вискозиметру или стандартному конусу.
С помощью вибровискозиметра в процессе разогрева смеси определяется и ее удельное электрическое сопротивление по схеме «амперметр — вольтметр». При определении \rho в вибровискозиметре его величина вычисляется по формуле
где U — показания вольтметра, В;
После начала прогрева удельное сопротивление уменьшается от начальной величины до минимальной, затем начинает расти. После достижения минимальной величины \rho прогрев образца и измерения следует продолжать для более надежного фиксирования минимума на кривой удельного сопротивления.
Расчетная величина удельного электрического сопротивления вычисляется по формуле (29) по результатам не менее чем трех опытов.
УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА НА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ РАЗНЫХ ЗАВОДОВ
Примечание. Приведенные величины \rho являются ориентировочными. Они получены для бетонов с расходом цемента 415 кг/м3 и воды 185 л/м3 при скорости подъема температуры 10 °C в час и температуре изотермического прогрева 70 °C. Величины \rho могут изменяться при поступлении на завод сырья из другого карьера или при изменении схемы отсоса газов и пыли в обжиговых печах.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА
Определение удельного электрического сопротивления бетона производится на образце-кубе с размером ребра 20 см. Бетонная смесь заданного состава уплотняется глубинным вибратором в деревянной форме, два противоположных борта которой обшиваются изнутри кровельной сталью и служат электродами. Свободная поверхность бетона укрывается пароизоляцией и утеплителем.
Предварительное выдерживание бетона перед началом прогрева должно быть таким же, как и в натуральных условиях. Температура бетона перед подачей на электроды напряжения должна соответствовать температуре в производственных условиях и составлять не ниже 2 °C. Прогрев образца осуществляется путем пропускания через бетон переменного тока. Заданный температурный режим выдерживается путем регулирования напряжения на электродах с помощью лабораторного трансформатора (латер-1 или латер-2).
Измерение электрического сопротивления бетона производится по схеме «амперметр — вольтметр» (рис. 81).
Рис. 81. Схема определения удельного сопротивления бетона
1 — рубильник; 2 — трансформатор; 3 — вольтметр; 4 — амперметр; 5 — форма
Удельное электрическое сопротивление вычисляется по формуле
\rho = 20 \frac{V}{I} \text{Ом } \cdot \text{см}, (144)
где V — показания вольтметра, В;
После начала прогрева удельное электрическое сопротивление уменьшается от начальной величины до минимальной, затем начинает расти. После достижения минимальной величины прогрев образца и измерения следует продолжить для наиболее надежного фиксирования минимума на кривой удельного сопротивления.
Расчетная величина удельного электрического сопротивления \rho_{\text{расч}} вычисляется по формуле (29) как среднее арифметическое результатов не менее чем трех опытов.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОПРОГРЕВА
Дано: железобетонный ростверк высотой 0,6 м, шириной 0,7 м, длиной 16 м прогреть до приобретения бетоном марки М 200 на портландцементе марки 400 70% R28 при температуре воздуха минус 10 °C. Опалубка деревянная толщиной 40 мм, скорость ветра 0,5 м/с. Трансформатор для электропрогрева бетона типа ТМОБ-63. Удельное сопротивление бетона \rho_{\text{расч}} = 8\text{Ом } \cdot \text{м} .
Вычисляем модуль поверхности ростверка:
\text{М}_{\text{п}} = \frac{F}{V} = \frac{2(0,6 \cdot 0,7 + 0,6 \cdot 16 + 0,7 \cdot 16)}{0,6 \cdot 0,7 \cdot 16} = \frac{40,44}{6,71} = 6,6\text{м}^{- 1}.
Принимаем скорость подъема температуры 8 °C в час, так как ростверки густо армированы, а температуру изотермического прогрева 70 °C. Определяем требуемую удельную мощность по табл. 8 (пренебрегая несколько большей скоростью ветра, что дает незначительную погрешность), интерполируя между значением мощности для Mп = 6 и Mп = 10, tп = 60 °C и tп = 80 °C.
Электропрогрев ростверка возможно осуществить стержневыми электродами или путем периферийного прогрева полосовыми электродами.
В связи с необходимостью бетонирования только одного ростверка выбираем не периферийный прогрев с помощью электродов на инвентарных щитах, а прогрев стержневыми электродами, размещенными в шахматном порядке, так как в верхней части ростверка располагается сетка с квадратными ячейками 0,15 x 0,15 м. Принимаем в соответствии с размерами ячеек сетки расстояния между электродами b = 0,15 м. По графику на рис. 21 находим, что требуемая мощность обеспечивается при b = 0,15 м в случае применения напряжения 85 В для \rho_{\text{расч}} = 8\text{Ом } \cdot \text{м} .
Определим продолжительность изотермического прогрева бетона. Учитывая, что при прогреве стержневыми электродами конструкций с армированием, аналогичных нашему ростверку, перепады температуры соответствуют примерно 15 °C, т.е. температура на наименее нагретых участках составляет 70 — 15 = 55 °C. Пользуясь графиком на рис. 2, б, находим, что за время подъема температуры с 2 до 55 °C со скоростью 8 °C в час в течение \frac{55 - 2}{8} = 6,5\text{ч} (средняя температура примерно 30 °C) бетон приобретает прочность 13% R28. Остальную долю прочности до 70% бетон при температуре 55 °C приобретает за 33 ч (прочностью, приобретаемой бетоном в процессе остывания, пренебрегаем).
ПРИМЕР ПОЛЬЗОВАНИЯ НОМОГРАММОЙ НА РИС. 31
Определить оптимальное термическое сопротивление теплоизоляции греющей опалубки при следующих расчетных данных:
удельная мощность нагревателей; Pуд = 600 Вт/м2; модуль опалубливаемой поверхности возводимых монолитных конструкций Mоп = 4 м-1; расчетная температура наружного воздуха минус 15 °C; повышение температуры бетона (разность конечной и начальной температуры бетона); t1 = 60 — 10 = 50 °C; доля опалубливаемой поверхности от общей x = 0,6; коэффициент d, характеризующий утеплитель, для минераловатных матов, d = \lambda_{\text{ут}}(\text{С}_{\text{ут}} + 150) = 0,058(25 + 150) = 10 , где \lambda_{\text{ут}} — коэффициент теплопроводности минераловатных матов; Cут — стоимость 1 м3 утеплителя в деле (определяется по калькуляции, руб./м3); разность между средними температурами бетона во время обогрева и наружного воздуха; t2 = (50 + 10) — 0,5 + 15 = 45 °C; стоимость электроэнергии Ц = 0,025 руб./кВт·ч (Прейскурант № 09-01 «Тарифы на электрическую и тепловую энергию», М., Прейскурантгиз, 1966).
Для приведенных данных получаем (ход решения стрелками указан на номограмме) оптимальное термическое сопротивление:
толщина слоя теплоизоляции составит
\delta = R_{\text{опт}}\lambda_{\text{ут}} = 1,11 \cdot 0,058 = 0,064\text{м } = 6,4\text{см}.
1. ТАГП с углеграфитными лентами
1. Изготовлением ТАГП должна заниматься специализированная обученная бригада под руководством инженерно-технического работника.
2. Заготовительные и сборочные работы следует производить в сухом и светлом помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией на специальных стеллажах и монтажном столе размером 1,5 x 6 м.
3. Модель ТАГП-2/5Ш изготавливается путем сшивки отдельных элементов на швейной машине с промстолом класса АМ-23 (или АМ-26).
4. Модель ТАГП-1/3,7К изготавливается путем склейки с помощью горячего прессования отдельных элементов, включающих стеклоткань, покрытую невулканизированной резиной. Для этих целей рекомендуется использовать рамные гидравлические прессы с паровым обогревом плит или пригрузочные плиты с электрообогревом. Температура при прессовании должна находиться в пределах 120 — 140 °C, давление должно быть 0,1 — 0,2 кгс/см2, продолжительность прессования должна быть в пределах 8 — 15 мин.
5. Изготовление ТАГП начинается с заготовки материалов на требуемый комплект:
а) нарезаются по шаблону прорезиненная ткань, стеклоткань, холстопрошивной стекломатериал, углеродные и хлопчатобумажные ленты;
б) производится меднение концов углеродных ленточных электронагревателей;
в) пропитывается огнезащитным составом хлопчатобумажная лента;
г) заготавливаются металлические полосы, монтажные кольца, клеммники, пеналы под термодатчики, болты, гайки и шайбы по проекту;
д) заготавливаются коммутационные медные провода, полосы латунной сетки, кабельные выводы с штепсельными разъемами.
Требования к изготовлению и сборке модели ТАГП-2/5Ш
1. Сшивается защитный чехол из прорезиненной ткани с вшивкой соединительных хлопчатобумажных лент, края швов по периметру склеиваются резиновым клеем.
2. Изготовляется нагревательная панель путем пришивки конструкционной стеклонитью к вязально-прошивной стеклоткани марки ВПР-10 ленточных углеродных электронагревателей.
3. Производится коммутация ленточных углеродных нагревателей и термодатчиков к клеммникам, устанавливаются кабельные выводы с штепсельными разъемами.
4. На монтажном столе собирается пакет из теплоизоляции, состоящей из четырех слоев холстопрошивного полотна марки ХПСТ-2,5, нагревательной панели и прокладки из стеклоткани марки Т.
5. Рядом с пакетом располагается вывернутый наизнанку защитный чехол, производится соединение с помощью хлопчатобумажных лент торцов чехла и пакета. Постепенно выворачивая чехол, надвигают его на пакет и закрепляют соединительными лентами.
6. Концы открытого торца чехла заворачивают и сжимают вместе с торцом пакета двумя металлическими полосами на болтовых соединениях.
7. Наносятся через трафарет на поверхность чехла несмываемой краской основные электротехнические характеристики ТАГП.
Каждое ТАГП должно подвергаться приемо-сдаточным испытаниям, при этом проверяются: габаритные размеры, правильность сборки, работа ТАГП на обогрев в течение 0,5 ч при максимальной рабочей нагрузке, соответствие электротехнических характеристик проектным, комплектность и маркировка.
Требования к изготовлению и сборке модели ТАГП-1/3,7К
1. Производится припайка оловянно-свинцовым припоем углеродных ленточных электронагревателей и кабельного ввода к полосам из латунной сетки.
2. Производится обмазка резиновым клеем марки 4НБУВ (ТУ 38-105236-76) заготовок из трех слоев прорезиненной стеклоткани и сборка пакета нагревательной панели. Между вторым и третьим слоем закладывается смонтированный углеродный электронагреватель.
3. Пакет подвергается горячему прессованию до полной вулканизации резины.
4. На полученную гибкую электронагревательную панель, со стороны более тонкого резинового слоя, в центральной части над ленточным электронагревателем крепится термодатчик. Затем укладываются четыре слоя холстопрошивного полотна и слой прорезиненной ткани. Края ткани по периметру приклеиваются к нагревательной панели.
5. Через трафарет несмываемой краской на внешнюю поверхность ТАГП наносятся электротехнические характеристики.
2. ТАГП с греющим стальным проводом
1. Основными конструктивными элементами ТАГП являются: запрессованный в резину нагревательный элемент и коммутационные устройства; теплоизоляционный слой с отражающим экраном; гидроизоляция.
2. Нагреватель ТАГП состоит из одной или нескольких секций греющих проводов, соединенных между собой последовательно или параллельно.
3. Нагревательный элемент (греющий провод) запрессовывается между двумя слоями сырой резины и армируется одним слоем стеклоткани (со стороны рабочей поверхности покрытия). Резина, применяемая для изготовления нагревателя, предназначена для электроизоляции нагревательных элементов и обеспечения необходимой гибкости и прочности покрытия.
4. Отражающий экран состоит из одного слоя алюминиевой фольги или металлизированного лавсана. Отражающий экран может быть соединен непосредственно с теплоизоляционным слоем (некоторые виды теплоизоляции с экранирующим слоем выпускаются отечественной промышленностью).
5. Гидроизоляция из прорезиненной ткани предназначена для защиты теплоизоляционного слоя от влаги и обеспечения целостности покрытия в целом.
Греющий провод необходимой длины с припаянными (в скрутку) коммутационными выводами на кондукторе сборки укладывается «змейкой» между двумя листами сырой резины и запрессовывается с усилием 3 — 5 кгс/см2. Собранный элемент передается на пост вулканизации. Вулканизацию нагревательного элемента можно производить двумя способами: в прессе с греющими плитами и в автоклаве.
В прессе при температуре плит 150 — 155 °C и давлении 3 — 5 кгс/см2 время вулканизации составляет 35 — 40 мин и время остывания в прессе 20 — 30 мин.
В автоклаве при температуре 150 — 155 °C и давлении паровой среды 5 — 5,5 ати время вулканизации составляет 30 мин и время сброса давления 10 — 15 мин.
После вулканизации на греющий элемент ТАГП укладываются отражающий слой (алюминиевая фольга) и утеплитель. Затем укладывается гидроизоляционное покрытие (прорезиненная ткань) и тщательно приклеивается.
По контуру ТАГП монтируются монтажные приспособления. После сборки ТАГП и проверки его по электрическим и теплотехническим параметрам ему присваивается порядковый номер. Данные испытания записываются в паспорт изделия.
Испытание ТАГП на электробезопасность производится по ТУ 152-77.
1. Задается максимальное значение температуры поверхности обогреваемого бетона.
2. Определяется рабочая температура поверхности нагревателя:
где 1,3 — коэффициент, определен экспериментально.
3. Рассчитывается полезная удельная мощность ТАГП:
4. Рассчитывается дополнительная удельная мощность ТАГП для компенсации потерь тепла в атмосферу при известной температуре наружного воздуха tн.в:
\text{Р}_{\text{доп}} = \frac{t_{\text{раб}} - t_{\text{н}.\text{в}}}{\frac{1}{\alpha} + R_{\text{м}}} ,\text{Вт}/\text{м}^{2}, (146)
где \alpha — коэффициент теплоотдачи между теплоизолированной поверхностью ТАГП и наружным воздухом 20 Вт/(м2·°C);
Rм — термическое сопротивление ТАГП;
5. Определяется полная удельная мощность ТАГП:
Pтр = Pпол + Pдоп, Вт/м. (147)
6. Определяется полная мощность одного ТАГП:
7. Определяется рабочее напряжение ТАГП:
U = \frac{1}{n} \sqrt{P_{\text{м}} \frac{\rho_{0}(1 + \beta t)l}{S}} ,B, (149)
где \rho_{0} — удельное электрическое сопротивление проволоки при 0 °C, Ом·мм2/м (для стального провода \rho_{0} = 0,125\text{Ом } \cdot \text{мм}^{2}/\text{м} );
\beta — термический коэффициент сопротивления, град-1 (для стального провода \beta = 0,00544\text{град}^{- 1} );
t — максимально допустимая температура нагревательного провода, в изоляции, °C;
l — длина нагревательного провода, м.
8. Определяется длина греющего провода
l = \frac{U^{2}S}{\rho_{t}P_{\text{тр}}} ,\text{м}, (150)
\rho_{t} — удельное сопротивление провода при максимально допустимой температуре провода в изоляции.
9. Определяется число рядов провода при укладке его «змейкой»:
n = \frac{l - l_{\text{нагр}}}{b} , (151)
где b — ширина активной части ТАГП, т.е. длина одного полувитка «змейки»;
lнагр — длина активной части ТАГП.
На стадии конструирования длина нагревательного провода может оказаться слишком коротка, и шаг раскладки не будет обеспечивать равномерность обогрева или длина провода слишком велика, и провод будет укладываться слишком тесно, тогда следует произвести перерасчет на другие значения напряжения и сечения провода.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ИНДУКЦИОННЫХ СИСТЕМ
Пример 1. Выбрать режим и рассчитать параметры индукционного прогрева колонны сечением 0,4 x 0,4 м, высотой h = 3 м, армированной четырьмя стержнями диаметром 30 мм и жестким каркасом из двух швеллеров № 16, сваренных полками. Деревянная опалубка имеет толщину 40 мм; начальная температура бетона 5 °C; температура воздуха — минус 15 °C; скорость ветра 3 м/с. Бетон марки М 200, приготовленный на портландцементе марки 400 с расходом 350 кг/м3. Требуемая относительная прочность к концу термообработки должна составлять 50% от R28. Модуль поверхности конструкции составляет Mп = 10 м-1; коэффициент теплопередачи опалубки K = 2,67 кВт/(м2·°C). Напряжение принимаем 49 В.
1. Максимальную температуру прогрева бетона для заданных условий принимаем 70 °C.
2. Скорость подъема температуры бетона по табл. 55 принимаем 10 °C/ч.
3. Активная электрическая мощность, необходимая для разогрева бетона со скоростью 10 °C/ч, составит [см. формулы (50) и (8)]
где 2,73 — удельная теплоемкость материала опалубки (дерево) кДж/(кг·°C);
700 — объемная масса материала опалубки (дерево), кг/м3;
0,48 — объем прогреваемого бетона, м3.
4. Активная поверхность Sа металла составит
где n — количество арматурных стержней, шт.;
d — диаметр арматурных стержней, м;
h — высота (длина) арматурных стержней, м;
bш — ширина полки швеллера, м.
5. Удельная активная мощность \Delta P определяется по формуле (51):
\Delta P = \frac{4,6}{3,05} = 1,51\text{кВт}/\text{м}^{2}.
6. Напряженность магнитного поля H и удельное поверхностное сопротивление \rho_{\text{н}} , соответствующие найденному значению \Delta P , определяем по графику рис. 52 так, как это показано пунктирной линией. В результате имеем: определенному в п. 5 значению \Delta P = 1,51\text{кВт}/\text{м}^{2} соответствует H = 4200 А/м и \rho_{\text{н}} = 8,75 \cdot 10^{- 5}\text{Ом} .
7. Расчет параметров индукционной системы ведем по схеме индуктивной катушки с железом.
8. Для определения коэффициентов сопротивления Fs и Qs предварительно вычисляем по формуле (49) глубину проникновения тока \Delta_{s} :
\Delta_{s} = \frac{20 \cdot 10^{- 8}}{8,75 \cdot 10^{- 5}} = 0,0023\text{м } = 2,3 \cdot 10^{- 3}\text{м}.
9. Коэффициенты сопротивлений Fs и Qs определяем для швеллеров по графику рис. 53 и для стержневой арматуры по графику рис. 54.
средняя толщина сечения швеллера № 16 (по сортаменту) \Delta = 0,007\text{м} ;
отношение \frac{2\Delta}{\Delta_{s}} = \frac{2 \cdot 0,007}{0,0023} = 6 ;
для \frac{2\Delta}{\Delta_{s}} = 6 величина Fs = Qs = 1.
радиус арматурного стержня Ø30 составляет r = 0,015 м;
отношение \frac{r \sqrt{2}}{\Delta_{s}} = \frac{1,4 \cdot 0,015}{0,0023} = 9,1 ;
для \frac{r \sqrt{2}}{\Delta_{s}} = 9,1 величина Fs = Qs = 1.
10. Коэффициент формы индуктора m находим по графику рис. 55:
при высоте индуктора hi = 300 см отношение \frac{h_{i}}{R_{i}} = \frac{3}{0,29} = 10 ;
для \frac{h_{i}}{R_{i}} = 10 величина m = 1.
11. Определяем сумму периметров сечения металла в сечении конструкции:
где n — количество стержней арматуры в сечении, шт.;
dс — диаметр стержневой арматуры, м;
nж — количество элементов жесткого каркаса (швеллера), шт.;
12. Определяем площадь сечения индуктора
Si = (0,4 + 0,04 + 0,01)2 + 0,2 м2.
13. Условное активное сопротивление системы r0 определяем по формуле (54):
r0 = 1,1·8,75·10-5·1,02·1 = 9,81·10-5 Ом.
14. Условное индуктивное сопротивление системы \omega L_{0} определяем по формуле (55):
\omega L_{0} = 4 \cdot 10^{- 4} \cdot 0,2 \cdot 1 + 8,75 \cdot 10^{- 5} \cdot 1,02 \cdot 1 = 17 \cdot 10^{- 5}\text{Ом}.
15. Полное условное сопротивление системы Z0 определяем по формуле (53):
Z_{0} = \sqrt{(9,81 \cdot 10^{- 5})^{2} + (17 \cdot 10^{- 5})^{2}} = 19,6 \cdot 10^{- 5}\text{Ом}.
16. Число витков индуктора при выбранном напряжении 49 В определяется по формуле (52):
N = \frac{49}{19,6 \cdot 10^{- 5} \cdot 4200} = 59.
17. Ожидаемая сила тока определяется по формуле (56):
I = \frac{4200 \cdot 3}{59} = 213A.
18. Коэффициент мощности системы cos\varphi определяется по формуле (57):
cos\varphi = \frac{9,81 \cdot 10^{- 5}}{19,6 \cdot 10^{- 5}} = 0,5.
19. Если в наличии имеется другой провод, например медный сечением 35 мм2, у которого допустимая токовая нагрузка составляет 170 А, пересчитывается количество витков:
N = \frac{Hh}{I} = \frac{4200 \cdot 3}{170} = 74
и напряжение, определяемое по формуле (52),
20. Расчет параметров для стадии изотермического прогрева:
P_{as} = KM_{\text{п}}(t_{\text{из}} - t_{\text{нв}})\beta U = 2,67 \cdot 10 \cdot [70 - ( - 15)] \cdot 1,2 \cdot 0,48 = 1,15\text{кВт}.
\Delta P = \frac{1,15}{3,05} = 0,38\text{кВт}/\text{м}^{2}.
При \Delta P = 0,38\text{кВт}/\text{м}^{2} по графику рис. 52 находим H = 1700 А/м; \rho_{\text{н}} = 11 \cdot 10^{- 5}\text{Ом} . Z0 определяем по формулам (53) - (55):
Uиз = NZ·H = 74·22,6·10-5·1700 = 29 В;
I_{\text{из}} = \frac{Hh}{N} = \frac{1700 \cdot 3}{74} = 69A.
Пример 2. Рассчитать электрические параметры индукционной установки для термообработки железобетонных труб диаметром 1000 мм, высотой 4,1 м при толщине стенок 60 мм. Кольцевая арматура 15Ø 10 мм. Скорость подъема температуры бетона в период разогрева 25 °C/ч. Изотермический прогрев — при t 85 °C. Температура наружного воздуха 0 °C. Начальная t бетона 15 °C. Коэффициент теплопередачи ограждения K = 4,64 кВт/(м2·°C). Удельное электросопротивление стали равно 20·10-8 Ом·м.
1. Расчет ведется по схеме трансформатора с сердечником.
2. Тепловым расчетом устанавливается электрическая активная мощность, необходимая на период разогрева бетона: Pаs = 21 кВт.
3. Сумма периметров сечения металла
S_{a} = 2\pi 1,12 \cdot 4,1 + 15\pi 1,1\pi 1,0 = 3\text{м}^{2}.
4. Необходимая удельная активная мощность определяется по формуле (51):
\Delta\text{Р } = \frac{21\text{кВт}}{30\text{м}^{2}} = 0,7\text{кВт}/\text{м}^{2}.
5. Удельной активной мощности \Delta\text{Р } = 0,7\text{кВт}/\text{м}^{2} соответствует напряженность магнитного поля H = 2350 А/м (рис. 52).
6. Площадь зазора между индуктором на магнитопроводе и нагреваемым изделием при радиусе индуктора 25 см составляет
S_{\text{з}} = \pi(0,56^{2} - 0,25^{2}) = 0,78\text{м}^{2}.
7. Полная мощность системы определяется по формуле (60):
\text{Р}_{\text{с}} = \sqrt{1,2 \cdot 21^{2} + (1,1 \cdot 21 + 1,6 \cdot 10^{- 8} \cdot 4,1 \cdot 50 \cdot 0,78 \cdot 2350^{2})^{2}} = 38\text{кВ } \cdot \text{А}.
8. При выбранном напряжении 220 В число витков индуктора (намагничивающей обмотки) определяется по формуле (59):
N = 1,4 \cdot 10^{- 3} \frac{2350 \cdot 4,1 \cdot 220}{38} = 78.
9. Сила тока в индукторе определяется по формуле (61):
I = \frac{38}{220} 10^{3} = 170A.
10. Коэффициент мощности установки согласно формуле (62)
cos\varphi = 1,1 \frac{21}{38} = 0,6.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПАРАМЕТРОВ ИНФРАКРАСНЫХ УСТАНОВОК
1. Расчет параметров инфракрасной установки для обогрева железобетонной плиты перекрытия
Исходные данные. Перекрытие толщиной 0,12 м (см. рис. 82).
Рис. 82. Схема к расчету и конструированию инфракрасной установки для обогрева плиты перекрытия
1 — плита; 2 — трубчатые инфракрасные излучатели; 3 — короб-отражатель; 4 — полиамидная пленка; 5 — деревянная опалубка
Бетон объемной массы \gamma_{\text{б}} = 2400\text{кг}/\text{м}^{3} , удельной теплоемкостью Cб = 1,05·103 Дж/(кг·°C).
Арматура удельной теплоемкостью Cа = 0,48·103 Дж/(кг·°C), расход арматуры \Delta m_{a} = 150\text{кг}/\text{м}^{3} бетона.
Опалубка деревянная толщиной 0,025 м, объемной массой \gamma_{\text{оп}} = 700\text{кг}/\text{м}^{3} , удельной теплоемкостью Cоп = 2,72·103 Дж/(кг·°C), с коэффициентом теплопередачи K = 5,2 Вт/(м2·°C).
Плита обогревается с неопалубленной стороны с помощью инфракрасных установок типа «короб» размерами в плане 0,9 x 1,12 м и высотой h = 0,12 м. Отражатель выполнен из полированного алюминия.
Начальная температура бетона tб.н = +10 °C.
Температура бетона на стадии изотермического прогрева на облучаемой поверхности tи = 80 °C, на опалубленной поверхности tи = 70 °C.
Температура наружного воздуха tв = -20 °C.
Продолжительность периода разогрева \tau_{\text{п}} = 4\text{ч} .
Продолжительность периода изотермического прогрева \tau_{\text{и}} = 8\text{ч} .
Режим термообработки принят из условия обеспечения прочности бетона, равной 70% от R28 по графику рис. 82.
Экзотермия цемента ввиду малой массивности плиты в расчетах не учитывается.
1. Средняя температура бетона конструкции составит:
за период разогрева [формула (69)]
t_{\text{ср}}^{\text{п}} = \frac{10 + 80}{2} = 45^{\circ}\text{С};
за период изотермического прогрева [формула (70)]
t_{\text{ср}}^{\text{п}} = \frac{80 + 70}{2} = 75^{\circ}\text{С}.
2. Температура стенок инфракрасной установки составит:
в период разогрева [формула (71)]
t_{\text{у}}^{\text{и}} = \frac{45 - 20}{2} = 12,5^{\circ}\text{С};
в период изотермического прогрева [формула (72)]
t_{\text{у}}^{\text{и}} = \frac{75 - 20}{2} = 27,5^{\circ}\text{С}.
3. Коэффициент теплоотдачи облучаемой поверхности [формула (68)] составит:
в период изотермического прогрева
4. Объем бетона, прогреваемого одним коробом:
Vб = 0,9·1,12·0,12 = 0,121 м3.
5. Площадь конструкции, обогреваемая одним коробом:
Fо = Fоп = 0,9·1,12 = 1,008 м2.
6. Масса арматурной стали в прогреваемом объеме
m_{a} = \Delta m_{a}V_{\text{б}} = 150 \cdot 0,121 = 18,15\text{кг}.
7. Мощность, требуемая на период разогрева бетона одним коробом [формула (66)]:
8. Мощность, требуемая на период изотермического прогрева бетона одним коробом [формула (67)]:
Pи = 4,73·1,008(80 + 20) + 5,2·1,008(70 + 20) = 848 Вт.
9. По табл. 56 для бетона находим, что степень черноты
\epsilon = 0,65 - 0,85 . Примем \epsilon = 0,7.
10. Энергетическая освещенность [формула (65)], требуемая на стадиях:
E_{\text{п}} = \frac{1530}{0,7 \cdot 1,008} = 2168\text{Вт}/\text{м}^{2} = 2,17\text{кВт}/\text{м}^{2};
E_{\text{и}} = \frac{848}{0,7 \cdot 1,008} = 1200\text{Вт}/\text{м}^{2} = 1,2\text{кВт}/\text{м}^{2}.
11. Зададимся следующими параметрами инфракрасной установки. Разместим под коробом три ТЭНа диаметром d = 18 мм с расстоянием между ними S = 300 мм (см. рис. 82). Тогда:
\frac{S}{d} = \frac{300}{18} = 16,7;
\frac{a_{1}}{h} = \frac{900}{120} = 7,5;
\frac{a_{2}}{h} = \frac{1120}{120} = 10.
По табл. 57, используя правило интерполяции, получим
\varphi_{\text{и} - \text{п}} = \varphi_{\text{п} - \text{о}} = 0,480 + \frac{0,482 - 0,480}{10} (16,7 - 10) = 0,481;
\varphi_{\text{о} - \text{п}} = 0,151 + \frac{0,077 - 0,151}{10} (16,7 - 10) = 0,101.
Аналогично по табл. 58 получим
\varphi_{\text{о} - \text{п}} = 0,729 + \frac{0,812 - 0,729}{5} (7,5 - 5) = 0,77.
12. По табл. 56 для полированного алюминия находим
\epsilon_{\text{о}} = 0,04 - 0,06 . Примем \epsilon_{\text{о}} = 0,05.
13. По формуле (75) определим коэффициент облученности:
\varphi = 0,481 + [(1 - 0,05)0,481 \cdot 0,77 - 0,101] = 0,731.
14. По формуле (74) получим
\text{Р}_{\text{уст}} = \frac{2,17}{0,731} 1,008 = 2,97\text{кВт}.
15. Принимаем ТЭНы с погонной мощностью
N = \frac{2,97}{3 \cdot 1,12} = 0,88\text{кВт}/\text{м } = 0,9\text{кВт}/\text{м}.
2. Расчет параметров инфракрасной установки для термообработки железобетонной стены, возводимой в скользящей опалубке
Исходные данные. Стена толщиной 0,16 м. Бетон объемной массы \gamma_{\text{б}} = 2400\text{кг}/\text{м}^{3} , удельной теплоемкости Cб = 1,05·103 Дж/(кг·°C). Арматура удельной теплоемкости Cа = 0,48·103 Дж/(кг·°C), расход арматуры на 1 м3 бетона 180 кг.
Стена обогревается с помощью инфракрасной установки типа «короб» толщиной h = 0,25 м под тепляком (рис. 83). Отражатель выполнен из оцинкованного железа.
Рис. 83. Схема к расчету параметров инфракрасной установки для обогрева стены, возводимой в скользящей опалубке
1 — инфракрасный излучатель; 2 — короб-отражатель; 3 — бетон
Начальная температура бетона tн = 10 °C.
Температура изотермического прогрева на облучаемой поверхности tи = 80 °C.
То же, на необлучаемой поверхности t_{\text{и}}\prime = 60^{\circ}\text{С} .
Температура воздуха на наружных подвесных лесах tн.в = 15 °C.
То же, на внутренних подвесных лесах tв.в = 7 °C.
Коэффициент теплоотдачи открытой поверхности стены примем 
.
Скорость подъема опалубки v = 2,4 м/сут = 0,1 м/ч.
Продолжительность периода разогрева \tau_{\text{п}} = 3\text{ч} .
То же, изотермического прогрева \tau_{\text{и}} = 7\text{ч} .
1. Высота зоны разогрева [формула (77)]
высота зоны изотермического прогрева [формула (78)]
2. Объем прогреваемого бетона в зонах:
разогрева V_{\text{б}}^{\text{н}} = 0,3 \cdot 0,16 = 0,048\text{м}^{3} ;
изотермического прогрева V_{\text{б}}^{\text{н}} = 0,7 \cdot 0,16 = 0,112\text{м}^{3} .
3. Масса арматурной стали в зонах:
разогрева m_{\text{а}}^{\text{п}} = \Delta m_{a}V_{\text{б}}^{\text{п}} = 180 \cdot 0,048 = 8,64\text{кг} ;
изотермического прогрева m_{\text{б}}^{\text{и}} = 180 \cdot 0,112 = 20,16\text{кг} .
4. Средняя температура бетона в период:
разогрева [формула (69)]
t_{\text{ср}}^{\text{п}} = \frac{10 + 80}{20} = 45^{\circ}\text{С};
изотермического прогрева [формула (70)]
t_{\text{ср}}^{\text{и}} = \frac{80 + 60}{2} = 70^{\circ}\text{С}.
5. Температура стенок установки в зонах:
разогрева [формула (71)]
t_{\text{у}}^{\text{п}} = \frac{45 + 15}{2} = 30^{\circ}\text{С};
изотермического прогрева [формула (72)]
t_{\text{у}}^{\text{и}} = \frac{70 + 15}{2} = 42,5^{\circ}\text{С}.
6. Коэффициент теплоотдачи облучаемой поверхности [формула (68)] в зонах:
разогрева [формула (66)]
изотермического прогрева [формула (67)]
Pи = 5,95·0,7(80 — 15) + 20·0,7(70 — 7) = 1153 Вт.
8. По табл. 56 для бетона принимаем \epsilon = 0,7 .
9. Энергетическая освещенность [формула (65)] в зонах:
\text{Е}_{\text{п}} = \frac{632}{0,7 \cdot 0,3} = 3000\text{Вт}/\text{м}^{2} = 3\text{кВт}/\text{м}^{2};
\text{Е}_{\text{и}} = \frac{1153}{0,7 \cdot 0,7} = 2353\text{Вт}/\text{м}^{2} = 2,35\text{кВт}/\text{м}^{2}.
10. Зададимся следующими параметрами инфракрасной установки. Диаметр излучателей примем равным d = 18 мм, расстояния между ними S = 250 мм.
Тогда \frac{S}{d} = \frac{250}{18} = 13,9 \approx 14 , а отношения длины (a1) и ширины (a2) к высоте h:
\frac{a_{2}}{h} = \frac{300}{250} = 1,2; \frac{a_{1}}{h} = \frac{1000}{250} = 4;
в зоне изотермического прогрева
\frac{a_{2}}{h} = \frac{700}{250} = 2,8. \frac{a_{1}}{h} = \frac{1000}{250} = 4;
По табл. 57, используя правило интерполяции, получим:
\varphi_{\text{п} - \text{п}} = \varphi_{\text{п} - \text{о}} = 0,480 + \frac{0,482 + 0,480}{10} (14 - 10) = 0,481;
\varphi_{\text{о} - \text{п}} = 0,151 + \frac{0,077 + 0,151}{10} (14 - 10) = 0,133.
По табл. 58 получим аналогично для зон:
разогрева \varphi_{\text{о} - \text{п}} = 0,259 ;
изотермического прогрева \varphi_{\text{о} - \text{п}} = 0,307 .
11. По табл. 56 находим для оцинкованного железа \epsilon_{0} = 0,23 .
12. По формуле (75) находим для зон:
\varphi = 0,481 + [(1 - 0,23)0,481 \cdot 0,259 - 0,121] = 0,456;
\varphi = 0,481 + [(1 - 0,23)0,481 \cdot 0,307 - 0,121] = 0,474.
13. Минимальная мощность инфракрасной установки в зонах:
\text{Р}_{\text{уст}}^{\text{п}} = \frac{3}{0,456} 0,3 = 1,97\text{кВт};
\text{Р}_{\text{уст}}^{\text{и}} = \frac{2,35}{0,474} 0,7 = 4,06\text{кВт}.
14. Общая мощность инфракрасной установки на 1 м длины периметра сооружения составит
\text{Р}_{\text{уст}}^{\text{общ}} = \text{Р}_{\text{уст}}^{\text{п}} + \text{Р}_{\text{уст}}^{\text{и}} = 1,97 + 4,06 = 6,03\text{кВт}.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ ОТТАИВАЕМОЙ ПРОСЛОЙКИ ГРУНТА
Пример 1. Определить толщину оттаивания вечномерзлого суглинка, характеризующегося tг = -2 °C, W = 21%, Wн = 16%, \gamma_{\text{ск}} = 1750\text{кг}/\text{м}^{3} , при бетонировании столбчатого фундамента сечением 1 x 1,5 м в плане и с глубиной заложения 3,5 м. Используется электропрогрев бетона на глубину 2 м. Бетон марки М 200 на портландцементе марки 400. Состав бетона Ц:П:Щ = 1:2,6:3,1. Расход цемента 320 кг/м3.
\gamma_{\text{б}} = 2350\text{кг}/\text{м}^{3}; В/Ц = 0,6; tб = 10 °C.
Глубина сезонного оттаивания 2 м.
По формуле (82) находим относительный радиус оттаивания
A = \sqrt{1 + \frac{0,7(0,2 \cdot 2350 + 0,8 \cdot 192)(10 + 2) + 64 \cdot 320 + 4300 \frac{2}{3,5}}{80 \cdot 1750 \frac{21 - 16}{100}}} = 2,5;
b = 1:2 = 0,5; \Delta = 0,5(2,5 - 1) = 0,75\text{м}.
Пример 2. Определить толщину оттаивания вечномерзлого грунта в примере 1, если температура уложенного бетона равна 10 °C.
По формуле (82) находим
A = \sqrt{1 + \frac{0,7(0,20 \cdot 2350 + 0,8 \cdot 192)(10 + 2) + 61 \cdot 320}{80 \cdot 1750 \frac{21 - 16}{100}}} = 1,92;
\Delta = 0,5(1,92 - 1) = 0,46\text{м}.
Если использовать теплоизолирующую прослойку в виде деревянной плиты толщиной 10 см 
, то:
при использовании электропрогрева бетона по формуле (83) получим
\Delta_{t} = 0,75 \frac{0,1}{0,1 + \frac{0,1}{0,35}} = 0,17\text{м};
без использования электропрогрева
\Delta_{t} = 0,46 \frac{0,1}{0,1 + \frac{0,1}{0,3}} = 0,11\text{м}.
Пример 3. Определить прочность бетона в конструкции при бетонировании по способу термоса без использования добавок — ускорителей твердения. Срок выдерживания бетона 1 и 6 мес. Проектная марка бетона М 200.
По табл. 62 принимаем значения технологических коэффициентов. Тогда прочность бетона в месячном возрасте составит 200 x 0,65 = 130 кгс/см2, в шестимесячном — 200·0,75 = 150 кгс/см2.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАЦИЙ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАЙ-СТОЕК С ЗАМОНОЛИЧИВАНИЕМ НИЖНЕГО КОНЦА СВАЙ (ПО ОПЫТУ СТРОИТЕЛЬСТВА В НОРИЛЬСКЕ)
Наименование операций, рабочих приемов, применяемого оборудования
Примечания: 1. Затраты по подключению прогревных трансформаторов и прокладки магистральных линий приняты из расчета единовременного монтажа для прогрева 20 свай.
2. Нормы времени и расценки применены на основании ЕНиР, отд. 4-2; 9-1; 11-50; 14; 23-4 и временных местных норм Норильского горно-металлургического комбината (по фактическим затратам).
Технологическая характеристика и стоимость оборудования, инструмента, приспособлений, оснастки, инвентаря на рабочем месте и затраты материалов при возведении свай-стоек с замоноличиванием нижнего конца сваи
ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ
Допускаемые длительные токовые нагрузки на проложенные открыто провода в резиновый и полихлорвиниловой изоляции с максимально допускаемой температурой жил 55 °C при температуре воздуха 25 °C
Примечание. В числителе — допускаемая нагрузка на медные провода, в знаменателе — на алюминиевые.
Допускаемые длительные токовые нагрузки на проложенные открыто кабели типа КРТП, ГПШ, ГРШ6 легких и средних переносных шланговых проводов ШРПЛ, ШРПС при температуре воздуха 25 °C
Примечание. В числителе — допускаемые нагрузки на медные жилы, в знаменателе — на алюминиевые.
Допускаемые длительные токовые нагрузки на голые провода при температуре окружающего воздуха 25 °C
| Медные | Алюминиевые | Стальные | |||
| сечение, мм2 | нагрузки, А | сечение, мм2 | нагрузки, А | сечение, мм2 | нагрузки, А |
| 4 | 50 | 10 | 75 | 3 | 23 |
| 6 | 70 | 16 | 105 | 3,5 | 26 |
| 10 | 95 | 25 | 135 | 4 | 30 |
| 16 | 130 | 35 | 170 | 5 | 35 |
| 25 | 180 | 50 | 215 | 6 | - |
| 35 | 220 | - | - | - | - |
| 50 | 270 | - | - | - | - |
| 70 | 340 | - | - | - | - |
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ УСТАНОВОК И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА
Установка для предварительного электроразогрева бетонной смеси в кузовах автосамосвалов
Поворотный бункер для предварительного электроразогрева бетонной смеси
Передвижная автоматизированная установка для электропрогрева бетона
Установка импульсного прогрева бетона
Установка для электропитания греющей опалубки
Комплектная трансформаторная подстанция для обогрева бетона КТП-ОБ-63
ПРИМЕР ВЫБОРА СПОСОБА ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
Исходные данные: фундаменты двухступенчатые, нижняя ступень 5200 x 3700 мм, высота ступени 600 мм; верхняя ступень 3200 x 1700 мм, высотой 600 мм; подколонник 1600 x 1700 мм, высотой 2700 мм. Бетон марки М 200 на шлакопортландцементе марки 400, расход цемента 340 кг/м3. Заданная прочность к моменту замерзания должна быть не менее 50% R28. Бетонирование производится при температуре -15 °C в феврале в Челябинске. Скорость ветра не более 4 м/с. Суточный поток бетонной смеси 40 м3. Опалубка применяется деревянная щитовая толщина 25 мм, в качестве утеплителя приняты минераловатные плиты. Фундамент армирован сетками Ø20мм , вес сеток до 300 кг.
Указанные фундаменты могут быть забетонированы согласно рекомендациям раздела 1, способами термоса, с предварительным электроразогревом бетонной смеси, с периферийным электропрогревом, с применением греющей опалубки, а также с применением бетона с противоморозными добавками.
Определяем технико-экономические показатели вышеперечисленных способов зимнего бетонирования.
1. Определяем модуль поверхности
\text{М}_{\text{п}} = \frac{F_{\text{охл}}}{V} = \frac{67,5}{18} = 3,8\text{м}^{- 1} = 4 \frac{1}{\text{М}} ,
где Fохл = 2·5,2·3,7 + 0,6·17,8 + 0,6·0,8 + 2·0,7·2,7 + 2·1,6·2,7 = 38,48 + 10,68 + 5,9 + 3,8 + 8,64 = 67,5 м2;
Fопал = 0,6·17,8 + 0,6·9,8 + 2·0,7·2,7 + 2·1,6·2,7 = 29,1 м2;
V = 5,2·3,7·0,6 + 3,2·1,7·0,6 + 1,6·0,7·2,73= 18 м3.
При расчете \tau_{\text{охл}} принято ориентировочно, что коэффициент теплопередачи в грунт и опалубку равны.
2. Согласно формуле (2) и табл. 4, определим tб.н для условия: tсм = 35 °C, время транспортирования бетонной смеси 20 мин, автосамосвалом МАЗ-500, время укладки бетонной смеси 10 мин,
3. Определяем среднюю температуру остывания по формуле (7):
t_{\text{б}.\text{ср}} = 5 + \frac{30 - 5}{1,03 + 0,181 \cdot 4 + 0,006 \cdot 30} = 17,6^{\circ}\text{С}.
4. Определяем по табл. 26 для tб.ср = 17,6 °C, время набора прочности 50% R28 \tau = 144\text{ч} .
5. Определяем коэффициент теплопередачи ограждения по формуле (12):
K = \frac{30 \cdot 2512,8 + 192 \cdot 340}{3,6 \cdot 144 \cdot 4(17,6 + 15)} = 2,08\text{Вт}/(\text{м}^{2} \cdot \text{град}).
6. Так как для опалубки из досок (\delta = 25\text{мм}) при скорости ветра 4 м/с K = 4,66 Вт/(м2·град) (табл. 21), следовательно, требуется утепление. По формуле (13) находим толщину утеплителя:
2,08 = \frac{1}{\frac{1}{20,8} + \frac{0,025}{0,20} + \frac{\delta_{\text{ут}}}{0,046}} , откуда \delta_{\text{ут}} = 0,014\text{м}.
Принимаем по табл. 22 один слой минераловатных плит толщиной 20 мм. Утеплитель открытой горизонтальной поверхности принимаем из слоя пергамина и минераловатных плит толщиной 40 мм, так как плиты выпускаются толщиной 20 и 40 мм.
а) затраты по установке и разборке опалубки, армированию и укладке бетонной смеси по данным п. 17.6:
\text{З}_{\text{опал}} = 1,15 \cdot 0,359 \frac{29,1}{18} = 0,667\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{опал}} = 0,081 \frac{29,1}{18} = 0,131\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3},
где 1,15 — районный коэффициент для района Челябинска;
0,359 руб./м2, 0,081 чел.-дн/м2 — соответственно расценка и норма времени на установку и разборку опалубки (табл. 73);
Зарм = 1,15(0,237·1 + 0,442·4):18 = 0,128 руб./м3;
Тарм = (0,055·1 + 0,102·4):18 = 0,026 чел.-дн/м3,
где 0,237 и 0,442 руб./шт., 0,055 и 0,102 чел.-дн/шт. — соответственно расценки и нормы времени на установку сеток;
1 и 4 — соответственно количество горизонтальных и вертикальных сеток в фундаменте;
Зукл = 1,15·0,157 = 0,181 руб./м3;
б) затраты на подогрев воды и заполнителей по п. 17.7: Cпвз по табл. 74 для tн.в = -15 °C, tсм = 35 °C с учетом того, что в Челябинске стоимость пара 3,5 руб. за 1 Гкал (табл. 75), следовательно,
C_{\text{пвз}} = 0,225 \frac{3,5}{4,62} = 0,17\text{руб}./\text{м}^{3};
Зпвз = 1,15·0,031 = 0,036 руб./м3;
в) затраты на установку и разборку утеплителя по п. 17.8 (см. табл. 69):
\text{З}_{\text{ут}} = 1,15 \cdot 0,019 \frac{19,2 \cdot 1}{18} + 1,15 \cdot 0,060 \frac{29,1 \cdot 1}{18} = 0,135\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{ут}} = 0,005 \frac{19,2 \cdot 1}{18} + 0,014 \frac{29,1 \cdot 1}{18} = 0,028\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{2};
\text{С}_{\text{ут}} = \frac{33,9 \cdot 0,04 \cdot 19,2 + 0,12 \cdot 19,2}{5 \cdot 18} + \frac{33,9 \cdot 0,02 \cdot 29,1}{5 \cdot 18} = 0,534\text{руб}./\text{м}^{3},
где 0,019 и 0,060 руб./м2; 0,05 и 0,014 чел.-дн/м2 — соответственно расценки и нормы времени по установке и разборке утепления горизонтальных и вертикальных поверхностей (табл. 73);
33,9 руб./м3 — стоимость минераловатных прошивных матов (табл. 22);
0,04 и 0,02 м — толщина утеплителя соответственно открытой и опалубливаемой поверхности;
5 — оборачиваемость утеплителя (табл. 22);
г) затраты по контролю качества (см. п. 17.9)
\text{З}_{\text{к}} = 1,15 \cdot 0,049(30 + \frac{144 - 96}{24}) \frac{6}{18} + 0,026 \frac{6}{18} = 0,605\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{к}} = 0,0125 \cdot 32 \frac{6}{18} + 0,005 \frac{6}{18} = 0,122\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3},
где 0,049 и 0,0125 руб./замер; 0,0125 и 0,005 чел.-дн/замер — по табл. 73;
6 — количество скважин в фундаменте.
8. Общие дополнительные затраты по формулам (85) - (90):
\text{С}_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = 0,17\text{руб}./\text{м}^{3}; \text{С}_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = 0,534\text{руб}./\text{м}^{3};
Зт = (1,16 — 1)(0,667 + 0,128 + 0,181) +
- 0,135 + 0,036 + 0,605 = 0,932 руб./м3;
Тт = 0,16(0,131 + 0,026 + 0,034) +
- 0,01 + 0,028 + 0,12 = 0,189 чел.-дн/м3,
где 1,16 — Кнр (табл. 72), так как бетонирование ведется в феврале,
Sт = Пт = 1,09·0,534 + 0,17 + 1,15·0,932 = 1,81 руб./м3.
Предварительный электроразогрев бетонной смеси
1. tраз = 80° (принимаем по п. 7.9).
2. Согласно формуле (2), табл. 4 определяем начальную температуру бетона после укладки tб.н для следующих условий: tб.см = 80 °C, время транспортирования 5 мин автосамосвалом МАЗ-500, время укладки бетонной смеси 10 мин:
3. Определим среднюю температуру остывания по формуле (7):
t_{\text{б}.\text{ср}} = 5 + \frac{75 - 5}{1,03 + 0,181 \cdot 4 + 0,006 \cdot 75} = 36,8^{\circ}\text{С}.
4. Для tб.ср = 36,8 °C и R = 50% R28 находим из табл. 26:
\tau_{\text{ост}} = 48\text{ч}.
5. По табл. 20, по \tau_{\text{ост}} и tб.ср находим тепловыделение:
6. K = \frac{2512,8 \cdot 75 + 153,6 \cdot 340}{48 \cdot 4(36,8 + 15)3,6} = 6,7\text{Вт}/(\text{м}^{2} \cdot \text{град}).
Так как K — требуемое больше K опалубки — 4,66 (табл. 21), уменьшаем температуру разогрева.
7. Принимаем tсм = 60 °C, аналогично вышеизложенному находим:
tб.ср = 29,5 °C, \tau_{\text{ост}} = 2,75\text{сут} = 66\text{ч} ; Э = 165 кДж/кг и вновь определяем
K = \frac{2512,8 \cdot 55 + 165 \cdot 340}{66 \cdot 4(29,5 + 15)3,6} = 4,6\text{Вт}/(\text{м}^{2} \cdot \text{град});
8. По формуле (20) определим P:
P = \frac{2512,8(60 - 5)1,16 \cdot 1,1 \cdot 60 \cdot 3,2}{10^{3} \cdot 4,18 \cdot 0,95 \cdot 13} = 630\text{кВт},
где 3,2 м3 — объем разогреваемой бетонной смеси.
9. По табл. 66 принимаем трансформатор ТМ-630/6 стоимостью 1600 руб.
10. По формуле (28) определяем расход электроэнергии:
W = \frac{630 \cdot 13}{60 \cdot 3} = 45,5\text{кВт} \cdot \text{ч}.
11. По формуле (122) находим Cобор:
где K1 = 1600 (табл. 66); K2 = 2140 руб.; nз.см = 342 (табл. 76);
\text{П}_{\text{см}} = \eta \frac{V_{\text{м}} \cdot 8}{0,20} = 0,75 \frac{3,2 \cdot 8}{0,2} = 96\text{м}^{3},
где 0,20r — среднее время обслуживания одной машины;
Vм — объем разогреваемой бетонной смеси;
8 — продолжительность смены, ч;
\eta — коэффициент использования установки по времени, равный 0,75. Удельные капитальные затраты
K = \frac{1600 + 2140}{342 \cdot 96} = 0,11\text{руб}./\text{м}^{3}.
12. Затраты на опалубку, армирование и укладку бетонной смеси принимаем такие, как для способа термоса:
Зi = (1,16 — 1,0)(0,667 + 0,128 + 0,181) = 0,156 руб./м3;
Тi = 0,16(0,131 + 0,026 + 0,034) = 0,03 чел.-дн/м3.
13. Затраты на подогрев воды и заполнителей аналогичны затратам при способе термоса:
Зпвз = 0,036 руб./м3; Тпвз = 0,01 чел.-дн/м3;
из табл. 74 для Мосэнерго
C_{\text{пвз}} = 0,109 \frac{3,5}{4,62} = 0,082\text{руб}./\text{м}^{3}.
14. Заработная плата и трудоемкость, связанная с простоем транспорта на посту разогрева, определена на основании калькуляции, составленной трестом Челябметаллургстрой:
\text{Т}_{\text{тр}} = \frac{0,2}{3,2} = 0,062\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3}; \text{З}_{\text{тр}} = \frac{12 \cdot 0,035}{3,2} = 0,13\text{руб}./\text{м}^{3};
где 12 мин (0,2 ч) — среднее время разогрева бетонной смеси в кузове автомашины;
0,035 руб. — плата за 1 мин простоя автотранспорта;
3,2 м3 — объем разогреваемой бетонной смеси.
15. По расчету опалубка не утепляется, поэтому считаем только затраты на утепление горизонтальной поверхности ( \delta_{\text{ут}} = 0,02\text{м} и слой пергамина):
\text{С}_{\text{ут}} = \frac{33,9 \cdot 0,02 \cdot 19,2 + 0,12 \cdot 19,2}{5 \cdot 18} = 0,17\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{З}_{\text{ут}} = 1,15 \cdot 0,019 \frac{19,2 \cdot 1}{18} = 0,023\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{ут}} = 0,005 \frac{19,2 \cdot 1}{18} = 0,005\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3}.
16. Затраты по контролю качества (см. п. 17.9):
\text{З}_{\text{к}} = 1,15 \cdot 0,049(12 + \frac{66 - 24}{4}) \frac{6}{18} + 0,026 \frac{6}{18} = 0,380\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{к}} = 0,0125 \cdot 22,5 \frac{6}{18} + 0,005 \frac{6}{18} = 0,10\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3}.
17. Оплата за электроэнергию по формуле (125)
\text{С}_{\text{эн}} = \frac{17,9 \cdot 630 \cdot 1}{342 \cdot 96} + 0,0068 \cdot 45,5 = 0,65\text{руб}./\text{м}^{3};
где C1 = 17,9; C3 = 0,0068 (табл. 77 - для Челябэнерго).
18. Затраты на обслуживание установок прогрева по п. 17.12.
Зобсл = 11,564/96 = 0,12 руб./м3;
Тобсл = 2/96 = 0,02 чел.-дн/м3.
19. Общие дополнительные затраты по формулам (85), (86), (91) - (94):
C_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = 0,04 + 0,17 = 0,21\text{руб}./\text{м}^{3};
C_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = 0,082 + 0,65 = 0,732\text{руб}./\text{м}^{3};
Зпр.р = 0,156 + 0,036 + 0,023 +
- 0,38 + 0,12 = 0,695 руб./м3;
Тпр.р = 0,03 + 0,01 + 0,005 + 0,1 +
- 0,02 = 0,165 чел.-дн/м3;
Sпр.р = 1,09·0,21 + 0,732 + 1,15·0,695 = 1,76 руб./м3;
Ппр.р = 1,76 + 0,15·0,11 = 1,78 руб./м3.
Дополнительные условия: tи = 40 °C; P = 5 град/ч; электроды нашивные сечением 40 x 3 мм.
1. Аналогично вышеизложенному [формула (2), табл. 4] для tб.н = 5 °C находим при времени транспортирования 15 мин автосамосвалом МАЗ-500 и времени укладки 10 мин — tсм = 10 °C.
2. Согласно примеру 1 (разд. 4) определяем продолжительность изотермического выдерживания \tau_{\text{и}} = 16\text{ч} для следующих условий:
средняя температура за период подъема (5 + 40):2 = 22,5 °C;
время подъема температуры (40 — 5):5 = 7 ч;
средняя температура за период остывания до 5 — 23 °C; время остывания конструкции без учета экзотермии цемента 40 ч.
3. Мощность в период подъема температуры Pп = 1,51 кВт/м3 [формула (8)], мощность в период изотермического выдерживания Pи = 1,1 кВт/м3.
4. Мощность установки на период подъема температуры с учетом сменного потока бетона 40 м3:
Следовательно, для прогрева необходим один прогревный трансформатор ТМОБ-63.
5. Расход электроэнергии по формуле (11)
W = 1,51·7·1,1·16 = 28,17 кВт·ч/м3.
6. Затраты на опалубку, армирование и укладку бетонной смеси из расчета для способа термоса:
Зi = 0,156 руб./м3; Тi = 0,03 чел.-дн/м3.
7. Затраты на подогрев воды и заполнителей, а также по утеплению аналогичны затратам при способе предварительного электроразогрева:
Зпвз = 0,036 руб./м3; Тпвз = 0,01 чел.-дн/м3;
Cпвз = 0,082 руб./м3; Зут = 0,023 руб./м3;
Тут = 0,005 чел.-дн/м3; Cут = 0,17 руб./м3.
8. По формуле (124) определяем Cобор:
где 280 — стоимость трансформатора ТМОБ-63 (табл. 67);
0,064 и 0,5 — норма амортизационных отчислений;
23 — количество перестановок трансформатора в год.
K_{i} = \frac{280 + 462}{342 \cdot 40} = 0,05\text{руб}./\text{м}^{3}.
9. Стоимость электроэнергии по формуле (125)
\text{С}_{\text{эн}} = \frac{17,9 \cdot 63}{342 \cdot 40} \frac{23}{8} + 0,00068 \cdot 28,17 = 0,427\text{руб}./\text{м}^{3}.
10. Заработная плата, трудоемкость и стоимость электродов по п. 17.13 и табл. 73.
Для нашивных электродов по табл. 73
\text{З}_{\text{эл}} = 1,15 \cdot 0,144 \frac{29,1}{18} = 0,258\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{Т}_{\text{эл}} = 0,038 \cdot 1,617 = 0,06\text{чел}. - \text{дн}/\text{м}^{3},
где 29,1 и 18 — соответственно опалубливаемая поверхность и объем конструкций;
\text{С}_{\text{эл}} = 0,12 \frac{2,82}{5} 1,617 = 0,11\text{руб}./\text{м}^{3},
где 0,12 руб. — стоимость 1 кг стали;
2,82 кг — масса нашивных электродов на 1 м2 опалубки;
5 — оборачиваемость электродов.
11. Затраты на обслуживание установок прогрева по п. 17.12:
Зобсл = 11,564/40 = 0,29 руб./м3;
Тобсл = 2/40 = 0,05 чел.-дн/м3.
12. Затраты по контролю качества по п. 17.9
\text{З}_{\text{к}} = 1,15 \cdot 0,049(\frac{7}{2} + \frac{16 + 40}{4})0,3 + 0,0125 \cdot 0,3 = 0,29\text{руб}./\text{м}^{3};
Тк = 0,0125·17·0,3 + 0,005·0,3 = 0,066 чел.-дн/м3.
13. Дополнительные затраты по формулам (85), (86) и (95) - (98):
\text{С}_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = 0,17 + 0,067 + 0,11 = 0,347\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{С}_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = 0,082 + 0,427 = 0,509\text{руб}./\text{м}^{3};
Зэп = 0,156 + 0,036 + 0,023 + 0,29 +
- 0,29 + 0,258 = 1,053 руб./м3;
Тэп = 0,03 + 0,01 + 0,005 + 0,066 +
- 0,05 + 0,06 = 0,221 чел.-дн/м3;
Sэп = 1,09·0,347 + 0,509 + 1,15·1,053 = 2,1 руб./м3;
Пэп = 2,1 + 0,15·0,05 = 2,11 руб./м3.
Дополнительные условия: греющая опалубка из стальных щитов с минераловатными матами толщиной 40 мм и фанерой толщиной 3 мм, с нагревательным кабелем КНМС (коэффициент теплопередачи опалубки из табл. 45 - 3,44 Вт/(м2·град).
1. Аналогично вышеизложенному для электропрогрева tсм = 10 °C; продолжительность изотермического выдерживания 13 ч для обеспечения требуемой прочности 50% марочной выбрана для следующих условий:
температура изотермического прогрева — 40 °C;
средняя температура за период подъема — 22,5 °C;
время подъема температуры — 7 ч;
средняя температура за период остывания — до 5 — 23 °C;
время остывания конструкции без учета экзотермии цемента — 54 ч.
2. Мощность, необходимую для подъема температуры, определяем по формуле (45):
Pп = 0,58·64,6·1,3 = 48,7 кВт,
где 0,58 кВт/м2 — удельная мощность нагревателей (см. рис. 37);
\frac{29,1}{18} 40 = 64,6\text{м}^{2} — площадь опалубливаемой поверхности при суточном потоке бетона, равном 40 м3;
1,3 — коэффициент, учитывающий наличие открытых ребер каркаса опалубки.
Для мощности Pп = 48,7 кВт необходима одна установка для электропитания термоактивной опалубки мощностью 63 кВт, стоимостью 2400 руб. (п. 17.10).
3. Расход электроэнергии по формуле (11)
W = 1,22·7 + 1,22·0,85·13 = 22 кВт·ч,
где 0,85 — коэффициент, учитывающий отключение группы щитов по достижении расчетных температур (см. п. 9.56).
4. Аналогично пп. 6 и 7 для электропрогрева находим:
Зi = 0,156 руб./м3; Тi = 0,03 чел.-дн/м3;
Зпвз = 0,036 руб./м3; Тпвз = 0,01 чел.-дн/м3;
Cпвз = 0,082 руб./м3; Зут = 0,023 руб./м3;
Тут = 0,005 чел.-дн/м3; Cут = 0,17 руб./м3.
5. По формуле (124) определяем
C_{\text{обор}} = \frac{2400 \cdot 0,064}{342 \cdot 40} \frac{74}{8} + \frac{0,08 \cdot 2400}{342 \cdot 40} = 0,133\text{руб}./\text{м}^{3}.
K_{i} = \frac{2400}{342 \cdot 40} = 0,175\text{руб}./\text{м}^{3}.
6. Стоимость электроэнергии по формуле (125)
\text{С}_{\text{эн}} = \frac{17,9 \cdot 63}{342 \cdot 40} \frac{20}{8} + 0,0068 \cdot 22 = 0,356\text{руб}./\text{м}^{3}.
7. Затраты по контролю качества по п. 17.9:
\text{З}_{\text{к}} = 0,056(\frac{7}{2} + \frac{13 + 54}{4})0,3 + 0,026 \cdot 0,3 = 0,35\text{руб}./\text{м}^{3};
Тк = 0,0125(3,5 + 16,75)0,3 + 0,005·0,3 = 0,08 чел.-дн/м3.
8. Затраты на обслуживание установок прогрева по п. 17.12:
Зобсл = 11,564/40 = 0,29 руб./м3;
Тобсл = 2/40 = 0,05 чел.-дн/м3.
9. Стоимость дополнительных материалов для греющей опалубки по п. 17.6:
\text{С}_{\text{опал}} = 41,27 \cdot 1,617 - \frac{30 \cdot 1,617}{100} = 0,182\text{руб}./\text{м}^{3},
где 41,27 руб./м2 — стоимость греющей опалубки (по расчету ЦНИИОМТП);
30 руб./м2 — стоимость стальной опалубки (по расчету ЦНИИОМТП);
100 — оборачиваемость опалубки.
10. Дополнительные затраты по формулам (85), (86) и (99) - (102):
\text{С}_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = 0,182 + 0,17 + 0,133 = 0,485\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{С}_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = 0,082 + 0,356 = 0,438\text{руб}./\text{м}^{3};
Згр.о = 0,156 + 0,023 + 0,036 + 0,35 + 0,29 = 0,855 руб./м3;
Тгр.о = 0,03 + 0,005 + 0,01 + 0,08 +
- 0,05 = 0,175 чел.-дн/м3;
Sгр.о = 1,09·0,485 + 0,438 + 1,15·0,855 = 1,95 руб./м3;
Пгр.о = 1,95 + 0,15·0,175 = 1,98 руб./м3.
Бетон с противоморозными добавками
1. Принимаем tсм = 5 °C. Аналогично вышеизложенному находим tб.н = 2 °C.
2. Расчетную конечную температуру для добавки 10% НН принимаем tб.к = -15 °C.
3. Средняя температура за период остывания по формуле (7) tб.ср = -14 °C.
4. По табл. 34 находим время набора прочности, равной 30% марочной; \tau = 10\text{сут} .
5. Так как количество добавки взято 10% НН; следовательно, утепление не требуется (Зут = 0; Тут = 0; Cут = 0).
6. Аналогично пп. 6 и 7 для электропрогрева находим:
| Зi = 0,156 | руб./м3; | Тi = 0,03 | чел.-дн/м3; |
|---|---|---|---|
| Зпвз = 0,036 | « ;» | Тпвз = 0,01 | « ;» |
| Cпвз = 0,048 | « .» |
7. Затраты на контроль качества:
\text{З}_{\text{к}} = 0,056 \frac{24 \cdot 10}{8} 0,3 + 0,026 \cdot 0,3 = 0,36\text{руб}./\text{м}^{3};
Тк = 0,0125·30·0,3 + 0,005·0,3 = 0,08 чел.-дн/м3.
8. Затраты, связанные с внесением противоморозных добавок
Cхд = 0,10·340·0,1 = 3,4 руб./м3,
где 0,10 — количество добавок от массы цемента;
840 кг — количество цемента в 1 м3 бетона;
\text{С}_{\text{м}}\prime_{\text{ат}} = 3,40\text{руб}./\text{м}^{3};
\text{С}_{\text{м}}\prime\prime_{\text{ат}} = 0,048\text{руб}./\text{м}^{3};
Зхд = 0,156 + 0,036 + 0,36 + 0,155 = 0,707 руб./м3;
Тхд = 0,03 + 0,01 + 0,08 + 0,022 = 0,142 чел.-дн/м3;
Sхд = Пхд = 1,09·3,40 + 0,048 + 1,15·0,707 = 4,56 руб./м3.
10. Сравнение вариантов производства работ различными способами дано в табл. 87.
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ НОРМЫ РАСХОДА ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ЗИМНЕМ БЕТОНИРОВАНИИ
Примечание. Приведенные данные относятся к выдерживанию бетона в утепленной опалубке при температуре наружного воздуха минус 20 °C.
| УДК 693.54«324» |
|---|