ПОСОБИЕ
ПО ЭЛЕКТРООБОГРЕВУ БЕТОНА МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (к СНиП III-15-76*)

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 3.03.01-87, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

РЕКОМЕНДОВАНО к изданию решением секции по технологии бетона Научно-технического совета НИИЖБ Госстроя СССР.

УТВЕРЖДЕНО приказом НИИЖБ Госстроя СССР от 6 декабря 1983 г. N 73

Содержит основные сведения о назначении и рекомендации по применению электрообогрева бетона при возведении монолитных железобетонных конструкций. Описаны конструктивные решения низкотемпературных электронагревателей и электронагревательных устройств на их основе, рекомендуемые для осуществления электрообогрева бетона. Даны режимы электрообогрева, методики теплотехнического и электротехнического расчетов электронагревательных устройств. Изложены вопросы техники безопасности и контроля качества бетона при производстве работ с применением электрообогрева.

Для инженерно-технических работников строительных и проектно-конструкторских организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" предусмотрены значительные объемы капитального строительства и прежде всего в районах со сложными погодно-климатическими условиями. Своевременное их выполнение при минимальных материальных, трудовых, энергетических и финансовых затратах можно обеспечить только при организации круглогодичного производства строительных работ.

Трудности при осуществлении бетонных работ в течение всего календарного года обусловлены необходимостью создать определенные температурно-влажностные условия свежеуложенному бетону для его твердения независимо от погодно-климатических условий района строительства. Эта задача решается организацией ухода за уложенным бетоном.

Одним из основных способов ухода за бетоном в процессе его твердения, получившим наибольшее признание в отечественной строительной практике, является тепловая обработка, которая позволяет повысить эффективность производства и качество бетонных работ, особенно при возведении монолитных конструкций и сооружений в зимнее время и в условиях сухой жаркой погоды.

Наибольшие перспективы применения в построечных условиях имеют электродный прогрев и электрообогрев в различных их разновидностях и сочетаниях.

Методы электродного прогрева по своим потенциальным возможностям в части обеспечения однородности распределения температур (а следовательно, и одинакового темпа нарастания прочности) во всей массе бетона, пределов регулирования скоростью нагрева и максимального использования тепловой энергии непосредственно по назначению стоит на первом месте среди других методов электротермообработки бетона. Однако реализация указанных возможностей связана с определенными требованиями к размещению арматуры в прогреваемой конструкции. Несоответствие этим требованиям характера армирования для большинства монолитных конструкций, а также ряд других недостатков электродного прогрева, не позволяют рассматривать последний в качестве единственного и универсального метода тепловой обработки. Предварительный электроразогрев бетонных смесей не имеет этих недостатков, но область рационального его применения ограничивается конструкциями с модулем поверхности менее 12 м.

В отличие от электродного прогрева электрообогрев может применяться при возведении практически любых конструкций независимо от характера их армирования. Интенсивность теплоподвода к прогреваемой конструкции при этом способе не зависит от токопроводящих свойств твердеющего бетона. Он более электробезопасен, позволяет уменьшить зависимость производства бетонных работ от погодных условий, осуществить предварительный отогрев опалубки  и арматуры, снизить затраты на подготовительные работы непосредственно на строительной площадке, исключить опасность случайных перегревов или недогревов отдельных участков конструкций. Эти преимущества дают основание считать электрообогрев одним из универсальных и эффективных способов, имеющим большую перспективу применения при зимнем бетонировании монолитных конструкций.

Настоящее Пособие позволит инженерно-техническому персоналу строительных и проектно-конструкторских организаций грамотно использовать этот эффективный способ тепловой обработки для решения различных производственных задач.

Пособие разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. Б.А.Крылов, кандидаты техн. наук А.И.Ли и В.И.Грозав, инж. В.П.Маслов) с использованием материалов, представленных ЦНИИОМТП Госстроя СССР (кандидаты техн. наук В.Я.Гендин, Н.И.Евдокимов, В.Д.Топчий, инж. В.В.Шишкин), а также Красноярским ПромстройНИИпроектом Минтяжстроя СССР (канд. техн. наук А.И.Замощик, инж. В.А.Самодеев) и Куйбышевским инженерно-строительным институтом им. А.И.Микояна (канд. техн. наук А.И.Пижов, инж. Б.А.Глухов).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Электрообогрев бетона - один из способов тепловой обработки, основанный на использовании в качестве источника тепла переменного электрического тока промышленной частоты. По сравнению с другими способами электротермообработки он отличается тремя особенностями:

электрический ток преобразуется в тепловую энергию в низкотемпературных электронагревателях, смонтированных на опалубке или в специальных греющих устройствах;

выделяющееся тепло передается нагреваемому бетону в результате непосредственного контакта последнего с термоактивной поверхностью опалубки или греющего устройства;

распространение тепла в толще самого бетона монолитной конструкции происходит за счет теплопроводности.

1.2. Электрообогрев обеспечивает возможность создания и поддержания в монолитных конструкциях благоприятных температурно-влажностных условий для интенсивного твердения бетона в любое время года и во всех климатических зонах, в том числе в районах с вечномерзлыми грунтами.

1.3. Электрообогрев бетона рекомендуется применять в следующих случаях:

когда необходимо в короткий срок сдать бетонируемую конструкцию (сооружение) под нагрузку (в эксплуатацию);

при низких отрицательных температурах окружающей среды, когда использование других методов зимнего бетонирования для данных конструкций не обеспечивает условий для твердения бетона;

для сокращения времени и соответственно затрат труда по уходу за уложенным бетоном в зимнее время и в сухую жаркую погоду;

для гарантированного обеспечения проектных показателей прочности и долговечности бетона, укладываемого в сложных погодно-климатических условиях (в зимнее время, в сухую жаркую погоду и др.);

для предварительного отогрева опалубки и арматуры перед укладкой бетонной смеси;

для отогрева грунтов и частично замороженных участков возводимых конструкций.

1.4. Электрообогрев может использоваться как в качестве активного способа прогрева монолитных конструкций, так и в качестве компенсатора потерь тепла бетоном в окружающую среду. В первом случае электрообогреву допускается подвергать конструкции толщиной до 20 см при одностороннем и до 40 см при двухстороннем подводе тепла. Во втором случае электрообогрев применяется для монолитных конструкций любой массивности с целью предотвращения преждевременного замерзания периферийных слоев бетона или поддержания в этих слоях определенного температурного режима, обеспечивающего благоприятное термонапряженное состояние по сечению бетонируемой конструкции в процессе ее твердения.

1.5. Электрообогрев как способ частичной или полной компенсации теплопотерь в окружающую среду целесообразно применять также при выдерживании монолитных конструкций, бетонируемых из предварительно разогретых паром или электрическим током бетонных смесей, с форсированным электроразогревом в процессе или после укладки смеси, для обеспечения заданного режима остывания.

1.6. При бетонировании монолитных конструкций с использованием электрообогрева должны соблюдаться общие правила производства и приемки работ, регламентированные СНиП III-15-76.

2. РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРООБОГРЕВА И ПОТРЕБНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ

2.1. Основным параметром режима электрообогрева монолитных конструкций является температура на контакте бетона с термоактивной поверхностью греющего устройства (опалубки). Максимальное ее значение не должно превышать 90 °С и зависит от вида и активности цемента, состава бетонной смеси, вида бетонируемой конструкции, требуемой интенсивности твердения бетона и других факторов.

2.2. Продолжительность активного прогрева монолитных конструкций электрообогревом должна обеспечить к моменту его окончания достижение бетоном заданной прочности (распалубочной, критической относительно замораживания или относительно влагопотерь), а к моменту загружения нормативной нагрузкой - прочности, не менее предусмотренной проектом для данной конструкции.

2.3. Электрообогрев как способ активного прогрева монолитных конструкций с точки зрения продолжительности и расхода энергоресурсов наиболее эффективно применять до достижения бетоном прочности не выше 60-70% марочной.

2.4. Активный прогрев монолитных конструкций электрообогревом бетона осуществляется, как правило, по режимам, состоящим из четырех периодов: предварительного выдерживания при низких положительных температурах, подъема температуры до максимально заданного уровня, выдерживания при этой температуре и остывания. При прочих равных условиях такие режимы обеспечивают минимальное время для набора заданной прочности бетона.

2.5. В тех случаях, когда условия производства данной стройки жестко не ограничивают сроки набора прочности бетона, а теплопотери прогреваемой конструкции благодаря ее массивности, хорошей теплоизоляции и других факторов незначительны, с целью уменьшения энергозатрат рекомендуются режимы, в которых взамен изотермического прогрева используется выдерживание по методу пассивного или активного термоса.

2.6. Предварительное выдерживание бетона (до начала его активного прогрева) осуществляется при температуре 0-25 °С, не допуская его замораживания. Предотвращение замораживания бетона при очень низких температурах наружного воздуха может быть обеспечено либо использованием электрообогрева как компенсатора теплопотерь, либо предварительным отогревом опалубки и арматуры.

2.7. При электрообогреве монолитных конструкций скорость подъема температуры на контакте бетона с термоактивной поверхностью греющих устройств (опалубки) не должна превышать 20 °С при модуле поверхности св. 14 м и св. 7 м соответственно при одно- и двухстороннем подводе тепла; 15 °С - при модуле поверхности 10-14 м и 5-7 м соответственно при одностороннем и двухстороннем подводе тепла.

2.8. Для обеспечения более равномерного температурного поля в конструкции на стадии подъема температуры электрообогрев может осуществляться по ступенчатому режиму: например, подъем температуры на контакте с термоактивной поверхностью до 45-50 °С, выдерживание на этом уровне в течение 1-4 ч, вторичный подъем температуры до 70-80 °С и выдерживание при этой температуре до приобретения бетоном заданной прочности.

2.9. В случае отсутствия понижающих трансформаторов с требуемым расчетным рабочим напряжением допускается применять импульсный режим подъема температуры периодическим включением - отключением напряжения, подаваемого на нагревательные элементы греющего устройства (опалубки).

2.10. Поддержание температуры на заданном уровне в процессе изотермического прогрева может осуществляться одним из следующих способов:

плавным изменением рабочего напряжения, подводимого к нагревательным элементам, специальными трансформаторами или регуляторами напряжения;

периодическим включением и отключением греющих устройств;

периодическим включением и отключением отдельных групп нагревательных элементов в греющих устройствах.

2.11. Скорость остывания монолитных конструкций, подвергнутых электрообогреву, должна быть минимальной и не превышать 15 °С/ч при модуле поверхности св. 14 м, 10 °C/ч - при модуле поверхности 10-14 м, 5 °С/ч - при модуле поверхности 5-10 м.

2.12. Общая продолжительность электрообогрева монолитных конструкций зависит от требуемой прочности бетона к моменту распалубки конструкций и назначается в каждом конкретном случае лабораторией по кривым нарастания прочности, полученным по результатам опытных прогревов для данного вида и марки бетона, использованных материалов и других конкретных условий.

2.13. Распалубка монолитных конструкций, подвергнутых электрообогреву, должна быть осуществлена в зимнее время не ранее момента, когда температура в наружных слоях конструкции достигнет 5 °С, и не позже, чем слои остынут до 0 °С, причем для исключения возможности образования трещин перепад температур между открытой поверхностью бетона и окружающей средой в момент распалубки не должен превышать 30 °С. Примерзания опалубки и греющих устройств к бетону допускать нельзя.

2.14. Основной характеристикой греющих устройств для электрообогрева монолитных конструкций является удельная мощность теплового потока, т.е. мощность нагревательных элементов, приходящаяся на 1 м термоактивной поверхности греющего устройства.

2.15. Потребная удельная мощность теплового потока определяется отношением полной электрической мощности, необходимой для осуществления заданного режима прогрева всей железобетонной конструкции или части ее, к площади поверхности, с которой осуществляется подвод тепла, т.е.

, кВт/м,                                                          (1)

где - потребная удельная мощность теплового потока, кВт/м; - полная электрическая мощность, необходимая для прогрева всей железобетонной конструкции или части ее, кВт; - площадь поверхности контакта железобетонной конструкции с греющим устройством (площадь поверхности теплоподвода), м.

2.16. Значение величины определяется из теплотехнического расчета. При этом в случае использования электрообогрева как способа активного прогрева монолитной конструкции теплотехнический расчет должен осуществляться для стадии подъема температуры, когда требуется наибольшая электрическая мощность.

При использовании же электрообогрева как компенсатора теплопотерь, для поддержания изотермических условий прогрева или для осуществления термосного выдерживания (в том числе конструкций, забетонированных из предварительно разогретых смесей) теплотехнический расчет включает в себя лишь определение потерь тепла в окружающую среду с учетом экзотермии цемента.

2.17. Полная электрическая мощность для прогрева монолитной конструкции определяется по следующим формулам:

для стадии подъема температуры

                (2)

для стадии изотермического прогрева

,                                                 (3)

где - мощность, необходимая для нагрева бетона монолитной конструкции по заданному режиму, кВт; - мощность, потребляемая на нагрев опалубки, кВт; - мощность, эквивалентная потерям в окружающую среду на стадии подъема температуры, кВт; - мощность, эквивалентная теплу экзотермии цемента (осредненно принимается равной 0,8 кВт на 1 м бетона); , - соответственно удельная теплоемкость [1,05 кДж/(кг·°С)] и плотность, кг/м, бетона; - объем прогреваемого бетона монолитной конструкции, м; , , - соответственно удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С), плотность, кг/м, и толщина, м, материала отдельных слоев греющего устройства (опалубки); - модуль поверхности монолитной конструкции, м (отношение суммы поверхностей прогреваемой монолитной конструкции к ее объему); - максимальная расчетная температура нагрева бетона монолитной конструкции, °С; - температура уложенного бетона к моменту начала электрообогрева, °С; - расчетная (прогнозируемая) температура окружающей среды в период осуществления электрообогрева, °С; - продолжительность подъема температуры, ч; - расчетный коэффициент теплопередачи греющего устройства (опалубки).

2.18. Удельная мощность теплового потока греющего устройства (опалубки) может быть определена исходя из потребной мощности на прогрев 1 м бетона по формуле