Мощность электроэнергии для прогрева бетона

Что нужно знать об электродном прогреве

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

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

• при вживлении электродов в бетон ток проходит непосредственно через раствор – отсюда вытекает опасность поражения людей и животных;
• допустимое напряжение – 36 В, в противном случае опасность удара током становится критичной;
• сварочный трансформатор не предназначен для таких нагрузок и быстрее изнашивается.

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

4. Подходят электроды четырёх видов:

Вид электродов	Описание	Схема подключения
Пластинчатые	Это металлические пластины, которые помещаются с разных сторон конструкции между бетоном и опалубкой.
Полосовые	Полосы металла 20–50 мм шириной. Подходят для прогрева горизонтальных элементов – например, плит или бетона, который соприкасается с грунтом. Подключаются по очереди к разным фазам с одной стороны конструкции, либо с разных сторон аналогично пластинчатым электродам.	>
Струнные	Размеры: 2–3 м в длину и 15 мм в ширину. Часто используются при прогреве колонн. Устанавливаются в центре конструкции. Электрическое поле образуется между опалубкой с токопроводящим листом и струной.
Стержневые	Подходят для конструкций сложной формы. Вставляются прутья арматуры диаметром до 15 мм, после чего их подключают к различным фазам трансформатора. Обеспечивают сквозной прогрев.

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

Отправить заявку

Прогрев бетона проводом ПНСВ

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

требует точных расчетов и подготовительных работ.

Что нужно знать о проводе ПНСВ

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

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

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

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

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

Пример техники: Подстанция для прогрева бетона КТПТО-80
Отправить заявку

Электропрогрев опалубки (контактный метод)

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

Минусы: трудоемкость изготовления; низкий КПД (при заливке фундамента смесь нагревается лишь частично).

Индукционный обогрев

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

Расход электроэнергии достигает 150 кВт/ч на 1 м3 бетона.

Плюсы: низкая цена; равномерный прогрев.

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

Отправить заявку

Инфракрасный подогрев

Инфракрасные лучи нагревают поверхность непрозрачных объектов, распространяя тепло на весь объем. При применении инфракрасного подогрева бетонную конструкцию необходимо окутать прозрачной пленкой – она задержит тепло, пропустив лучи через себя. Подходит для прогрева железобетона.

Плюсы: простота и доступность.

Минусы: подходит только для небольших, тонких конструкций; инфракрасное тепло распространяется неравномерно.

Инфракрасный нагреватель должен быть устойчивым к сильному ветру и способным долгое время работать без дозаправки.

Источник



Пример расчета электродного прогрева бетона

Исходные данные:

Назначить режим тепловой обработки, определить электрическую мощность на период подъема температуры Р_п и изотермического выдерживания Р_и, продолжительность изотермического выдерживания τ_и до набора бетоном 50% марочной прочности, а также найти рабочее напряжение при электродном прогреве монолитной конструкции.

Бетон класса В25 (М300) на портландцементе М400 Ангарского завода. Опалубка дощатая толщиной 40 мм. Начальная температура бетона t_б.н.=16ºС. Температура наружного воздуха t_н.в.= -21 ºС, скорость ветра 5 м/с. Конструкция армирована сеткой с размером ячейки 250×250 мм.

Определение параметров режима тепловой обработки (раздел 2.1)

1. Площадь поверхности и объем конструкции:

F = 2 · 3 · 2 + 2 · 2 · 0,25 + 2 · 3 · 0,25 = 14,5 м 2 ;

V_б= 3 · 2 · 0,25 = 1,5 м 3 .

2. Модуль поверхности конструкции: М_п = = = 9,67 м -1 .

3. Коэффициент теплопередачи опалубки К = 3,6 Вт/м 2 · о С (табл. П3.3 прило-

4. Принимаем скорость подъема температурыU = 3 °С/ч, температуру изотермического выдерживания t_и= 50 °С.

5. Определяется продолжительность периода подъема температуры τ_п и средняя температура бетона t_срв этот период:

6. Средняя температура t_б.ср и продолжительность τ_о периода остывания рассчитываются по формулам (2.3 и 2.4):

t_о = = = 27,0 ч

где t_б.к = 0°С – температура бетона к концу остывания; С_б = 1,05 кДж/кг· о С – удельная теплоёмкость бетона; g = 2400кг/м 3 – плотность бетона; К – коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м 2 ·°С.

7. Продолжительность периода изотермического выдерживания определяется графическим способом по графикам нарастания прочности бетона (приложение 11):

Продолжительность периода изотермического выдерживания равна

8. Общая продолжительность выдерживания бетона рассчитывается как сумма отдельных периодов:

τ = τ_п + τ_и + τ_о = 11,3 + 10 +27 = 48,3 ч

9. Графическое изображение режима тепловой обработки:

Расчет требуемой мощности (раздел 2.2)

1. Определяется удельная электрическая мощность, необходимая для

нагрева бетона Р_б на стадии подъема температуры:

где С_б=1,05 кДж/кг·°С – удельная теплоемкость бетона, равная; γ_б = 2400 кг/м 3 – плотность бетона,; U = 3 °С/ч – скорость подъема температуры.

2. Определяется удельная электрическая мощность, необходимая для

нагрева опалубки Р_оп:

U = = 0,41 кВт/м 3

где С, γ_, δ – соответственно удельная теплоемкость (кДж/кг·°C), плотность (кг/м 3 ) и толщина (м) дощатой опалубки (приложение 4).

3. Определяется удельная электрическая мощность, требуемая для

нагрева арматуры Р_а:

где С_а = 0,465 кДж/кг·ºC – удельная теплоемкость стали (приложение 4);р – удельный расход арматуры на кубометр бетона, кг/м 3 (принимается равным 200 кг/м 3 ).

4. Находится удельная электрическая мощность, необходимая для ком-

пенсации потерь тепла в окружающую среду Р_потерь:

где К = 3,6 Вт/м 2 ·°С– коэффициент теплопередачи опалубки; t_и – температура изотермического выдерживания, °С; t_н.в – температура наружного воздуха, °С.

5. Определяется удельная электрическая мощность Р_п, требуемая на ста-

дии подъема температуры:

= 2,1 + 0,41 + 0,08 + 2,47 – 0,8 = 4,26 кВт/м 3

где Р_э= 0,8 кВт/м 3 – удельная электрическая мощность, соответствующая интенсивности тепловыделения цемента.

6. Удельная электрическая мощность, требуемая для тепловой защиты

конструкции в период изотермического выдерживания Р_и, рассчитыва-

ется по формуле:

= 1,16 · 10 -3 · 3,6 · 9,67·(50–(-21)) = 2,87 кВт/м 3

Расчет параметров электродного прогрева

1. Для электродного прогрева заданной конструкции выбираем стержневые электроды диаметром 4 мм, устанавливаемые горизонтально через отверстия в опалубке до укладки бетонной смеси. Расстояние между электродами принимаем равным 0,25 м в обоих направлениях: в соответствии с размерами ячеек арматурной сетки.

2. Удельное электрическое сопротивление бетона определяется по формуле (2.14):

= =7,8 Ом·м

где ρ_нач. и ρ_min – соответственно начальное и минимальное удельное электрическое сопротивление бетона (находятся по табл. приложения 8 для Ангарского цемента), Ом·м.

3. Для стержневых электродов, устанавливаемых в виде плоских электродных групп, удельная электрическая мощность определяется по формуле (приложение 10):

где d – диаметр электрода, м; h – расстояние между электродами в плоской группе, м; b – расстояние между группами электродов, м; α = 1,5 при трехфазном токе.

4. Выделив из приведенной формулы напряжение U и подставив мощность на период подъема температуры Р_п, рассчитаем величину рабочего напряжения на период подъема температуры U_п:

5. Подставив в полученную формулу мощность на период изотермического выдерживания Р_и, рассчитаем величину рабочего напряжения на период подъема температуры U_и:

U_и = = 58 В

6. Для трансформатора марки КТП-ОБ-63 (приложение 13) величина рабочих ступеней на периоды подъема температуры и изотермического выдерживания соответственно составят 70 и 60 В.

7. Удельные затраты электроэнергии на тепловую обработку 1 м 3 бетона составят:

Э = Р_п· τ_п + Р_и· τ_и = 4,26 · 11,3 + 2,87 · 10 = 76,8 кВт·ч/м 3

Источник

Ускорение твердения бетона методами электротермообработки

Электротермообработка является основным методом интенсификации твердения бетона при возведении монолитных конструкций зданий и сооружений в зимнее время. Не менее эффективной она оказалась и в летнее время, поскольку обеспечивает быстрое твердение бетона при незначительных затратах электроэнергии. В районах с сухим и жарким климатом применение электротермообработки позволяет благодаря интенсификации твердения связать значительную часть воды затворения химически и физически и тем самым избежать трещинообразования в конструкциях при высыхании бетона в раннем возрасте. Электротермообработка бетона объединяет группу методов, основанных на использовании тепла, получаемого от превращения электрической энергии в тепловую. Это может происходить или непосредственно в материале, когда электрический ток пропускается через бетон, или в различного рода электронагревательных устройствах, от которых тепло подводится к бетону радиационно, кондуктивно или конвективно.

Разнообразие методов электротермообработки позволяет в каждом конкретном случае (в зависимости от вида конструкции, ее размеров, конфигурации, характера армирования и т.д.) выбирать наиболее эффективный из них.

Выбор наиболее рационального метода электротермообработки бетона диктуется не только особенностями прогреваемой конструкции, но и возможностями самого метода, которые следует хорошо знать. Для этого, крайне необходима классификация методов электротермообработки, которая поможет грамотно выбрать такой из них, который будет для конкретных условий наиболее выгоден и с технической и с экономической точек зрения.

Существующие методы электротермообработки бетона можно разделить на три большие группы, если в основу положить принцип превращения электрической энергии в тепловую: непосредственно в бетоне или бетонной смеси (электродный прогрев), электрообогрев, индукционный прогрев.

Электродный прогрев бетона осуществляется непосредственно в конструкции и относится к наиболее эффективным и экономичным видам электротермообработки.

При этом методе представляется возможным поднимать температуру материала до требуемого уровня за любой промежуток времени — от нескольких минут до нескольких часов.

Электрообогрев с помощью электронагревательных устройств осуществляется путем подачи тепла к поверхности бетона радиационно или конвективно от источников превращения электрической энергии в тепловую — нагревателей инфракрасного излучения или низкотемпературных нагревателей (сетчатых, коаксиальных, ТЭНов и др.). Во внутренние слои конструкции тепло передается путем теплопроводности. При установке нагревателей непосредственно в бетон, передача тепла осуществляется кондуктивно.

Прогрев бетона в электромагнитном поле производится путем передачи тепла кондуктивно от разогревающихся вихревыми токами стальных элементов опалубки, арматуры и закладных частей. Непосредственного воздействия на бетон электромагнитное поле с применяющимися на практике параметрами не оказывает и во внутренние слои материала тепло передается путем теплопроводности. Рассмотрим подробнее основные методы электротермообработки бетона и области их применения.

1. Электродный прогрев

а) сквозной

Краткая характеристика и рациональная область применения: прогрев монолитных бетонных конструкций и малоармированных железобетонных конструкций путем пропускания тока через всю толщу бетона. Применение наиболее эффективно для ленточных фундаментов, а также колонн, стен и перегородок толщиной до 50 см, стен подвалов.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 80 — 110

Примечание: Режимы прогрева мягкие. Скорость подъема температуры должна быть по возможности мягкой 8-10°С/ч, но не превышать 20°С/ч. В качестве электродов используются стержни и струны диаметром не менее 6 мм, пластины или полосы шириной не менее 20 мм, выполненные из листовой стали и закрепленные на опалубке.

б) периферийный

Краткая характеристика и рациональная область применения: Прогрев периферийных зон бетона массивных и средней массивности бетонных и железобетонных монолитных конструкций. Применяется в качестве одностороннего прогрева конструкций, имеющих толщину не более 20 см и двухстороннего прогрева при толщине конструкции более 20 см. К таким конструкциям относятся: ленточные фундаменты, бетонные подготовки и полы, плоские перекрытия и доборные элементы, стены, перегородки и т.д.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 90 — 120

Примечание: При прогреве массивных конструкций необходимо поддерживать температуру в периферийных слоях на 5-10°С ниже или на уровне температуры в ядре. Режимы прогрева — мягкие. Скорость подъема температуры — не выше 15°С/ч. В качестве электродов применяются полосы, ленты из сплошного или напыленного металла, закрепленные (напыленные) на опалубку или на специальные щиты, устанавливаемые на неопалубленную поверхность конструкции (при прогреве бетона в конструкциях с большой открытой поверхностью).

2. Форсированный электроразогрев:

а) предварительный электроразогрев бетонной смеси

Краткая характеристика и рациональная область применения: бетонная смесь быстро разогревается вне опалубки, быстро укладывается, уплотняется в горячем состоянии и укрывается. Применяется при возведении массивных монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 40-80

Примечание: Для конструкций с Мп 6 необходим дополнительный прогрев или обогрев бетона.

б) форсированный электроразогрев бетона в конструкции с повторным уплотнением

Краткая характеристика и рациональная область применения: бетонная смесь в холодном состоянии укладывается и уплотняется в опалубке, а затем быстро разогревается и повторно уплотняется. Применяется при возведении монолитных бетонных и мало армированных железобетонных конструкций, дорожных покрытий.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 40-60

Примечание: Для конструкций с Мп 6 необходим дополнительный прогрев или обогрев бетона.

3. Электрообогрев:

а) с помощью низкотемпературных электронагревателей

Краткая характеристика и рациональная область применения: обогрев монолитных конструкций с помощью вмонтированных жестких в виде пластин электронагревателей в опалубку или гибких — в греющие маты и одеяла. Применяются практически для всех видов конструкций.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 100-130

Примечание: Обогрев осуществляется по мягким режимам. Опалубка или маты с вмонтированными электронагревателями должны иметь теплоизоляцию с наружной стороны для предупреждения больших теплопотерь в окружающую среду. В качестве нагревателей используются:
A) трубчатые ТЭНы, трубчато-стержневые, уголковостержневые, коаксиальные и др.;
Б) плоские — сетчатые, пластинчатые и др.;
B) струнные – стальная или нихромовая проволока и др.

б) с помощью греющего провода

Краткая характеристика и рациональная область применения: прогрев бетона с помощью греющего провода, закладываемого в бетон. Применяется для прогрева бетона в любых конструкциях.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 80-110

Примечание: Обогрев греющим проводом, устанавливаемым в бетон прогреваемой конструкции. Эти нагреватели имеют температуру на контакте с бетоном — не выше 80°С, а в воздушной среде она может подняться до 300°С.

в) с помощью высокотемпературных нагревателей инфракрасного излучения

Краткая характеристика и рациональная область применения: обогрев бетона осуществляется по периферийным зонам конструкции путем подачи тепла непосредственно на бетон или опалубку. Применяется при возведении монолитных конструкций различной конфигурации и армированных по любой схеме, а также при сушке теплоизоляционного бетона и штукатурки.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 120 -200

Примечание: Обогрев осуществлять с обязательной защитой неопалубленных поверхностей от потерь влаги. Температура на обогреваемой поверхности не должна превышать 80-90°С. В качестве нагревателей используются лампы, трубчатые, спиральные, проволочные и другие нагреватели — с температурой на поверхности нагревателя выше 300°С.

4. Нагрев бетона в электромагнитном поле (индукционный)

Краткая характеристика и рациональная область применения: Нагрев железобетонных конструкций линейного типа с равномерно распределенной по сечению арматурой путем устройства индуктора вокруг элемента. Применяется при прогреве густоармированных монолитных конструкций, с равномерно распределенной по сечению арматурой, таких как: колонны, ригели, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, стволы труб и силосов, коллекторы и опускные колодцы, сваи и перемычки, а также при замоноличивании стыков каркасных конструкций.

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 110 -150

Примечание: режимы прогрева — мягкие. Скорость подъема температуры — не выше 20°С/ч. Нагрев бетона происходит от нагреваемой в электромагнитном поле арматуры или обогрев бетона от металлической опалубки. Нагревание бетона через арматуру или обогрев его опалубкой производить по мягким режимам. Температура на контакте арматуры или опалубки с бетоном не должна превышать 80°С.

5. Конвективный прогрев с применением электрокалориферов

Краткая характеристика и рациональная область применения: Применяется для обогрева бетона в перекрытиях, стенах, перегородках (замкнутые пространства)

Ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 бетона, кВт/ч: 120 — 200

Примечание: режимы прогрева мягкие. Прогрев бетона осуществляется нагретым воздухом, перемешиваемым вентиляторами. Нагретый воздух может подаваться по шлангам в местные брезентовые тепляки вокруг прогреваемых конструкций.

Интенсификация твердения бетона при применении методов электротермообработки является следствием повышения химической активности воды и вследствие этого ускоренного протекания физикохимических процессов при повышении температуры (как и при других методах термообработки бетона).
В этом случае образующиеся при твердении бетона фазовый состав новообразований и структура при обеспечении соответствующих температурно-влажностных условий идентичны таковым у бетонов, твердеющих в нормальных условиях.
Электротермообработка при оптимальных режимах прогрева, обеспечивает получение бетонов с заданными физико-механическими свойствами (прочностью на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкостью, сцеплением с арматурой и др.), существенно не отличающимися от свойств бетонов, твердевших в нормальных условиях.

Источник