Прогрев бетона электродами: технология и особенности

Прогрев бетона электродами помогает сохранить необходимые параметры твердения раствора при заливке в холодное время. Этот способ подразумевает вживление в бетон или расположение на его поверхности электродов, которые затем подключают к трансформатору. В результате между ними образуется электрическое поле, согревающее бетон. Подбирая и регулируя выходные параметры трансформатора, можно добиться необходимой температуры прогрева бетона.

Важно помнить, что электрическое сопротивление бетона меняется по мере его твердения, причем проиходит это далеко не линейно:

Минусами метода считают

Значительные трудозатраты на подготовку прогрева
Необходимость индивидуальных расчетов на каждую конструкцию: с разработкой электрической схемы и расстановкой электродов, а также с корректировкой по температуре наружного воздуха в процессе обогрева
Требуется электроэнергии больше, чем при прогреве проводом – от 850 кВт на 3 м3 уложенного бетона
Сложно применить для фундаментных плит: приходится применять одновременно поверхностный и периферийный прогрев
Требуется дорогостоящее и массивное оборудование – комплектная трансформаторная подстанция (КТПТО – 80) наружной установки или трансформатор для условий работы при температурах от -45⁰С. Практически все модификации станций прогрева оборудованы средствами автоматики и контроля, могут работать в авторежиме, имеют защиту от перегрузок.

Суть метода электродного прогрева – электроды различного типа, конфигурации и материала вживляют в бетон или устанавливают на поверхностях забетонированной конструкции. Реже используют в качестве электродов армокаркас, поскольку экономия на расходных электродах не восполняет энергозатрат, которые при таком способе значительно выше.

После подключения к источнику переменного напряжения (через понижающий трансформатор) образуется трехфазная цепь, в которой одним из проводников является бетонная смесь. При прохождении тока образуется электрическое поле и происходит выделение тепловой энергии, которая и требуется для обогрева бетонной конструкции. Количество электродов рассчитывают предварительно, а температуру бетона и корректировку прогрева (в том числе и по погодным условиям) производят подбором и регулировкой выходных параметров трансформатора. Необходим постоянный контроль работы оборудования, температуры наружного воздуха и поверхности бетонной конструкции.

В процессе твердения бетона его электрическое сопротивление изменяется, в сложной нелинейной зависимости. Начальное сопротивление зависит от вида бетона, водоцементного отношения и от активности вяжущего – цемента. Цементы разных заводов дают значительные вариации удельного электросопротивления приготовленных бетонов — от 8,5 до 16,5 Ом. Зависимость прохождения тока и нагрева от фазы твердения бетона также учитывается при расчетах схем и нагрузок.

Практически все несущие конструкции, применяемые в частном строительстве, армируются стальной стержневой арматурой – прутком, а данный вариант определяет максимально разрешенное напряжение 127В. Использовать напряжение более 127В разрешено только при техническом обосновании, на локальных участках и при наличии специальных проектных разработок.

Изменение удельного сопротивления в процессе электропрогрева бетонов различных марок

Завод-изготовитель цемента	Начальное удельное электросопротивления,Ом	Минимальное удельное электросопротивления,Ом
Белгородский	18,8	12,2
Жигулевский	9,6	7,4
Подольский	11,5	9,7
Ростовский	8,5	7,2
Спасский	8,0	4,9
Теплоозерский	9,2	6,8

Поверхность раствора по окончании бетонирования и установки электродов укрывают утепляющими материалами. Прогревать бетон с не укрытыми поверхностями не допускается.

Электродный прогрев хорошо сочетаем с выдерживанием бетона методом термоса. Электродами прогревают только внешние слои во избежание потери тепла, полученного раствором перед заливкой.

Тмо для прогрева бетона назначение, характеристики,

Обогрев бетона ТМО – это разработка, разрешающая создавать литьё и укладку товарного бетона в монолитном постройке при отрицательных температурах без нарушения технологического процесса, снабжающего материалу твердения и нормальные условия созревания. Мы желаем поведать о характеристиках и назначении оборудования для трансформаторного прогрева бетона.

Методы

Существуют разные методы обогрева бетона для литья и зимней укладки.

С разной частотой применяют такие технологии:

Сооружение укрытий, теплушек, прочих конструкций и надстроек, мешающих прямому контакту рабочей территории с холодным воздухом. Довольно часто используется совместно с обогревателями на электрическом, твердотопливном, дизельном либо газовом питании. Относится к дорогостоящим и малоэффективным методам, негодным для масштабных объектов;
Применение опалубки с подогревом. Предполагает наличие особого оборудования для сооружения опалубки с обогревающими элементами, и комплекса соединительных и питающих проводов, трансформаторов и защиты системы и автоматики управления. Подходит для маленьких конструкций, стен и других стандартных элементов;
Электродный обогрев бетона. Основан на тепловом эффекте, характерном для прохождения электрического тока через проводник с сопротивлением, лишь проводником тут есть сам раствор. Отличается низким КПД и громадными затратами энергии, пригоден для заливки вертикальных стен, колонн и диафрагм;
Прогрев бетона посредством провода ПНСВ (1, 2). В опалубки укладывается особый провод, который нагревается при прохождении через него электрического тока. Прогрев бетона ТМО и проводами отличается высоким КПД и низкими затратами энергии, подходит для разных, а также массивных и нестандартных конструкций, отличается сложной подготовкой;
Инфракрасный нагрев. Тут раствор подогревают особыми излучающими матами, но существует неприятность испарения воды. Метод пригоден для плит и маленьких горизонтальных и тонкостенных конструкций;
Индукционный обогрев. Основан на явлении электромагнитной индукции: катушка с проводником формирует переменное электромагнитное поле, которое наводит ток в арматурном каркасе конструкции, в следствии чего она нагревается. Отличается сложным расчётом и дорогим оборудованием теплового эффекта и количества витков.

Обратите внимание! Анализ всех способов увеличения температуры раствора разрешает выделить обогрев посредством проводов как наиболее универсальный и действенный, актуальный для конструкций разных форм и размеров и пригодный для работы с громадными объемами бетона. Потом мы рассмотрим главный источник питания для систем электрического обогрева бетона – станции и трансформаторы, снабжающие преобразование сетевого напряжения до приемлемых значений, и регулировку и подачу рабочего тока на объекте.

Потом мы рассмотрим главный источник питания для систем электрического обогрева бетона – станции и трансформаторы, снабжающие преобразование сетевого напряжения до приемлемых значений, и регулировку и подачу рабочего тока на объекте.

Зачем греть бетон

Особенности строительства ленточного фундамента зимой

Не секрет что применение цементосодержащих растворов осуществляется как в летнее, так и в зимнее время. Более того, ситуация в строительной индустрии подчас складывается таким образом, что отменить эти работы по причине «плохой» погоды нельзя.

Выходом из затруднительной ситуации стал обогрев бетона в зимнее время. Для того чтобы понять принцип сохранения эксплуатационных свойств материала, рассмотрим особенности его приготовления.

При существенных снижениях температуры, как это бывает зимой, вода замерзает. Следовательно, этот принципиально важный компонент не может участвовать в химических реакциях, которые протекают при формировании структуры бетона.

Более того, полностью прекращается гидратация сухих наполнителей, за счет чего становится невозможным твердение раствора до того состояния, когда может быть применена резка железобетона алмазными кругами.

Ещё одна важная причина для того чтобы подумать о том, как прогреть бетон в зимнее время, это внутреннее давление, растущее в толще материала. За счет прироста водного объема (в среднем на 10%), бетон разрушается, так как вышеперечисленным причинам не может затвердеть и окрепнуть.

Разумеется, по мере размораживания льда процесс гидратации возобновляется, но уже разрушенная конструкция смеси не способна полностью восстановиться. В итоге, прочностные характеристики бетона сильно снижаются, что негативно сказывается на долговечности строительных объектов и сооружений.

Итак, мы выяснили, что технология подогрева бетона в зимнее время целесообразна и необходима, теперь рассмотрим основные способы контроля температуры строительного материала.

Технология прогрева бетона

На фото — бетонирование с помощью термоматов

Поскольку цементосодержащие растворы применяются с давних пор, недостатка в способах контроля температуры бетона нет.

Тем не менее, наибольшую популярность получили следующие методы:

применение противоморозных наполнителей, которые добавляются в состав на стадии производства смеси;
использование «метода термоса»;
прогрев бетона специализированными источниками тепла.

Рассмотрим каждый из вышеперечисленных методов подробнее.

Противоморозные добавки

Применение специальных противоморозных добавок применяется с давних пор. Этот метод эффективен, прост в реализации и цена применяемых ингредиентов невысока. Главным преимуществом данного способа является отсутствие необходимости в разогреве раствора, так как материал не замерзает, несмотря на отрицательные температуры в толще.

Тем не менее, этот метод имеет свои температурные ограничения. К примеру, наиболее востребованную добавку — нитрат натрия можно добавлять в бетон при температуре воздуха не ниже чем минус 15°.

Метод термоса

На фото опалубка, утепленная подручными средствами

«Метод термоса» — это более инновационная технология, в соответствии с которой готовый бетонный раствор заливается в утепленную опалубку. Температура внутреннего объема опалубки может достигать +25°С. Конструкция опалубки герметичная, в результате раствор приобретает требуемую прочность за счет сохранённого тепла и экзотермических выделений, исходящих от цемента.

Данная технология разогрева бетона предусматривает применения быстротвердеющих марок цемента. Эффективным решением является добавление в состав специальных добавок, ускоряющих ход твердения (нитрат натрия, кальций хлористый, калий углекислый и т.д.).

На фото — процесс укладки предварительно нагретого бетона

Отдельной разновидностью этой технологии является так называемый «горячий термос». В данном случае бетон сначала разогревается до температуры +70°С и заливается в термоизолированную опалубку.

Требования безопасности при электродном прогреве

Прогрев конструкций, армируемых стержневой арматурой, выполняют при пониженном напряжении – от 60 до 127В. Чтобы прогревать густоармированные конструкции при более высоких напряжениях, требуется отдельный расчет и проект. Подключают напряжение выше 127В в отдельных случаях:

Бетонный элемент не включает армокаркас
Участок прогрева локальный, конструкция отдельно стоящая и никак не связана с арматурными каркасами, закладными деталями и любыми токоведущими элементами соседних конструкций
Конструкции могут быть прогреты электродным методом при напряжении питания до 380В только в тех случаях, когда невозможно короткое замыкание на армокаркас (то есть массив состоит только из бетона). Прогрев на высоком напряжении может быть разрешен по расчету только для конструкций без арматуры. Работы по прогреву или обогреву армированного бетона и грунтов с применением напряжения 380В запрещены

При всех работах по электропрогреву обязательны к выполнению правила электробезопасности.

Технические условия прогрева

Необходимо соблюдать следующие требования к проводам:

минимальная температура для использования кабелей и специальных мер по утеплению зимой составляет +5°С;
рекомендуется обогрев смеси до +8°С (не более +50°С);
следует подбирать с такими параметрами, чтобы раствор не терял влагу;
важен постоянный контроль температурного режима;
при температуре окружающей среды ниже -30°С становится неэффективным;
после бетонирования прогрев следует выполнять в течение 5-7 суток.

Важно использовать качественный провод при бетонировании:

ПНСВ – нагревательный кабель с оцинкованной стальной жилой в поливинилхлоридной изоляционной оболочке;
ПТПЖ – двухжильный, аналогичный первому виду, но с полиэтиленовым покрытием.

ПНСВ выпускается с широким выбором поперечных сечений жил от 1,0 до 6,0 мм2, что позволяет выбрать и купить подходящий вариант для проведения бетонирования зимой по оптимальной цене. По гибкости он относится к самому низшему классу, третьему, но его вполне достаточно, так как предельный радиус изгиба составляет 5 диаметров от толщины провода.

ПВХ оплетка весьма эффективна, так как даже на предельных токовых нагрузках она не плавится, не искрит и сохраняет герметичность. Толщина – от 0,4 до 1 мм, ПНСВ выдерживает нагрев до +80°С, которого с запасом хватает для основной сферы его применения. Удельная мощность тепловыделения – от 20 до 40 Вт/м2, зависящая от сечения жилы.

Срок эксплуатации составляет не менее 16 лет при условии соблюдения технических требований. К основным преимуществам можно отнести стойкость к повышенной влажности, кислотной и щелочной средам. Сначала рассчитывают количество и параметры кабеля ПНСВ, чтобы достичь необходимого теплового режима. В нем учитывается среднесуточная температура, время прогрева и схема укладки. Решение этой комплексной задачи следует доверять только специалистам.

Монтаж провода марки ПНСВ выполняется в такой последовательности:

определяется оптимальная длина отрезка 17-28 м, при которой будет обеспечена необходимая тепловая мощность, а максимальный ток равнялся 15 А;
равномерно укладываются участки в виде петли или змейки с интервалом 5 см так, чтобы концы выходили на одну сторону плоскости;
нельзя допускать, чтобы кабель касался других материалов;
осуществляется подключение к одно- или трехфазной (по схеме звезды или треугольника) сети электропитания посредством ПВ1;
необходимо, чтобы стык нагревательного и соединяющего проводов находился на бетонной поверхности в целях обеспечения техники безопасности.

Прежде чем купить кабель ПНСВ, важно обратить внимание на наличие оцинкованных жил, так как иногда производители в целях удешевления делают обычные стальные, которые в условиях повышенной влажности окисляются и теряют свои свойства.

Чтобы обеспечить нагрев до заданной температуры, обычно требуется 1,2-1,3 кВт для провода сечением 1,2 мм2. Поэтому применяют понижающие трансформаторы для получения напряжения 70 Вт и силы тока в интервале 14-18 А. В некоторых случаях используют подключение к сварочному аппарату, при условии внесения соответствующих изменений в схему и правильной настройке параметров питания.

Использование провода ПТПЖ эффективно при температурах окружающей среды выше -15°С. Пиковый нагрев – до +60°С. Максимальное напряжение, на которое рассчитаны жилы – 1,5 кВ, срок эксплуатации – до 10 лет.

Данный кабель имеет ряд особенностей, касающихся укладки и подключения:

соединительные провода для подключения ПТПЖ должны иметь «холодные» концы, то есть меньшее удельное сопротивление;
минимальный шаг между линиями нагрева – 15 мм;
если не соблюдать температурный режим, то изоляция может повредиться и возникнет короткое замыкание;
для повышения качества прогрева кабели оборачивают фольгой, увеличивая тем самым его площадь;
схема укладки аналогичная, но можно соединять две жилы на одном из концов, создавая таким образом петлю, но мощность тока придется снизить, так как велика вероятность локального перегрева раствора;
при монтаже при температуре ниже -10°С важна аккуратность, так как велика вероятность повреждения изоляционной оплетки.

Для снижения стоимости стяжек применяют кабеля с сечением 0,6 мм, которые легко укладывать, радиус их изгиба минимален, а также невысокие требования к питанию.

Установка электродов в конструкцию

Местные перегревы бетона крайне негативно влияют на его итоговую прочность, поэтому все электроды вне зависимости от их типа устанавливают наиболее равномерно. Минимальные расстояния по осям электродов при использовании выходного напряжения трансформатора 65В – 200 мм; при напряжениях от 85 до 120 В – минимум 350-400 мм. Чтобы минимизировать риск местного перегрева, применяют групповые схемы расстановки электродов, и подключают на одну фазу электропитания сразу группу электродов. Распределение электродов в группе и интервалы определяются проектом.

Установку и крепление электродных групп и отдельных электродов выполняют с учетом безопасных расстояний до армокаркаса. Недопустимы смещения и соприкосновения токопроводящих частей и стальной арматуры. В случае, если на арматуру окажутся замкнуты два электрода, подключенных на разные фазы, обеспечено К/З, результатами которого будут перегорание проводов тоководов, возможен расплав и поломка деталей трансформатора.

Процесс бетонирования – укладку и уплотнение бетонной смеси – выполняют с осторожностью, чтобы не допустить смещения электродов от проектного положения и их касания к арматуре.

Минимальные расстояния от электродов до арматурных стержней каркаса во время выхода на режим прогрева при напряжении:

55 В – 50 мм.
65 В – 70 мм.
85 В – 100 мм.
110 В – 150 мм.

Если не выдерживаются минимальные расстояния, то местные перегревы бетона неизбежны. Поэтому в случаях, когда по габаритам конструкции или по схеме минимум разделения обеспечить невозможно, то выполняют электроизоляцию тех участков электродов, которые приходятся на опасно малое расстояние от арматуры. Изоляцию делают, надевая на электрод эбонитовую трубку. Металл полосовых электродов обворачивают рубероидом в два слоя, при этом длина изоляции – 100-120 мм.

Все поверхности прогреваемого бетона должны быть теплоизолированы, прогрев без укрытия не допускается.

Если массивные и протяженные конструкции (модуль поверхности до 6) обогреваются электродами периферийно, по внешним граням и выдерживаются термосом, то минимальное расстояние при любой расстановке полосовых электродов по углам конструкций – 200-220 мм; на прямых участках – до 300-350 мм.

Режим и расстановку электродов назначают согласно расчетов, и нарушения проекта и технологии прогрева могут привести к местным или обширным пережогам бетона или перегревам бетонной смеси выше ста градусов, что для бетона может стать фатальным – не просто привести к недостаточному набору прочности, а вызвать глубокие трещины в конструкциях.

При выполнении режима прогрева необходим строгий контроль температуры бетона. На практике регулируют режим прогрева, включением и отключением групп электродов или прогрева полностью, при этом стремясь к плавным изменениям температур. Станции прогрева бетона оборудованы КИПами для автоматического контроля силы тока, напряжения и температуры бетона. Первые три часа после выхода на режим прогрева проводят контроль температуры один раз в час, затем – один раз в два –три часа. Также периодически проверяют состояние теплоизоляции конструкций.

Режимы электропрогрева могут быть различны

Двухстадийный прогрев – нагрев уложенной смеси и изотермическая выдержка. На момент отключения питания бетон должен набрать определенную прочность (устанавливается проектом в процентах от марочной прочности и зависит от ответственности, нагрузок, условий работы будущей конструкции, вида бетона и пр.). Прогрев в две стадии с изотермией назначают для конструкций, имеющих модуль поверхности больше 15.
Трехстадийный прогрев – нагрев, изотермическая выдержка и остывание. Требуемая прочность будет обеспечена к моменту остывания прогреваемых конструкций. Применяют режим для элементов, имеющих степень массивности от 6 до 15.
Две стадии – нагрев и остывание с выдержкой термосом, с полной теплоизоляцией конструкции и/или применением греющей опалубки, в зависимости от значений минусовых температур атмосферного воздуха. Критическая прочность обеспечивается к завершению остывания бетона. Режим назначают для элементов, имеющих степени массивности до 6.

После уплотнения бетона в конструкции подключают питание электродов, при этом минимум температуры бетонной смеси составляет +5⁰С. Затем нагрев увеличивают, при этом скорость повышения температуры следует держать не больше 8 градусов в час при прогреве элементов со степенью массивности от 3 до 6, 10 градусов в час – соответственно для конструкций со степенью массивности от 6, и 15 градусов в час – для стоечно-балочного каркаса и тонких стен (120 – 150 мм) протяженностью до 5,75-6,0м.

Для различных видов цемента рассчитаны предельные допуски температур бетона при любых режимах электропрогрева. В частном строительстве в основном применяют портландцемент ПЦ400 и ПЦ500 (быстротвердеющий). Для данных марок цемента установлены пределы температур при модулях поверхности соответственно:

От 16 до 20 — +55⁰С.
От 10 до 15 — +65⁰С.
От 6 до 9 — +70⁰С.

Время изотермической выдержки зависит от вида вяжущего (активности цемента), температурных параметров прогрева и назначенной проектом прочности бетона. Это время определяется по видам бетонов и проверяется лабораторно – испытанием кубиковой прочности на сжатие. Скорость остывания бетонной конструкции должна быть минимальная, предел составляет для элементов с модулем поверхности:

От 6 до 10 — 10 градусов/час.
От 10 и выше — 5 градусов/час.

Распалубку бетона выполняют не ранее, чем поверхность его остынет до +5⁰С, но при этом нельзя допускать смерзания опалубки с бетоном. После распалубки бетон повторно теплоизолируют в случаях, когда разница температуры атмосферного воздуха и бетонных поверхностей больше 20 градусов.

Характеристики ПНСВ

Если говорить о технических параметрах провода для прогрева бетона, то провод ПНСВ характеризуется следующими показателями:

сопротивлением 0,15 Ом/м;
температурным режимом от -60 до +50 оС;
расходом порядка 50-60 м на 1 м3;
возможностью прокладки провода при температуре от -25 до +50 оС (но, монтажные работы рекомендуется производить при температуре не ниже -15 оС).

При этом рабочий ток нагревательного провода, располагающегося в бетонной толще, составляет 14-16 А.

Важно! Показатели рабочего тока «работают» только, когда провод находится непосредственно в бетонной массе. Если подключить его на открытом воздухе, система подогрева бетона перегорит

ПНСВ провод для прогрева бетона крепится на сетке армирующего каркаса и питается от понижающего трансформатора (лучше, если он будет состоять из нескольких ступеней, тогда вы сможете менять интенсивность нагрева, в зависимости от температуры воздуха). Согласно техническому регламенту для работ рекомендуется использовать прогревочную подстанцию КТП ТО-80/86 (также часто используют СПБ-80), способную обеспечить обогрев площади порядка 20-30 м3. Подключается трансформатор к трехфазной сети на 380 В (обязательно выполняется заземление корпуса).

Если вы планируете использовать кабель для прогрева бетона без трансформатора напрямую от сети 220 В, то длина провода должна составлять 120 м, поэтому намного удобнее и безопаснее все же использовать подстанцию.

Также стоит учитывать, что длина провода зависит от принципа заливки фундаментального основания. Для армированных и неармированных конструкции значения отличаются

Чтобы рассчитать длину греющего провода, обратите внимание на таблицу ниже

Однако, настоятельно рекомендуем обратиться к технологической карте 37-03 (смотри ниже), чтобы получить более точные данные. В этом документе вы также найдете расчет прогрева бетона (от 8 до 72 часов), в зависимости от температуры окружающей среды и модуля прочности конструкции.