Прогрев бетона в зимнее время. Технологии процессов

Транспортировка бетона при отрицательных температурах

Во время транспортировки бетон защищают от охлаждения. Если температура воздуха опустилась ниже -10°С, кузов самосвалов утепляют брезентом, щитами, пропускают отработанные газы под днищем или над поверхностью смеси, периодически обрабатывают паром стенки тары.

Специализированный транспорт для доставки бетона в сильный мороз — автобетоновозы с утепленным кожухом или автобетоносмесители с подогревом водяного бака. На дальние расстояния — 20-30 км — целесообразно доставлять сухую смесь, а за 10-15 минут до прибытия на объект добавлять теплую воду. Источником энергии служит бортовая сеть автомобиля или дополнительный электрогенератор.

Что за «зверь»

Тепляк – времянка, возводимая вокруг строительного объекта для поддержания внутри плюсовой температуры.

Это может быть подобие шатра, натянутого над фундаментом после заливки. А бывает — и огромная палатка по периметру всего объекта, если речь идет об утеплении или отделке фасада. В качестве изоляционного материала применяют пленку – обычную, армированную, термоусадочную, а также брезентовые или ПВХ тенты. Для каркаса используются деревянные брусья, из них сколачивают опоры, на которые натягивается изолятор. Чтобы минимизировать отток тепла, пленку спаивают в единое полотно посредством строительных утюгов или горелок.

Внутри тепляка температура поддерживается тепловыми пушками, работающими на электричестве, дизельном топливе или газе, в зависимости от имеющихся на участке коммуникаций.

Электропрогрев бетона с помощью кабеля ПНСВ

Используя провод для прогрева бетона ПНСВ несложно обеспечить оптимальную для застывания раствора температуру. Этот метод достаточно простой и предусматривает прокладку специального провода ПНСВ, который греется при подаче низкого напряжения от понижающего трансформатора.

Такой способ работает по достаточно простому принципу. Прежде чем выполнить заливку, закладывается провод для прогрева бетона

Технология электрического обогрева специальным проводом имеет ряд преимуществ:

• обеспечивает высокую эффективность. Правильно подобранный и профессионально уложенный нагревательный провод способен обогреть бетонный массив увеличенного объема;
• гарантирует экономичность. Незначительное потребление электрической энергии позволяет избежать существенных финансовых расходов и заметно сокращает сметную стоимость работ;
• сохраняет структуру монолита. При подаче питающего напряжения не образуются трещины в зонах прокладки кабеля, а также пузырьки воздуха в разогреваемом проводом бетонном массиве;
• является универсальной. Электрический обогрев может использоваться для монолитных конструкций, изготовленных из обычного бетона, а также усиленных стальной арматурой.

Несмотря на серьезные преимущества, метод имеет определенные недостатки:

требует проведения подготовительных мероприятий, при выполнении которых укладывается кабель прогревочный для бетона

Важно соблюдать аккуратность при укладке петель провода и придерживаться рабочей схемы;
нуждается в использовании специального трансформатора. Мощность понижающего оборудования должна обеспечивать возможность повышения температуры бетонного массива до необходимого уровня.

Используется специальный кабель, состоящий из токопроводящего сердечника и изоляционного покрытия. Провод подбирается на основании расчетов, учитывающих ряд факторов:

• питающее напряжение трансформатора;
• диаметр токопроводящей жилы;
• длину провода.

Нужно принять во внимание, что закладка прогревочных петель осуществляется обычно при малоприятной погоде

При прокладке кабеля важно соблюдать следующие требования:

• обеспечить чистоту поверхности и исключить возможность повреждения кабеля;
• избегать перегибов жил и равномерно укладывать провод по всей площади.

Важно обеспечить требуемую интенсивность нагрева:

• на протяжении первых двух часов нагрева, скорость не должна повышаться более чем на 10 градусов в час;
• рабочая температура должна быть стабильной в течение всего периода прогрева;
• скорость остывания разогретого массива не должна превышать 5 градусов Цельсия в час.

Прогрев с помощью сварочного трансформатора и проводов марки ПНСВ

Как уже отмечалось, что в промышленных масштабах или при больших объемах бетонных работ применяются специальные технологии прогрева бетона. Но очень часто приходится решать задачи укладки бетона в зимних условиях в домашних условиях или при сооружении индивидуальных жилых домов и хозяйственных построек. Для таких целей можно воспользоваться обычным бытовым сварочным аппаратом.

Для этих целей понадобится следующее оборудование:

1. бытовой трансформаторный сварочный аппарат с рабочим током 150-200 А;
2. провода, предназначенные для прогрева бетона (ПНСВ);
3. одножильный электропровод с алюминиевыми жилами;
4. клещи измерительные.

Порядок прогрева состоит из следующих этапов:

1. заготовка греющих петель из провода ПНСВ. Для этого провод разрезается на отдельные отрезки. Каждый отрезок маркируется. Например, один конец отрезка маркируется белой изоляционной лентой, а другой — синей;
2. закрепление отрезков к арматурному каркасу. Крепление должно быть выше середины заливаемой плоскости. Рекомендуется провод подвязывать «змееобразно». Расстояние между отдельными петлями устанавливается в зависимости от температуры наружного воздуха по принципу – «чем ниже температура, тем меньше расстояние»;
3. собирается схема разогрева. Это делается алюминиевым проводом. Для этого собираются в одну группу все концы греющего провода, маркированные белой изоляционной лентой, и соединяются с питающим проводом, который подключается к одному из полюсов трансформатора. Концы, маркированные синим цветом собираются аналогично и подключаются к противоположному полюсу. Таким образом, схема прогрева бетона и арматуры при зимнем бетонировании готова к работе;
4. включается сварочный аппарат. При этом сначала регулятор тока выставляется на самый малый рабочий ток;
5. измерительными клещами определяется рабочий ток в каждой из петель. Он должен быть не более 12-14 А. Если он отличается от заданной величины, то при помощи регулятора доводится до нормы.
6. через час работы ток петли можно довести до 25 А;
7. составляется график надзор за режимом прогревания;
8. по окончании застывания бетона, отключается напряжение и разбирается электрическая схема.

Влияние температуры на твердение

Перевод бетонной смеси в твёрдую фазу совершается посредством гидратации цемента — химической реакции вяжущего вещества с водой. Происходит процесс в 2 этапа: схватывание (загустение) и твердение. С понижением температуры до отрицательных значений проистекает вымораживание влаги, необходимой для набора прочности. Главная задача бетонирования зимой — сохранить воду в структуре смеси при благоприятной для загустения температуре. Рекомендуемые режимы при заливке монолита в холодное время:

• оптимальный для схватывания диапазон — от 10 до 20ºС;
• если от минус 20º до +10, необходимо обустраивать зимний прогрев бетона;
• при морозах ниже 20 укладку смеси прекращают.

С оттайкой воды твердение возобновляется, но конструкция скелета уже нарушена, происходит отслоение арматуры, появляются трещины. Следствием окажется недостаточная прочность бетона, и чем раньше произойдёт замораживание, тем меньше будет значение крепости.

​

Особенности зимнего бетонирования

Разрешено ли заливать бетон зимою без прогрева? Специалисты утверждают, по какой причине можно, но рискованно. Ради набора прочности бетона решающее концепт имеет температурный режим. (не то свежеуложенная бетонная масса замёрзнет, растворитель, не вступившая в реакцию с цементом, превратится в забереги. Это приведёт к увеличению внутреннего давления. Неокрепшая бетонная архитектоника станет разрушаться.

В дальнейшем сиккозак может растаять, и процесс гидратации возобновится, хотя нужную прочность материал уж не наберёт.

Предлагается много методик решения подобной задачи. Их приложение осуществляется в соответствии с утверждёнными правилами: СНиП 3.06.04-91, СНиП 3.03.01-87.

Особенности методик

Прогрев бетона с помощью сварочного аппарата обладает своими особенностями:

• время нагрева бетонной конструкции серьезно зависит от температуры окружающей среды;
• залитую цементно-песчаную смесь следует накрывать тонким слоем опилок, дабы избежать чрезмерного испарения воды из толщи цементно-песчаной смеси;
• следует избегать чрезмерного перегрева конструкции.

Технология прогрева бетона электродами включает два вида:

1. Сквозной.
   Подобный вид нагрева применяется для бетонных конструкций, имеющий сложную форму или большую толщину. Как правило, при таком методе прогрева все электроды устанавливаются на расстоянии не менее 30 миллиметров от опалубки.
2. Периферийный.
   Электроды устанавливаются на поверхности конструкции. Метод позволяет извлечь нагревающие элементы после застывания залитой бетоном площадки.

При осуществлении прогрева электродами следует учитывать следующие факторы:

• испарение влаги, вследствие которого необходимо все время регулировать подаваемый на электроды ток;
• нагреваемая поверхность должна быть полностью накрыта теплоизоляционным материалом, чтобы повысить КПД электродов и уменьшить тепловые потери;
• при стержневом прогреве все электроды следует располагать на одинаковых расстояниях, во избежание перегревов отдельных участков;
• неэффективность электродного прогрева для малых конструкций;
• необходимость замера текущей температуры цементно-песчаной смеси через определенные промежутки времени;
• схема подключения токопроводящих элементов для прогрева бетона электродами должна быть разработана для каждого случая индивидуально.

Прогрев бетона с помощью сварочного аппарата во многом похож с методом электродов.

Прогрев бетона сварочным аппаратом.

При использовании сварочного устройства специалисты рекомендуют:

• изолировать поверхность прогреваемой конструкции для избегания серьезных тепловых потерь;
• стараться ограничить потерю воды при применении сварочного устройства для прогрева железобетонного сооружения;
• подключать к сварочному аппарату только подходящие для текущих работ электроды;
• устанавливать контрольную лампу накаливания, для проверки напряжения;
• постоянно следить за температурой конструкции и не допускать перегревов;
• не замыкать сварочную цепь на внутрибетонную арматуру, поскольку такой метод невероятно энергозатратен.

Прогрев бетонных конструкций при помощи специальных кабелей обладает серьезными преимуществами, перед нагревом с использованием трансформаторного сварочного устройства:

• питание от бытовой электрической сети 220 вольт;
• существенное сокращение времени застывания бетона;
• высокая экономность;
• сравнительно простая конструкция;
• возможность автоматической поддержки температуры в монолитной конструкции.

Прогрев бетона в зимнее время электродами

Необязательно для подогрева использовать провод ПНСВ: для этой цели подойдёт арматура, перевязанная проволокой катанкой 8-10 мм. Такой способ не подходит, если необходимо залить плитный фундамент или бетонную плиту. Обычно он используется при заливке колонн, диафрагм, стен: данный метод подогрева достаточно удобен и не требует лишних затрат.

Для работы также потребуется трансформатор. К нему подключаются стержни из металла, которые соединяются с бетонной конструкцией. Понижающий трансформатор будет подавать пониженное напряжение, которое разогреет металлические части конструкции.

Температура окружающей среды – важный фактор, который необходимо учитывать, определяя интервал между электродами. Стандартный интервал – это 0,6-1 метр. Прогрев бетона осуществляется за счёт влаги, содержащейся в его массе. Трансформатор подаёт на конструкцию три фазы. Участки, находящиеся между установленными электродами, прогреваются. Если необходимо прогреть колонну, то достаточно будет установить один электрод, так как прогрев бетона в зимнее время произойдёт за счёт соприкосновения конструкции с фазой трансформатора и землёй.

Преимущества данного способа:

• Быстрый, несложный монтаж подогрева;
• Недорогие материалы, используемые для монтажа.

К недостаткам можно отнести следующее:

• Большое потребление энергии электродами. Один электрод требует примерно 45-50 ампер
• Понижающий трансформатор мощностью 80 kW нельзя подключить к большому количеству электродов. Его мощности может не хватить. Для решения проблемы рекомендуется использовать несколько трансформаторов.
• Арматуру и проволоку нельзя вытащить из конструкции после прогрева, она останется там навсегда.

Способы прогрева конструкций из бетона

Обогревают бетон при работе на холоде различными методами. Строители часто применяют следующие технологии.

Трансформатором

Для прогрева бетона зимой многие строители применяют трансформатор. Тепло при использовании этой технологии вырабатывает электрический ток. С трансформатором применяют электроды либо провода. Первые вставляют в предварительно замоноличенную конструкцию или размещают на ее поверхности, а вторые крепят к арматуре либо погружают в опалубку, затем заливают раствор. Электроды и кабели подключают к электрической сети с напряжением 220 В или 380 В через трансформатор понижающего типа. Обычно используют трехфазное оборудование. Все фазы нагружать нужно одновременно.

Напрямую подключать греющие элементы к сети нельзя. Это приведет к локальному перегреву и может быть опасно для жизни.

Электропрогрев бетона проводом – универсальный способ. Он может применяться для стен, фундамента, колонн или перекрытий. Использовать для электропрогрева бетона по этой технологии допускается следующие типы кабелей:

• ПНСВ (нагревательный с жилой из стали и виниловой изоляцией);
• ВЕТ (предназначенный для работы напрямую от электрической сети);
• ПТПЖ (токопроводящий с параллельными оцинкованными жилами).

Жилы проводов могут быть диаметром 1,2-3 мм.

Если обогрев бетона трансформатором производят при помощи электродов, подойдут следующие их типы:

• полосовые;
• струнные;
• стержневые;
• пластинчатые.

Инфракрасным излучением

Еще один эффективный метод прогрева бетона в зимнее время предполагает применение инфракрасного излучения, преобразующегося в тепловую энергию.

Рядом с залитой цементным раствором опалубкой ставят промышленные инфракрасные обогреватели и направляют их в сторону опалубки. Функцию источника излучения выполняют ТЭНы мощностью до нескольких сотен киловатт.

Инфракрасный аппарат имеет следующие компоненты:

• излучатель;
• отражатель;
• подвес либо держатель.

Необходимый показатель мощности оборудования необходимо подбирать таким образом, что температура на поверхности была не выше 93 °C. Методика не подходит, если толщина бетона составляет более 70 см.

Электрический инфракрасный способ нагрева строительной смеси имеет высокий КПД и небольшие энергетические затраты.

Прогрев бетона своими силами

Некоторые несложные методики могут применяться в частном строительстве, а оборудование для прогрева легко изготовить своими руками.

Методом магнитной индукции

Греть способом магнитной индукции можно только армированные конструкции. Металлические элементы в этом случае оказываются незаменимыми, поскольку выполняют функцию сердечника.  Вокруг залитой бетоном конструкции петлями помещают кабель в изоляции. Он будет играть функцию индуктора. Какой провод использовать, и сколько его потребуется, определяют посредством расчетов. Затем по кабелю пускают переменный ток. Образующееся в результате описанных манипуляций магнитное поле нагревает арматуру железобетонной конструкции, от которой тепло расходится по всему бетонному составу. И зима больше не является препятствием для продолжения строительных работ.

Нагревание производится снаружи. Преимущества индукционного нагрева методом индукции заключаются в низкой цене и равномерности прогрева. Недостаток состоит в том, что применять его можно только на небольшом перечне конструкций – на балках, колоннах, и пр.

Греющей опалубкой

В ряде случаев для бетонирования в холодное время применяют греющую опалубку. Ее можно использовать и летом для сокращения скорости застывания раствора. Стандартные составляющие такой опалубки дополняют нагревательными элементами. Схема подобной модификации достаточно проста. Сделать греющей можно как деревянную, так и металлическую опалубку.

В качестве нагревательных элементов допускается применять не только провода и кабели, но и трубчатые, ленточные электронагреватели, токопроводящие пленки. Метраж нагревательных элементов рассчитывается индивидуально. Использование греющей опалубки обеспечивает равномерный прогрев, а монтаж конструкции занимает минимум времени.

Тепляком

Один из наиболее старых проверенных методов обогрева бетонного раствора предполагает использование тепляков (либо шатров). Технология заключается в создании вокруг заливаемой составом конструкции теплоизолированного пространства. Последнее затем прогревается до необходимой температуры при помощи тепловых пушек либо обогревателей. Тепляк допускается изготавливать из брезента, древесины или полимерных материалов с подходящими характеристиками. Укрыву подлежит только отдельная часть всей конструкции – которая заливается. Затем шатер перемещают.

Расчет длины

Чтобы рассчитать длину провода ПНСВ для прогрева бетона требуется учесть несколько основных факторов. Главный критерий – количество тепла, подаваемого на монолит для его нормального затвердевания. Оно зависит от температуры окружающего воздуха, влажности, наличия теплоизоляции, объема и формы конструкции.

В зависимости от температуры определяется шаг укладки кабеля со средней длиной петли от 28 од 36 м. При температуре до -5°C расстояние между жилами или шаг составляет 20 см, с понижением температуры на каждые 5 градусов, он уменьшается на 4 см, при -15°C он составляет 12 см.

При расчете длины важно знать потребляемую мощность нагревательного провода ПНСВ. Для самого популярного диаметра 1,2 мм она равна 0,15 Ом/м, у проводов с большим сечением сопротивление ниже диаметр 2 мм имеет сопротивление 0,044 Ом/м, а 3 мм – 0,02 Ом/м

Рабочий ток в жиле должен быть не более 16 А, поэтому потребляемая мощность одного метра ПНСВ диаметром 1,2 мм равна произведению квадрата силы тока на удельное сопротивление и составляет 38,4 Вт. Чтобы подсчитать суммарную мощность необходимо этот показатель умножить на длину уложенного провода.

Подобным образом рассчитывается и напряжение понижающего трансформатора. Если уложено 100 м ПНСВ диаметром 1,2 мм, то его общее сопротивление составит 15 Ом. Учитывая, что сила тока не более 16 А, находим рабочее напряжение, равное произведению силы тока на сопротивление в данном случае оно будет равно 240 В.

Применение провода ПНСВ – один из самых дешевых способов прогрева бетона. Но он больше годится для применения профессиональными строителями, поскольку для его подключения требуются специальное знание и оборудование. Этот кабель можно применять и в бытовых условиях, правильно рассчитав потребляемую мощность. Снизить расходы при прогреве раствора поможет применение теплоизоляционных материалов, в этом случае нагрев произойдет быстрее, а снижение температуры будет происходить равномернее, что улучшит качество бетона.

Что такое строительный тепляк?

Тепляк представляет собой временную быстровозводимую конструкцию, предназначенную для поддержания плюсовой температуре на строительной площадке. Конструктивно тепляк состоит из каркаса, сооружаемого, как правило, из деревянных брусьев, и теплоизоляционного укрывного материала. После возведения конструкция надежно закрывает объект строительства или реконструкции, а тепловые пушки внутри способствуют поддержанию требуемой температуры. По завершению строительных работ тепляк разбирается, и может использоваться повторно при другом строительстве.

Для укрытия стандартно используется пленочный материал – стандартная, армированная или термоусадочная пленка, а также брезент, ПВХ и пр. Если сравнивать строительные тепляки из разных типов пленок, то оптимальным будет применение теромоусадочного пленочного материала.

Виды зимнего бетонирования

Согласно Р-НП СРО ССК-02-2015 тепловая обработка бетона зимой проводится способами:

пассивным, когда смесь нагревают при приготовлении до укладки в опалубку;активными, при котором термическому воздействию подвергается монолит во время затвердевания.

Пассивные технологии

Эти методы рекомендуется применять для массивных конструкций. При гидратации цемента выделяется экзотермическое тепло, которое согревает монолит изнутри. Этого часто достаточно для фундаментов, ростверков или плит с модулем поверхности до 6 мˉ1 , определяемого отношением площади холодного контакта к объему бетона.

Перед монолитными работами с применением пассивного метода рекомендуется разогреть основание — бетонные поверхности или непучинистые грунты на глубину 300 мм, пучинистые до 500 мм. Применяют утепление, прогрев электродами или гибкими термоактивными матами. Тепловые пушки или инфракрасные излучатели устанавливают в тепляках — шатрах из брезента или фанеры на каркасе.

Допускается не разогревать основание, если во время набора критической прочности отсутствует риск промерзания в зоне контакта.

Активные

При созревании бетона проводят мероприятия, направленные на увеличение температуры внутри конструкции. Они включают обогрев:

методом термоса с использованием грунтового тепла;инфракрасными излучателями; низкотемпературными электронагревателями;греющими проводами;индукционными установками.

Наибольший эффект дает совместное применение активного и пассивного прогрева.

Прогрев бетона в зимнее время проводом ПНСВ

Это достаточно простой способ прогрева. Он применяется в 70% случаев, так как является очень доступным. Для того чтобы сделать его возможным, необходимо позаботиться о монтаже проводов заранее, поэтому прокладывают сначала провод ПНСВ, а затем заливают бетонную смесь. Нагревание кабеля происходит при помощи трансформатора, который создаёт пониженное напряжение.

Преимущества:

• Низкая стоимость процедуры. Трансформатор тратит значительно меньше энергии, чем другое оборудование, поэтому очень актуален, если бюджет ограничен. Покупать его тоже необязательно: вполне возможна аренда необходимого оборудования на время.
• Для прогрева бетонной смеси подходит понижающий трансформатор 80 kW. При помощи такого оборудования без проблем прогревается 90 м3 бетона.
• Возможна прокладка провода в любую погоду.

Способ не лишён недостатков:

• Необходимо заранее позаботиться о процедуре прогрева, проложить провод, заложить подогревочные петли (провод укладывается по особой технологии: недостаточно просто забетонировать его, необходимо, чтобы конструкция охватила весь бетон, для чего её укладывают петлями, которые закрепляют специальным образом, похожим на закладку тёплых полов).
• Способ требует физических усилий от рабочих.

Способы зимнего бетонирования

Ниже будут рассмотрены все существующие методы зимнего бетонирования, их области применения, а также даны рекомендации по выбору метода выдерживания бетона в зависимости от вида возводимых монолитных железобетонных конструкций в зимний период времени при низких температурах.

Методы зимнего бетонирования	Особенности технологии	Примерный расход энергии, (кВт/ч)/м3	Область применения
«Термос»	В момент укладки температура бетонной смеси не менее 10оС; опалубка – утепленная; скорость остывания бетона — не более 50С/ч.	—	Массивные конструкции, в которых модуль поверхности (отношение площади поверхности возводимой конструкции к ее объему) Мп<3
Сквозной электродный прогрев	Подъем температуры: со скоростью не более 10оС/ч; Температура изотермы — не более 50оС; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	80 – 110	Бетонные малоармированные конструкции: МП от 3 до 10, толщина – до 50 см
Периферийный электрообогрев	Подъем температуры: со скоростью не более 150С/ч; Температура изотермы — не более 50оС; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	90 – 120	Конструкции, в которых МП < 15; — при толщине до 20 см — односторонний прогрев и утепленная опалубка; — при толщине более 20 см – двусторонний прогрев.
Предварительный форсированный электроразогрев, в том числе в опалубке с повторным вибрированием	Разогрев бетонной смеси за 10 – 15 мин до 70 –80оС. в бункерах /опалубке (после уплотнения). При МП<5 достаточно «термосно» выдержать в утепленной опалубке. При МП >5 может понадобиться дополнительный обогрев	40 – 80	Конструкции, в которых МП < 8.
Кондуктивный обогрев или «греющая опалубка»	Подъем температуры: со скоростью не более 10оС/ч; Температура изотермы — не более 50оС; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	100 – 130	МП > 8.
Электропрогрев греющими проводами	Подъем температуры: со скоростью не более 100С/ч; Температура изотермы — не более 50оС; на контакте с бетоном температура нагревателя не более 80оС; продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	80 – 110	МП > 10.
Обогрев инфракрасными излучателями	Температура нагреваемой бетонной поверхности — не выше 80оС; защита от испарения воды из бетона – обязательна	120 – 200	Эффективно для стен и перекрытий
Индукционный прогрев	Подъем температуры: со скоростью не более 150С/ч; Температура изотермы — не более 50оС; температура бетона на контакте с арматурой — не более 80оС; продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	100 – 150	Густоармированные железобетонные конструкции линейного типа
Конвективный прогрев (тепляки, электрокалориферы)	Камерный традиционный (общий) тепляк при температуре до 20оС. Локальный камерный тепляк.	120 – 200	Конструкции с показателем МП > 10 в замкнутых пространствах и температуре наружного воздуха выше минус 30оС
Безообогревный с применением химических добавок	Ограничения по виду добавок: зависит от вида арматуры и требований к качеству поверхности	—	Ограничение по температуре наружного воздуха: до минус 15оС
Паропрогрев (глухим или острым паром)	Подъем температуры: со скоростью не более 15оС/ч; Температура изотермы — не более 50оС; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	90 – 140	Для любых конструкций, требующих обогрева

.