реферат тсп. Технология монолитного бетона и железобетона
 Скачать 194.89 Kb.
|
|
4. 5. Инфракрасный, индукционный и конвективный нагрев Инфракрасный нагревоснован на передаче лучистой энергии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную среду. На облучаемой поверхности поглощенная энергия инфракрасного спектра преобразуется в тепловую и благодаря теплопроводности бетона распространяется по толщине нагреваемой конструкции. Метод реализуется посредством автономных (от конструкции и опалубки) инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), работающих на электроэнергии. К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона. При инфракрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела. Инфракрасное излучение осуществляют нагревом с помощью электрического тока твердых тел. В промышленности для этих целей применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,76... 6 мкм, при этом максимальным потоком волн данного спектра обладают тела с температурой излучающей поверхности 300... 2200ºС. Теплота от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика теплоты. Поглощаясь поверхностями облучения, инфракрасные лучи превращаются в тепловую энергию. От нагретых таким образом поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности. Для бетонных работ в качестве генераторов инфракрасного излучения применяют трубчатые металлические и кварцевые излучатели. В зависимости от температуры на поверхности нагревателей они подразделяются на две группы: высокотемпературные нагреватели с температурой на поверхности выше 250ºС – лампы, трубчатые, спиральные, проволочные, кварцевые и др. Карборундовые излучатели имеют мощность до 10 кВт/ч, а их рабочая температура достигает 1300... 1500ºС. Расход электроэнергии 120... 200 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 80... 90ºС. низкотемпературные нагреватели с температурой на поверхности ниже 250ºС – плоские, трубчатые и струнные. Расход электроэнергии 100... 160 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 60... 70ºС. Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы, отражатели алюминиевые или из оцинкованной стали, позволяющие до 80% излучаемой энергии передавать направленно. Инфракрасный нагрев применяют при следующих технологических процессах: отогреве арматуры, промороженных оснований и бетонных поверхностей; тепловой защите укладываемого бетона; ускорении твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен и других элементов в деревянной, металлической или конструктивной опалубке. Способ инфракрасного прогрева применяют в тонкостенных конструкциях с большим модулем поверхности – стен, высотных сооружений бетонируемых в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т. п.), плит, балок. Его применяют также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах бетонирования, отогрева арматуры и поверхности опалубки-облицовки перед укладкой в нее бетонной смеси. Оптимальное расстояние между инфракрасной установкой и обогреваемой поверхностью 1,0... 1,2 м. Температура на поверхности бетона не должна превышать 80... 90ºС. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые его поверхности закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом. Инфракрасный прогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона, не требуется дополнительного металла на электроды. Прогрев бетона с помощью инфракрасных лучей обычно делят на три периода: выдержка уложенного бетона и его разогрев до оптимальной температуры, изотермический прогрев при этой температуре и остывание. Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От шкафа электроэнергию подают по кабельным линиям к отдельным инфракрасным установкам. Бетон обрабатывают инфракрасными лучами при наличии автоматических устройств, обеспечивающих заданные температурные и временные параметры путем периодического включения-выключения инфракрасных установок. Инфракрасный прогрев экономичнее других методов зимнего бетонирования – стержневого электропрогрева, одностороннего и двухстороннего периферийного, метода «горячего термоса» в диапазоне изменения модуля поверхности Мпот 7 до 20. К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона. Недостатком технологии инфракрасного прогрева является значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети технических средств – инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), необходимость создания замкнутого изолированного объема для сокращения затрат тепловой энергии, а также высокий удельный расход электроэнергии 80... 120 кВт-ч/м3 прогретого бетона. Индукционный прогревоснован на использовании тепла, выделяемого в арматуре или стальной опалубке, находящейся в электромагнитном поле катушки индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. При индукционном прогреве энергия магнитного поля преобразуется в тепловую в арматуре или стальной опалубке, и за счет теплопроводности передается бетону. Для создания индукции по наружной поверхности опалубки последовательными витками укладывается изолированный провод-индуктор. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в находящемся в этом поле металле (арматуре, стальной опалубке) вихревые токи, в результате чего арматура (стальная опалубка) нагревается и от нее (кондуктивно) нагревается бетон. В зависимости от типа бетонируемой конструкции применяют две схемы: индуктивной катушки с железом, располагаемая с наружной стороны опалубки; трансформатора с сердечником, при расположении внутри бетонируемой конструкции. Метод индуктивного прогрева позволяет: * отогревать арматуру при отрицательных температурах и ранее уложенный и замороженный бетон, примыкающий к возводимой конструкции; * использовать круглый год инвентарную металлическую опалубку; * увеличить оборачиваемость деревянной опалубки; * исключить расход стали на электроды. Рекомендуемый порядок выполнения работ включает навивку индуктора (в качестве индуктора используют изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами), подключение к электрической сети, предварительный отогрев арматуры и металлической опалубки в течение 5... 10 мин. После этого укладывают бетонную смесь в конструкцию и осуществляют ее постепенный прогрев до максимальной температуры 90... 95ºС, при максимальной скорости разогрева до 20º/ч, расход электроэнергии составляет при этом 120... 150 кВт/ч. Интенсивность термообработки при индукционном прогреве не зависит от электрофизических свойств бетона, а определяется электрическими и магнитными свойствами опалубки, напряженностью магнитного поля. По условиям безопасности индукционный прогрев ведут на пониженном напряжении от 36 до 12 вольт. При обеспечении надежной изоляции напряжение можно повысить до 220... 380 вольт. Режимы прогрева рекомендуют применять те же, что и при инфракрасном прогреве, максимальная скорость подъема температуры не должна превышать 15º/ч. Оптимальные модули поверхности Мпот 5 до 20. Достоинством метода является простота конструктивного решения и качество прогрева конструкций за счет значительного их армирования, благодаря чему обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле. Применение метода требует специальных знаний и расчетов, а также изготовления оснастки для каждого конкретного случая применения указанного метода зимнего бетонирования. Приконвективном способе обогревапередача тепла от источников тепловой энергии нагреваемой конструкции происходит через воздушную среду путем конвекции. Технологическое решение данного способа обогрева может быть реализовано в замкнутом пространстве с применением технических средств (электрокалориферов, газовых конвекторов и др.), преобразующих различные энергоносители (электроэнергия, газ, жидкое и сухое топливо, пар и др.) в тепловую энергию. Способ применим для прогрева тонкостенных стеновых конструкций и перекрытий. Достоинства метода в незначительной трудоемкости подготовительного периода – устройстве замкнутого объема вокруг прогреваемой конструкции посредством инвентарных ограждений или пологов, например из брезента. К недостаткам относятся значительные тепловые потери на нагрев сторонних предметов и воздуха, большая продолжительность цикла обогрева (от 3 до 7 сут), высокий показатель удельного расхода энергии – свыше 150 кВт-ч/м3 прогретого бетона. Тепловая энергия бетону передается с помощью нагретой (обычно движущейся) среды – теплым воздухом или паром. В этом случае бетон до приобретения им заданной прочности выдерживают в тепляках, представляющих собой временные ограждающие сооружения. Тепляки могут быть объемными, т. е. охватывающими всю бетонируемую конструкцию, и плоскими или секционными, ограждающими только часть конструкции. За счет теплого воздуха или пара в опалубке и бетоне поддерживают положительную температуру. Применение для обогрева бетона горячего воздуха приводит к большим потерям теплоты. Данный способ целесообразно использовать при небольшой отрицательной температуре наружного воздуха и при использовании достаточно надежной и герметичной тепловой изоляции. Горячий воздух получают в электрокалориферах, электропушках, огневых калориферах, работающих на жидком топливе. Способ паропрогрева обеспечивает самые благоприятные тепловлажностные условия для ускоренного твердения бетона. Однако по ряду причин – сложность сетей и устройств, высокая стоимость, большие теплопотери, этот способ применяется в основном на объектах, где имеется избыток пара при недостатке свободных электроресурсов. Для прогрева монолитных бетонных конструкций применяют пар низкого давления 0,05... 0,07 МПа с температурой 80... 95ºС. Примерный режим прогрева включает подъем температуры в конструкции при скорости не более 5... 10º/час, изотермический прогрев при температуре 80ºС для бетонов на портландцементе и прогрев до температуры 95ºС – для других цементов. Скорость остывания бетона должна быть порядка 10ºС/час. Паропрогрев бетона рекомендуется вести до набора им проектной прочности. Специфика деревянной опалубки для паропрогрева в том, что с внутренней стороны щитов устраивают треугольные или прямоугольные пазы, которые зашивают стальными коробами, внизу щита устроен горизонтальный распределительный короб со штуцером для присоединения к магистральному паропроводу. Температура в тепляке поддерживается 5... 10ºС, в связи с чем, твердение бетона замедляется, а продолжительность приобретения бетоном распалубочной прочности увеличивается. Бетонирование конструкций в теплякахприменяют редко, так как эти работы весьма трудоемки и требуют значительного расхода материалов на устройство тепляков. В современном строительстве тепляки применяют при возведении высотных сооружений в скользящей или подъемно-переставной опалубке. Их применяют также в тех случаях, когда необходимо поддерживать положительные температуры не только для бетонных, но и других работ, выполняемых в период строительства данного сооружения. В настоящее время в качестве тепляков находят применение надувные конструкции из синтетических материалов, которые представляют собой двустенное ограждение с воздушной прослойкой. Тепляки обогревают электрическими или паровыми калориферами и в исключительных случаях (например, при возведении отдельно стоящих фундаментов с применением объемных переносных тепляков) – паром. Реже применяют огневоздушное калориферное отопление. 4. 6. Режимы нагрева и остывания бетона Термообработка бетона имеет ряд технологических особенностей от других методов зимнего бетонирования. Основная особенность – внешнее тепловое воздействие на замоноличенную конструкцию. Чтобы не навредить этой обогреваемой конструкции необходимо соблюдать режимы такой термообработки. Основными исходными данными для расчета режима обогрева являются: температура наружного воздуха; начальная температура бетонной смеси при ее укладке в опалубку; необходимое время цикла термообработки для получения бетоном критической прочности; допустимая скорость разогрева (подъема температуры уложенного бетона); температура и необходимое время изотермического выдерживания; время остывания бетона после разогрева и допустимая скорость остывания; какая прочность к моменту замерзания должна быть у данной конструкции – критическая или проектная. Начальная температура бетона может разниться в больших пределах. При максимальной температуре воды затворения до70 ºС и возможности укладки сразу в конструкцию свежеприготовленной бетонной смеси, ее температура может достигать 45ºС, за счет транспортирования на строительную площадку и перегрузки температура может снизиться до 20…35ºС. При подаче к месту производства работ и укладке в опалубку, соприкосновении с охлажденной опалубкой и арматурой, температура бетонной смеси падает до +5…10ºС или ниже в зависимости от окружающей среды. Чем ниже температура уложенного в опалубку бетона, с которой начинается цикл его термообработки, тем больше времени и затрат энергии, увеличении продолжительности цикла, потребуется для выполнения расчетного режима тепловой обработки. Поэтому одна из основных задач заключается в сохранении начальной температуры свежеуложенного бетона при максимально возможных значениях. Период подъема температуры зависит от начальной температуры уложенного бетона, скорости разогрева, толщины конструкции, направления передачи тепла (односторонний или двухсторонний прогрев) и меняется в пределах 4…8 час. Указанная температура достигается только на поверхности или в зоне прогрева (со стороны источника тепла). В срединной части конструкции разогрев до изотермической температуры (температуры прогрева) происходит значительно медленнее и в зависимости от теплопроводности бетона может наступить еще через 4…8 час. На нагрев конструкции может негативно сказываться постоянный отток тепловой энергии к наружной (противоположной нагреву) поверхности при одностороннем прогреве. Скорость подъема температуры бетона составляет в среднем 5…15ºС, увеличение скорости разогрева может привести к температурным напряжениям в бетоне и снижению его прочности. Температура изотермического выдерживания является определяющей для всего термосного выдерживания, в значительной степени влияющей на время всего цикла прогрева и величины суммарных затрат энергии на прогрев бетона. Отмечено, что экзотермическая активность цементов возрастает с повышением температуры бетона, что позволяет использовать эти внутренние источники энергии бетона, сокращая расход вносимой тепловой энергии. Оптимальная изотермическая температура для бетонов на портландцементе составляет 80ºС, для бетонов на шлакопортландцементе – 90ºС. В итоге при средней температуре прогрева бетона 70ºС для достижения критической прочности в 50% от проектной для стен толщиной до 25 см достаточно 20 час; в монолитных перекрытиях толщиной 20 см для достижения прочности 70% от проектной достаточно 28 часового цикла прогрева. Период остывания конструкции после прогрева зависит от внешних факторов – температура наружного воздуха, скорость ветра, степень тепловой изоляции конструкции и в прямой связи с максимальной температурой прогрева, может продолжаться 2…4 ч. За этот период, вплоть до замерзания конструкции, будет продолжаться процесс набора бетоном прочности свыше расчетной критической. Разность температуры наружных слоев бетона и наружного воздуха в абсолютных значениях не должна превышать 20…50ºС в зависимости от конструктивных особенностей. Важной особенностью всех применяемых методов термообработки бетона является необходимость выполнения подготовительных работ при зимнем бетонировании. До укладки бетонной смеси в опалубку необходимо удалить из нее снег, наледь с арматуры, отогреть промороженное основание и стыки до положительной температуры или иногда требуемой по расчету. Кроме этого, желательно не только укладывать бетонную смесь в утепленную и разогретую опалубку, но и вести прогрев во время укладки в опалубку бетонной смеси, не делая никаких технологических перерывов, влекущих потерю бетоном аккумулированной начальной тепловой энергии. Отогретая опалубка и тепловая энергия бетона имеющего положительную температуру, совместно с экзотермией цемента позволяют быстро, в сокращенные сроки, разогреть бетонную смесь до изотермической температуры. Качество конструкций, бетонируемых в зимних условиях с применением методов искусственного прогрева, в значительной степени зависит от режимов нагрева бетона. На выбор режимов оказывают влияние многочисленные факторы, характеризующие как состав бетона, так и всю конструкцию в целом, а также требования к конечной прочности бетона и температура окружающей среды. В зависимости от перечисленных факторов различают следующие типовые схемы прогрева. Электротермос применяют для довольно массивных конструкций с модулем поверхности 3 £ Мп£ 8, остывающих в течение длительного времени. Конструкцию разогревают до некоторой расчетной температуры, а затем ей позволяют остывать до конечной (часто нулевой) температуры, по достижению которой должна быть получена требуемая прочность. Изотермический режим с остыванием применяют для прогрева конструкций с модулем поверхности 8 £ Мп£ 15. Этот режим представляет собой комбинацию из двух режимов (a и в ). При таком режиме необходимую прочность бетон приобретает к моменту остывания, в тепловом балансе учитывают подъем температуры, изотермический прогрев и остывание. Изотермический режим применяют для немассивных конструкций с Мп>12. Конструкцию разогревают до заданной температуры и изотермически выдерживают при этой температуре. Продолжительность изотермического режима и требуемая прочность бетона при таком режиме должна быть достигнута к моменту окончания изотермического прогрева, прирост прочности во время остывания не учитывается. Импульсный режим используют при модулях поверхности до 8. Осуществляют периодическое включение и отключение напряжения, подаваемого на электроды или нагревательные элементы. Режим позволяет экономить электроэнергию, так как в период пауз вследствие теплопроводности бетона происходит перераспределение тепла по сечению конструкции, что обеспечивает более равномерное температурное поле. Продолжительность импульсов и пауз зависит от заданной скорости разогрева, температуры изотермического прогрева, модуля поверхности, подводимого напряжения и должна устанавливаться опытным путем. Саморегулирующийся режим. Режим возможен при прогреве конструкций с Мп³ 8. При этом режиме напряжение в цепи остается постоянным на протяжении всего режима термообработки, т. е. прогрев осуществляют на одной ступени напряжения трансформатора. Ступенчатый режим применяют для периферийного прогрева массивных монолитных конструкций с Мп£ 5, а также немассивных предварительно напряженных конструкций. Нагрев производят сначала до промежуточной температуры, обычно порядка 50ºС и поддерживают на этом уровне 1... 3 ч, затем осуществляют быстрый подъем до максимально допустимой для данной конструкции температуры и выдерживание при ней до приобретения бетоном требуемой прочности. При ступенчатом режиме прогрева начальная скорость подъема температуры не должна превышать 20ºС, а последующая – не более 30ºС/ч. Разогрев – один из наиболее ответственных периодов прогрева. При высоких скоростях разогрева вследствие внутреннего давления в бетоне происходят структурные разрушения за счет быстрого расширения защемленного воздуха и образующихся паров воды, собственных температурных расширений твердых частиц и интенсивного испарения влаги с поверхности бетона при повышенных температурах. С увеличением скорости подъема температуры вследствие различия коэффициентов линейного и объемного расширения отдельных компонентов бетона, могут значительно возрастать общие, внутренние деформации, особенно расширения, что приводит к ухудшению его свойств, и даже к частичному или полному разрушению конструкции. Поэтому нормативными документами установлены следующие максимально допустимые скорости повышения температуры бетона: 5... 8ºС/ч при модуле поверхности 2 £ Мп£ 6; не более 10ºС/ч при 6 £ Мп£ 20. 15ºС/ч для каркасных и тонкостенных конструкций малой протяженности (не более 6 м). Максимально допустимые температуры электропрогрева бетона в монолитных конструкциях не должны превышать: для быстротвердеющего портландцемента – 60ºС; для портландцемента и шлакопортландцемента – 80ºС, а при прогреве конструкций с жесткой заделкой узлов сопряжений, а также при периферийном электропрогреве конструкций с Мп > 6 температура прогрева не должна превышать 40ºС. При резком остывании бетона достаточной прочности и обладающего свойствами хрупкого тела, температурные градиенты создают в конструкции дополнительные напряжения, которые могут вызвать образование необратимых микродефектов. Поэтому скорость остывания не должна превышать: 12ºС/ч для конструкций с модулем поверхности M п³ 10; 5ºС/ч для конструкций с 6 ³ M п³ 10; 2... 3ºС/ч для конструкций с Мп< 6; 15ºС/ч для густоармированных каркасных конструкций с Мп>10. Опалубку и теплозащиту прогретых конструкций можно снимать при остывании бетона до 0... 5ºС. При этом разность температур открытых поверхностей бетона и наружного воздуха при распалубке не должна превышать: 20ºС для конструкций с Мп < 6 и 30 ºС для конструкций с M п> 6. Если условия не могут быть обеспечены, то поверхность бетона после распалубливания необходимо обязательно утеплить. Положительное влияние на качество бетона, подвергаемого термообработке, оказывает предварительное выдерживание его до начала прогрева в течение 2... 6 ч при нормальной или низкой положительной температуре до +5ºС. Движение электрического тока возможно только при наличии жидкой фазы бетона. В процессе прогрева количество влаги уменьшается, электрическое сопротивление возрастает, падает сила тока и уменьшается количество выделяемого тепла. Поэтому обычно увеличение силы тока осуществляют за счет регулирования напряжения при помощи трансформатора. Чтобы избежать такого регулирования целесообразно подготавливать автоматический режим регулирования процесса или применять, по возможности метод электротермоса. Заключение Современные бетоны насчитывают десятки наименований. Это особопрочные, пористые, гидроизолирующие и многие другие бетоны. По некоторым показателям они приблизились к природному камню и даже металлу. Используя полимерные смолы в качестве вяжущего, получают более эластичный материал повышенной прочности (полимербетон). Многообразие полимерных смол, заполнителей и наполнителей, а также технологий изготовления позволяет получить много разновидностей полимербетонов со специфическими и в ряде случаев уникальными свойствами. Это высокие прочностные характеристики, воздухо- и водонепроницаемость, высокие химическая и радиационная стойкость, демпфирующие, диэлектрические и другие характеристики при ускоренном нарастании прочности, что особенно важно для монолитного строительства. Выгодно отличается от традиционного бетона фибробетон, поскольку он имеет в несколько раз более высокие прочность на растяжение и срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкостъ. Наиболее высокие технико-экономические показатели имеет фибробетон на фибре из стали и щелочестойкого стекла. Перспективно применение легких бетонов. Например, полистиролбетон с заполнителем из гранул вспененного полистирола может служить теплоизоляционным (для теплоизоляции покрытий) и конструкционно-теплоизоляционным (для изготовления стеновых блоков малоэтажных жилых домов) материалом. За последние годы технический уровень возведения бетонных и железобетонных конструкций значительно возрос. Широко применяется многооборачиваемая опалубка. Бетонные работы максимально механизируются. На наших стройках широко применяются бетоносмесители и бетоносмесительные установки различной производительности, мощные автобетоносмесители и автобетоновозы, бетононасосы и пневмонагнетатели, конвейеры и краны для доставки и подачи бетонной смеси, различные типы вибраторов для уплотнения бетонной смеси и другие машины и оборудование. При производстве бетонных работ необходимы квалифицированные рабочие кадры, способные наиболее полно использовать современные прогрессивные технологии бетона, оснастку, инструменты и механизмы. В новых условиях существенно возросли требования к квалификации и мастерству бетонщика — представителя наиболее массовой строительной профессии (на бетонных работах занято до 20% строительных рабочих). Список использованной литературы 1. Терентьев О. М. «Технология строительных процессов: Учебник для строительных техникумов.», Москва, 2002 г. 2. «Строительные материалы (Материаловедение. Строительные матриалы)» Под общей редакцией проф. В. Г. Микульского и проф. В. В. Козлова, Москва, 2004 г. 3. А. С. Стаценко «Технология бетонных работ», Минск, 2005 г. 4. С. С. Атаев «Технология индустриального строительства из монолитного бетона» Москва, 1989 г. 5. Журнал «Строительные материалы» №11/2005, №12/2005, №1/2006 |