книги / Организация и технология ремонта зданий и сооружений

Их необходимо располагать таким образом, чтобы токопроводя­ щие сечения между двумя разноименными электродами были узки­ ми (рис. 15.4.3а).

Если изделие имеет значительную ширину, то узкие сечения полу­ чают, устанавливая поперек прогреваемого сечения несколько одно­ именных электродов, образующих электродные группы (рис. 15.4.6, в).

Для стержневых электродов:

а

Рис. 15.4. Расположение электродов при прогреве конструкций:

1 — полосовых; 2 — струнных; 3 — одиночных стержневых; 4 — групповых стерж­ невых.

449

Струнные электроды (рис. 15.4.2) представляют собой стальные прутки, установленные в теле изделия вдоль его оси, они примени­ мы преимущественно для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше их ширины и толщины (балки, прогоны, сваи, колонны).

Сопротивление такой системы составит:

<ш7>

где: в —расстояние между струной-электродом и стержнями арма­ турного каркаса;

й0—диаметр струны-электрода; Л —диаметр стержней арматурного каркаса.

где а — размер стороны сечения изделия, м.

При расчете электропрогрева струнными электродами по рас­ стоянию между арматурными стержнями и струной, а также ве­ личине потребной мощности Р находят потребное напряжение тока и диаметр струны с!0

Иногда применяют схему расположения электродов, в которой струны устанавливают последовательно, вдоль продольной оси изде­ лия, и подключают к разным фазам (рис. 15.5). Ток проходит от одной струны к другой через арматуру или металлическую форму, потенциал которых близок к нулю.

1Ф 2Ф 1ф 2Ф зф

Рис. 15.5. Схемы установки 2-фазных и 3-фазных струнных электродов вдоль по продольной оси конструкции.

450

Использование арматуры или арматурных сеток в качестве элек­ тродов возможно. В этом случае расчет электропрогрева производят по вышеприведенной методике. При электропрогреве влияние ар­ матуры на процесс незначительно, если арматурные стержни или сетки не являются частью общего каркаса и расположены нормаль­ но направлению тока в бетоне. Схема размещения электродов долж­ на быть выбрана таким образом, чтобы практически исключить вли­ яние арматуры.

Продолжительность изотермического прогрева бетона при тем­ пературе I для получения заданной прочности бетона определяют по формуле:

где: Ха — известная продолжительность прогрева при температуре 1а для достижения той же доли расчетной прочности;

КА — температурный коэффициент для данного вида цемента при температуре 1а;

К, — температурный коэффициент для данного вида цемента при температуре прогрева 1

где V — скорость подъема температуры, °С/ч.

В период подъема температуры бетон набирает часть прочности, остальную прочность бетон приобретет в период изотермического прогрева.

Бетонирование конструкций в зимнее время методом термо­ са является наиболее простым и экономичным. Метод основан на использовании для твердения бетона тепла, полученного при подо­ греве составляющих и выделяемого цементом при твердении.

Методом термоса бетонируют массивные железобетонные конст­ рукции, ленточные фундаменты зданий, массивные стены, фунда­ менты под колонны и оборудование.

Массивность конструкции характеризуется модулем поверх­ ности (Мп), представляющим собой отношение площади охлаж-

451

даемой поверхности к объему конструкции. Он определяется по формуле:

где: Р — площадь охлаждаемой поверхности, м2; V — объем конструкции, м3

Бетонируют конструкции методом термоса обычно при Мп < 8. Для сокращения сроков твердения в бетон вводят хлористые до­ бавки, которые и ускоряют процесс твердения, и снижают тем­ пературу замерзания бетонной смеси. При использовании метода термоса эффективно применение быстротвердеющих цементов высоких марок или глиноземистых цементов, выделяющих при твердении большое количество тепла и не дающих усадки при твердении.

При выдерживании бетона методом термоса следует соблюдать следующие требования:

—открытые поверхности конструкций необходимо после окон­ чания бетонирования укрыть и утеплить;

—металлические, закладные детали следует утеплить особо тща­ тельно;

452

— опалубку конструкции устраивают двойной с заполнением про­ странства между слоями досок утеплителем. Толщину слоя утепли­ теля определяют расчетом, и она должна обеспечить защиту бетона от замерзания до получения заданной прочности.

Элементы, подверженные наиболее быстрому остыванию, необ­ ходимо утеплять дополнительно.

Места участков с усиленным утеплением указывают в проекте производства работ. Термическое сопротивление опалубки на ука­ занных участках должно в 2 раза превышать названный показатель рядовой опалубки.

Поверхности уложенного бетона укрывают листовым или рулон­ ным материалом для предохранения от потери влаги и засыпают сухим утеплителем. После достижения бетоном 50% проектной проч­ ности необходимость укрытия поверхности бетона отпадает. Дере­ вянную опалубку утепляют войлоком, шлаковатой, оргалитом, дре­ весными опилками, котельным шлаком и т. п.

На время остывания конструкции, выдерживаемой методом тер­ моса, оказывают влияние следующие факторы:

—размеры и форма конструкции;

—вид тепловой изоляции;

—теплофизические свойства бетона и железобетона;

—вид цемента и его экзотермия;

—начальная температура бетона;

—температура наружного воздуха;

—скорость и угол направления ветра;

—конструкция опалубки.

При термосном выдерживании бетона возникает необходимость определить:

—время остывания бетона и величину набранной прочности в зависимости от факторов окружающей среды;

—оптимальную величину термического сопротивления изоля­ ции, обеспечивающей формирование благоприятного термонапря­ женного состояния конструкции;

—температурные поля в конструкции к моменту распалубки;

—сроки распалубки;

—температурные поля по сечению конструкции, влияющие на формирование собственного термонапряженного состояния.

Поставленная задача может быть решена одним из следующих

способов прогнозирования температурного режима или длительнос­ ти остывания бетона:

—с помощью таблиц для расчета выдерживания бетона и выбора тепловой защиты конструкций различной массивности;

—расчетом температурного режима бетонных и железобетонных конструктивных элементов по методике В. С. Лукьянова;

— расчетом термосного выдерживания бетона по способу

Б.Г. Скрамтаева;

—подбором параметров термосного выдерживания немассивных бетонных и железобетонных конструкций по номограммам.

Обычная схема бетонирования конструкций при ремонте зданий:

453

бетонный завод — бетоновоз — элекгробадья — распределительное устройство — кран — укладка бетонной смеси.

При подготовке к бетонированию в зимних условиях большое внимание уделяется изготовлению щитов опалубки. Щиты изготав­ ливают утепленными; чтобы уменьшить теплопотери, их обшивают рулонными гидроизоляционными материалами. В качестве утепли­ телей используют оргалит, опилки, шлак, рулонные изоляционные материалы и т. п.

Наиболее простым и достаточно надежным для практических целей является расчет по методу Б. Г. Скрамтаева. В основу этого расчета положена зависимость между начальным теплосодержанием бетонной смеси, уложенной в конструкцию (с учетом тепловыделе­ ния и теплопотери в окружающую среду), и продолжительностью остывания бетона.

Остывание рассчитывают по формуле:

С *у • ({б.н~-{бж )+ЭЦ

К * Мп * (^ср .б.ост* ^ н .в .) (15.23)

где: к». — начальная температура бетонной смеси после укладки

в конструкцию, °С;

кк. — температура бетона при завершении процесса выдер­ живания конструкции методом термоса, °С;

Э— тепловыделение 1 кг цемента за время остывания бето­

на, кДж;

Ц— расход цемента на 1 м3 бетона, кг;

т— продолжительность остывания бетона в часах;

С— удельная теплоемкость бетона, кДж/кг • °С;

у— плотность бетона, кг/м3;

К— коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/м2 • °С; Мп — модуль поверхности остывающей конструкции, м"1;

(ср.б.ост.— среднее значение температуры бетона за время остыва­ ния, °С;

кв. — температура наружного воздуха, °С.

Данная формула позволяет определить продолжительность ос­ тывания бетонируемой конструкции и величину получаемой бе­ тоном прочности к моменту достижения на поверхности бето­ на температуры ( 1 б . к . ) , если известны размеры конструкции, расход стали на 1м3 бетона, вид и класс бетона, вид и активность цемента

иего расход на 1м3 бетона, температура наружного воздуха и скорость ветра, начальная температура бетона и конструкция опа­ лубки.

Вэтом случае расчет осуществляют в определенной последо­ вательности: устанавливают объем бетона, поверхность охлаждения

имодуль поверхности конструкции; количество тепла, расходуемое на нагрев арматуры и опалубки; уточняют начальную температуру бетона с учетом потерь тепла на нагрев арматуры и опалубки; по уточненной начальной температуре бетона и известным эмпири-

454

ческим формулам рассчитывают среднюю температуру твердения бетона в процессе его остывания; по формуле определяют про­ должительность остывания конструкции без учета экзотермии при известных значениях величин, входящих в формулу; по получен­ ным значениям времени остывания конструкции и средней тем­ пературы твердения бетона определяют тепло, выделяемое 1 кг цемента при гидратации; зная расход цемента на 1 м3, определяют общее количество тепла, выделяемое цементом за время остыва­ ния; по этой же формуле и при полученных выше значениях уточняют продолжительность остывания бетона; зная среднюю температуру твердения и продолжительность остывания бетона, с учетом экзотермии цемента по графикам набора прочности бетона, определяют прочность, которую приобретает бетон за это время,

в% от заданной.

Сдругой стороны, по этой формуле можно подобрать конструкцию опалубки при заданной продолжительности остывания конструкции и заданной прочности бетона к моменту остывания поверхности кон­ струкции до 1б к , если известны размеры конструкции, расход стали на 1м3 бетона, вид и класс бетона, вид и активность цемента и его расход

на 1 м3 бетона, температура наружного воздуха и скорость ветра, на­ чальная температура бетона.

Расчет осуществляется в такой последовательности: Первоначально определяют объем бетона в конструкции по фор­

муле:

где Ь, В, — соответственно толщина, ширина и длина бетонируе­ мой конструкции, м.

Модуль поверхности конструкции по формуле (15.22):

где: Р — площадь охлаждаемой поверхности, м2; К— объем конструкции, м3

Далее уточняют начальную температуру бетона с учетом нагрева арматуры:

С1*У1*1б.н.+С2 *Р2*1н в

С1 *У1+С2 *Р2 (15.26)

где: С/ — удельная теплоемкость бетона, кДж/кг • °С; У\ — плотность бетона, кг/м3;

кн. — температура бетона начальная, в момент укладки, °С; С2 — удельная теплоемкость арматуры, кДж/ кг • °С; Р2 — расход арматуры, кг/м3; кв. — температура наружного воздуха, °С.

455

По графику нарастания прочности бетоном при разных темпера­ турах находят среднюю температуру его твердения (Ър б ост ), при ко­ торой можно получить требуемую величину прочности за заданное время (т).

Для соблюдения этого условия определяют коэффициент тепло­

Область применения этой формулы ограничивается условием:

1сР.б.ост^ и .^0 625.

1бн 1нв

После этого назначают конструкцию опалубки (существуют спе­ циальные таблицы, в которых, кроме конструкции опалубки, мате­ риала опалубки и толщины слоя, указывается коэффициент тепло­ передачи опалубки в зависимости от скорости ветра).

Определяют удельный тепловой поток через опалубку по фор­ муле:

По графику, который приведен ранее, определяют коэффициент теплопередачи опалубки конвекцией. Задаваясь температурой на наружной поверхности опалубки (и ), близкой к температуре наруж­ ного воздуха, принимают коэффициент теплоотдачи излучением а*, равным 0. Для выбранного типа опалубки уточняют температуру на ее наружной поверхности с учетом коэффициента теплоотдачи кон­ струкции сск по формуле:

Полученное значение 1„.оп. должно удовлетворять условию:

• 10(К±5%.

ч>п

Если расхождение между заданной и расчетной температурами на наружной поверхности опалубки будет превышать ±5%, то расчет сле­ дует вести повторно при других задаваемых значениях температур на наружной поверхности опалубки. Далее определяют температуру опа­ лубки в начальный момент остывания конструкции:

456

затем находят тепло, расходуемое на нагрев опалубки:

1=1

где: С„ Д а,-, у, — соответственно, удельная теплоемкость, пло­ щадь, толщина и объемная масса материала опалубки.

Уточняют температуру бетона к началу остывания конструкции б.н. с учетом потерь тепла, расходуемых на нагрев арматуры и опа­ лубки по формуле:

Значение коэффициента теплопередачи опалубки уточняют по формуле:

Если принятый вид опалубки не соответствует необходимым тре­ бованиям по коэффициенту теплопередачи, то необходимую толщи­ ну теплоизоляции уточняют расчетом.

Теплопроводность материалов, составляющих конструкцию опа­ лубки, нагретых до 1р.0п., определяют по формуле:

где Я0— коэффициент теплопроводности материалов опалубки при 1=0°С принимается по таблице или опытным путем, Вт/м • °С.

Толщину теплоизоляционного слоя опалубки определяют по фор­ муле:

(15.35)

5цз Ац: ± - (- а,+а, + 2-А*

где Лиз и Л\ — коэффициенты теплопроводности соответственно теплоизоляции и составляющих материалов опалуб­ ки при 1р оп , Вт/м • °С.

Уточняют удельный тепловой поток через опалубку ^ Температуру на наружной поверхности опалубки определяют по

457

Устанавливают величину ошибки, заданной 10п, и расчетной тем­ пературы 10к оп на наружной поверхности опалубки:

Определяют температуру бетона к концу заданного срока осты­ вания:

Проверяют продолжительность остывания бетона до 1бК:

КМ„(1ср.б.ОСТ. 1нв)

В формуле не учитывается тепло, выделяемое за счет экзотермии цемента, так как оно учтено ранее при определении средней темпе­ ратуры твердения бетона, расчете графика нарастания его прочно­ сти, расчете и вычислении коэффициента теплопередачи опалубки.

Следует отметить, что определение оптимальных границ примене­ ния метода термоса на практике связано, как правило, с решением большого числа технологических задач, отвечающих конкретным ус-

Т а б л и ц а 15.5

Таблица определения длительности выдерживания бетона методом термоса

—

458