Прогрев бетона электродами применяют при зимнем бетонировании чаще всех других методов. Причины особой популярности электродного прогрева – очень неплохой КПД и возможность прогреть практически любую бетонную конструкцию – независимо от форм и толщин элементов. Эффективен прогрев электродами для конструкций с модулем поверхности от 5 до 20, а также для различных стыков монолитных и сборных конструкций.
Данный метод применяют при температурах бетонирования до -35⁰С, при условии комплексного подхода:
- Укладка в прогретую опалубку (на подстилающий слой) бетонной смеси, приготовленной на горячей воде и подогретых заполнителях (при заливке товарным бетоном температура смеси не должна быть ниже +15⁰С на месте укладки)
- Применение добавок-модификаторов комплексного действия: противоморозное, ускорение твердения, повышение итоговой прочности и воздухововлечение
- Выдерживание бетона термосом с полной теплоизоляцией от атмосферного воздуха любыми способами – применение греющих или утепленных опалубок, термоэлектрических матов. Прогревать бетон с холодными (неукрытыми) поверхностями недопустимо
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.
Применяемые трехфазные трансформаторы прогрева и комплектные подстанции имеют ступени выходного напряжения от 45 до 120В, номинальную мощность от 63 до 80 кВА и применяются не только для прогрева бетона электродным, индукционным и другими методами. Также можно отогреть грунт или подсыпку под фундамент, запитать ручной инструмент и временное освещение стройплощадки. Комплектные подстанции для частной стройки, как правило, чаще берут в аренду, чем покупают. Имеются фирмы, специализирующиеся на оказании услуг по прогреву бетона и грунта. Одновременно можно заказать и расчеты, и получить рекомендации по прогреву.
Основные виды электродов, применяемые на частных стройках:
- Погружные – стержневые, струнные
- Поверхностные – полосовые; пластинчатые; нашивные; плавающие
Прогрев погружными электродами
Стержневые электроды делают из металлических прутков (обычно это стальная арматура для бетонных конструкций) диаметрами 6; 8; 10; 12 мм, реже 16 мм. Устанавливают стержни-проводники по перпендикуляру к поверхностям конструкций. Установка возможна в открытые бетонные поверхности или в засверленные в опалубочных панелях отверстия. Концы электродов оставляют снаружи щитов на 100-150 мм для подсоединения к проводам. Располагают электроды-стержни в расчетном шаге друг от друга, на минимальном расстоянии от опалубки в 30 мм. Соединять с разными фазами питания возможно и соседние группы электродов, и противоположные, от этого будет зависеть конфигурация электрического поля в конструкции. Все стержневые погружные электроды – расходный материал и остаются в бетоне.
Применяют для прогрева элементов и участков сложных конфигураций, для стоек и балок каркаса, плитных, ленточных и столбчатых фундаментов, а также отдельных стыков. Могут использоваться и для габаритных бетонных конструкций - для периферийного нагрева по боковым граням.
Струнные электроды используют в основном, чтобы прогревать слабоармированные линейные элементы – сваи, стенки, балки, плиты, высокие стойки и колонны, а также фундаментные ленты небольших сечений. Длины струн – около 3 м, диаметры 10-16 мм. Устанавливают струнные электроды по продольным осям конструкций, в количестве от одной струны до нескольких – звеньями, с выходом из бетонной конструкции и загибом для подключения электропровода. Опалубку снабжают токопроводящими листами, подключенными на другую фазу электроцепи; таким образом получают электрическое поле по всему объему прогреваемого элемента. Возможно подключение и в непроводящей опалубке, для этого отдельные струны или звенья струн подключают к разным фазам электроцепи. Для плитных плавающих фундаментов на грунтовой подушке такой метод прогрева также дает хороший эффект.
Прогрев поверхностными электродами
Эффективны для прогрева междуэтажных перекрытий и любых конструкций, имеющих свободные горизонтальные поверхности. Также удобно делать термообработку промерзших оснований и конструкций на границе фаз мерзлый грунт-бетон.
Прогрев полосовыми электродами выполняют, располагая в верхних слоях уложенной бетонной смеси металлические полосы 20-80 мм шириной из листовой стали толщиной 3-4 мм. Крепление полос выполняют непосредственно к опалубочным щитам, вертикально, в расчетном шаге (примерно 200-250 мм). получаются технологически удобные электродные панели, которые устанавливают на открытые бетонные поверхности сразу по завершении укладки смеси. Крепят электроды к опалубочным панелями таким образом, чтобы по концам их можно было соединить проводами – в группы и подсоединить к разным фазам цепи. При расчете учитывается электросопротивление каждой группы, перекос фаз недопустим. От бетона полосовые электроды разделяют прослойками толя или рубероида. Преимущество – можно располагать группы полосовых электродов как по разным граням конструкции, так и по одной. Полосы, закрепленные к опалубке, можно использовать много раз, в отличие от погружных электродов, которые остаются в бетоне.
Пластинчатые электроды отличаются от полосовых размерами, но аналогично устанавливаются на опалубку с одной или с разных сторон прогреваемого элемента. Прогревают пластинами протяженные конструкции с высокими модулями поверхности (плиты, ленты и др.), а также слои бетона, контактирующие с мерзлыми грунтовыми основаниями. Но чаще всего пластинчатыми электродами выполняют периферийный прогрев массивных фундаментных конструкций, укладываемых без опалубки. Материал для пластинчатых электродов – кровельная и листовая сталь.
Нашивные электроды эффективны для прогрева протяженных конструкций со слабым армированием плоскими сетками: балки, стены, фундаментные ленты. Защитный слой бетона должен быть не меньше 50 мм. Нашивные электроды изготавливают из обрезков арматуры диаметрами 6-10 мм и крепят к внутренним сторонам опалубочных щитов группами с шагом 100-200 мм, оставляя наружные выводы с загибом или болтами для крепления к токопроводам.
Рабочий шов бетонирования при использовании опалубок с электродами выполняют на минимальном расстоянии не ближе 100 мм от ряда электродов.
Схематично показано размещение электродов: поз.а - пластинчатого типа; поз.б - периферийный прогрев; поз.в - электроды стержневого типа; поз.г - габаритная конструкция группами полосовых электродов; поз.д - стрежневые электроды расположены плоскими группами; поз.е - осевое размещение стержневых электродов; поз.ж - струнный электрод по оси стойки; 1 - арматурные стержни; 2- струнный электрод; 1ф, 2ф,3ф - три фазы понижающего трансформатора
Плавающие электроды, как и пластинчатые, являются способом периферийного прогрева. В случаях, когда исключен электроконтакт с армокаркасом, применяют плавающие электроды по схеме «замкнутая петля». Изготавливают их как из стрежней, так и из пластин (сталь полосовая толщина 2-6 мм, ширина 20-60 мм) – для обогрева подготовок под полы или ребристых плит. Все расстояния и размеры электродов расчетные. Электроды погружают в бетон после уплотнения, на глубину 30-50 мм. Электроды должны быть слегка втоплены в бетон или контактировать с ним, без зазоров. Для этого делают пригруз электродных пластин непроводящими ток материалами – доской, кирпичом. Электродные пластины не должны иметь перегиба или кривизны.
При использовании любого из методов прогрева бетона необходим контроль скорости остывания бетона, которая не должна превышать 10 градусов в час. Превышение приводит к температурным напряжениям в бетоне, способным разрушать его структуру, что приводит к растрескиванию поверхности, а иногда и к глубоким трещинам.
Перед тем, как начать укладку бетона, проверяют коммутацию электродов и правильность их установки, теплоизоляцию опалубочных щитов и прочность контактов электродов с токопроводами.
Хотя электропрогрев проводится при пониженном напряжении, требования электробезопасности обязательны к выполнению.