При электродном прогреве используют только переменный ток, поскольку постоянный ток является причиной электролиза воды гидратации в бетонной смеси, и в результате ионизации итоговая прочность бетона снижается.
Качественный прогрев бетона должен производиться равномерно, для этого электрическое поле должно быть однородным в массиве конструкции. В густоармированных конструкциях перепады температур в схватывающемся бетоне больше, чем в слабоармированных. Так же концентрации температур связаны с расположением групп электродов и расстояниями между ними. Чтобы неоднородность при твердении не ухудшала итоговую прочность бетона, схемы по каждой конструкции разрабатывают индивидуально, учитывая:
- Степень армирования и расположение армокаркаса
- Модуль поверхности (отношение суммарной площади охлаждаемых поверхностей бетонной конструкции к ее объему, причем для протяженных конструкций не считают поверхности, совмещенные с обогретым грунтом)
- Активность цемента (активность вяжущего влияет на скорость изменения удельного электросопротивления бетона)
- Массивность конструкции
Все интервалы между электродами - расчетные, например, при выходном напряжении трансформатора 65В интервалы от электродов до стержней арматуры должны быть не меньше 2,5 см, а при напряжении от 70 до 85 В - соответственно не меньше 4,0 см.
Подключают стержневые электроды чаще всего плоскими группами на одну фазу. В конструкциях колонн, стоек и других протяженных элементах устанавливают не один электрод, а несколько – по длине. Все длины электродов любых типов – полосовых, стержневых и струнных – рассчитывают по минимуму потерь напряжения по длинам электродов.
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.
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.
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.
К расположению рабочих (технологических) швов бетонирования предъявляются требования: размещение не ближе 100 мм от групп или рядов электродов.
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.