Технология зимнего бетонирования с помощью гибких нагревательных элементов

Аннотация

А.К.Сысоев

Дата поступления статьи: 05.12.2013

В статье рассмотрен вопрос использования поверхностных термоэлектических матов для термообработки бетона в зимнее время и комплексных добавок. При этом деструктивных процессов в материале не происходит и сокращается режим термообработки.

Ключевые слова: бетон, термоэлектрические маты, комплексные химические добавки, термообработка

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

При строительстве различных зданий и сооружений, при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций широко применяют бетоны и растворы на минеральных вяжущих. Применение этих материалов предполагает строгое поддержание температурных режимов при твердении, особенно в зимнее время. Известными методами зимнего бетонирования в строительстве являются: применение метода термоса, использование обычных нагревателей, электропрогрев, введение с водой затворения противоморозных добавок комплексного типа, применения разогрева заполнителей и др. [1–3]. В настоящее время зимой в строительстве в больших объемах применяют гибкие поверхностные нагревательные элементы. Поверхностные нагреватели могут применяться не только в зимний, но и весеннее-летний период времени для ускорения твердении [4]. Сравнительная эффективность применения некоторых способов зимнего бетонирования представлена на рис.1. Однако при использовании термоматов следует учитывать влияние прогрева на следующие свойства получаемого бетона: пересушивание, усадку, трещиностойкость, прочность, водонепроницаемость и шелушение.
В Ростовском ГУП РНИИАКХ им. К.Д. Памфилова и РГСУ работы по разработке бетонирования с применением нагревательных элементов активно проводились с середины 1960 – х годов [4,5] по настоящее время. Применение гибких нагревательных элементов и технологии изготовления железобетонных изделий с их использованием прошло несколько этапов развития.
Первый этап – создание гибких нагревательных элементов на основе влагозащитной оболочки и нихромовой проволоки [4]. На этом этапе сформулирована основная рабочая гипотеза теории прогрева железобетонных конструкций с помощью нагревательных элементов и проведен комплекс лабораторных и производственных испытаний. Электротерморегулируемый способ получил наибольшее распространение в период с 1960 – 1985 г. при бетонировании любых конструкций (особенно с модулем поверхностей более 5 м²/м³) и выполнении других строительных работ.
Второй этап – разработка и внедрение гибких нагревательных элементов на основе углеродной ткани в резинотканевой оболочке и разработка их совместного применения с термоактивной опалубкой [5].

Второй этап – разработка и внедрение гибких нагревательных элементов на основе углеродной ткани в резинотканевой оболочке и разработка их совместного применения с термоактивной опалубкой [5]. Так совместное использование греющей опалубки и тэмов при одностороннем и двухстороннем прогреве по рациональным режимам монолитных железобетонных перекрытий обеспечивает набор 70% – проектной прочности в течение 18–24 ч изотермического выдерживания при температуре 60 – 70⁰С. Рациональные режимы по данной технологии при прогреве монолитных конструкций предусматривают предварительное выдерживание при температуре 6 – 20⁰С в течение 5 – 7 час, разогрев его со скоростью 10⁰С/ч, изотермическое выдерживание при температуре  60 – 70⁰С и остывание со скорость. 5 – 10⁰С/ч.
Третий этап – применение нагревательных элементов совместно с другими способами зимнего бетонирования. На этом этапе полностью сформулирована теоретическая гипотеза прогрева бетона с помощью тэмов (термоэлектрические маты) и дано обоснование целесообразности применения комплексных химических добавок совместно с прогревом тэмами, проведены необходимые лабораторные испытания. При этом особое внимание обращено на процессы при формировании поверхностного слоя в зимних условиях.  Гибкие нагревательные элементы были разработаны в РГСУ, РНИИ АКХ им. К.Д. Памфилова при участии сотрудников РГПИ и МО–10 [6–9]. Некоторые параметры греющих элементов приведены в табл.1.
Таблица 1
Характеристики гибких нагревательных элементов

Очевидными преимуществами способа применения бетонирования с применением тэмов является возможность регулировки режимов тепловлажностной обработки. Недостатками являются относительно длительное время термообработки. Так, например, по технологии [4] прочность при сжатии до 25% проектной прочности можно получить через сутки, 50% – через 2–3 суток, а через 3–5 суток – 70%. Применение  комбинированного метода, т.е. с применением комплексных добавок (С-3+кремниорганические жидкости + подобранные ускорители или иные добавки) позволяют резко сократить режим обработки. В результате экспериментальных исследований, нами кроме различных по мощности нагревательных элементов и используемых при этом высокоэффективных материалов, для дальнейшего изучения в производственных условиях рекомендован способ для одновременной защиты бетонных поверхностей от высыхания в процессе тепловой обработки бетонных конструкций с одновременным сокращением времени тепловой обработки.
Преимуществами бетонирования с помощью гибких нагревательных элементов совместно с химическими добавками являются – снижение затрат при термообработке, устранение недостатков предшествующих решений и значительный прорыв в технологической части: улучшение физико-механических свойств поверхностного слоя бетона и материала в целом.
При использовании высококачественных материалов, соблюдения технологии производства и режимов термообработки с помощью нагревательных элементов совместно с различными комплексными добавками возможно получать высококачественные бетоны типа High Performance concrete – HPC.
Исходя из гетерогенного характера строения бетона установлено, что наиболее значительную роль в синтезе морозо- и коррозионной стойкости материала, подвергнутого обработке с помощью гибких нагревательных элементов играет микроструктура цементного камня наружного поверхностного слоя бетона, определяемая особенностями капиллярно-пористой структуры.
Разработана современная методика расчета температурных напряжений на поверхности покрытия и в глубине бетонной конструкции при различных температурных воздействий с учетом многих факторов, что позволяет обеспечить надежную защиту от развития трещинообразования. При этом в расчетах учтены различные мощности гибких нагревательных элементов и применения различных технологических операций: своевременной нарезкой пазов контрольных швов в затвердевшем или свежеуложенном бетоне, корректным назначением температурного режима твердения бетона и использования различных технологических операций. Коренное улучшение деформативности бетонов может достигнуто применением специальных добавок, образующих внутри объёмную конгломератную молекулярно-подвижную и гибкую структуру на ранних стадиях созревания бетона, связывающих излишки воды, что позволяет получить прочность и водонепроницаемость  цементных бетонов и растворов значительно выше, чем у обычных.
Результаты проведенных исследований и обследование изготовленных изделий, выполненные РГСУ и РНИИ АКХ подтверждают, что при соблюдении всех вышеизложенных требований в течение срока службы в бетоне отсутствуют признаки морозного разрушения (шелушение, снижение прочности, сколы и др.), следовательно, применение гибких нагревательных систем значительно улучшает свойства бетона [10], подвергшегося обработке по разработанной технологии.

Литература:

1. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования / С.А. Миронов, 3–е изд. – М.: Стройиздат, 1975. – 700 с.
2. Ronin V., Jonasson J. E. Investigation of the effective winter concreting with the usage of energetically modified cement (EMC)-material science aspects //Report 1994. – 1994. – Т. 3. – 24 рр.
3. Justnes H. et al. Microstructure and performance of energetically modified cement (EMC) with high filler content //Cement and Concrete Composites. – 2007. – Т. 29. – №. 7. – P. 533-541.
4. Осипов А.М.  Бетонирование при низких температурах [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4 (часть 2). – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1306  (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
5. Аханов В.С. Электротермия в технологии бетона [Текст] / В.С. Аханов. -  Махачкала: Дагестанское книжное издательство, 1971 г. – 252 с.
6. В.С. Аханов и А.А. Федоров «Способ электропрогрева бетона в зимних условиях»  Авторское свидетельство СССР № 282107 .
7. А.А. Федоров Исследование режимов термообработки конструкций монолитных железобетонных перекрытий. Труды АКХ им. К. Д. Памфилова  №170, М., 1979. – 25 с.
8. Сысоев А.К., Сысоева Н.А., Какурин П.Л. «Термоэлектрический мат» Патент РФ №2304368 .
9. Сысоев А.К., Какурин П.Л. «Термоэлектрический мат»  Патент РФ на полезную модель №51059.
10. Виноградова Е.В. Проблемы управления качеством бетонных работ [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/1001  (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.