Подача бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах



Ключевые слова: стационарный бетононасос, бетоноводы, обогрев труб, кабельные ленты, индукция, бетонораспределительная стрела, кабельные системы, ленточные нагреватели, электрокабель, нагревательный кабель

На сегодняшний день большую популярность набирают высотные здания. И поэтому важно, подробно изучить и учесть всё то, что может быть связано с этой отраслью. Таким образом, в данной статье предстоит разобраться, как обеспечить возведение подобных конструкций качественно за короткие сроки.

Наиболее важной проблемой в таких работах считается: подача бетонной смеси на большие высоты при отрицательных температурах окружающей среды.

При таких климатических условиях очень важно доставить бетонную смесь (далее БС) на нужную высоту беспрепятственно. Для этого в работе приводятся несколько способов борьбы с негативным влиянием низких температур на смесь, с точки зрения схватывания бетона, таких как: нагрев бетоноводов путём прокладывания нагревательных кабелей и лент вдоль труб.

Описание объекта исследования

Объектом исследования являются различные стационарные бетононасосы (далее СБН), которые способны подавать бетон на больше высоты, в данном случае более 100 метров, в то время как другая техника не способна этого сделать.

Также рассмотрены несколько способов нагрева труб при неблагоприятных погодных условиях, которые полностью исключат замерзание БС при подаче на большую высоту.

Постановка цели и задачи

Целью работы является решение беспрепятственной подачи строительной смеси на высоту при отрицательных температурах, с помощью нагрева труб нижеприведенными системами нагревателей.

В статье решается проблема с застыванием в бетоноводе БС при подачt на высоту 100 метров и более.

Обзор литературы

Анализ данных, представленных в [8–12], показал, что существует возможность беспрепятственной подачи бетонной смеси на большую высоту при отрицательных температурах, используя активный обогрев труб. В рассмотренной литературе описаны методы обогрева труб трубопроводов. Относительно бетоноводов подобных попыток еще не описывалось. Потому полагается, что можно утверждать о новом способе обогрева бетонной смеси во время процесса возведения высотных зданий при низких температурах.

Описание исследования

Факторы, препятствующие подаче бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах

При отрицательных температурах подача бетона на большую высоту вызывает большие осложнения в связи с замерзанием воды, что приводит к засору в трубах, прекращению работы и возможно к поломке подающего устройства. Это связано с тем, что по мере продвижения бетонной смеси на высоту возводимого сооружения, вода кристаллизуется интенсивнее. В связи с этим аспектом, имеет место быть проблеме подачи бетонной смеси при строительстве высотных зданий в плохих погодных условиях. [1]

Чтобы избежать неблагоприятного результата, необходимо следовать основным правилам заливки бетона в зимних условиях при отрицательных температурах:

1. Бетон должен набрать «минимальную прочность» до момента замерзания воды, входящей в его состав.
2. При приготовлении бетонной смеси, которая используется в минусовых температурах, в неё добавляют горячую воду, тем самым повышают температуру смеси до 35–40 градусов.
3. Для предотвращения замерзания воды в бетоне используют противоморозные добавки.
4. После заливки бетона в зимний период необходимо провести утепление конструкции.

Устройства подачи бетонной смеси

Бетонная смесь подается при использовании бетононасосов и сопутствующих этим насосам элементов. [2] Для подачи бетона на большую высоту требуются стационарные бетононасосы с использованием специальных труб — бетоноводов.

Рис. 1. Стационарный бетононасос Putzmeister BSA 14000 SHP D

Стационарный бетононасос — несамоходная установка на подвижном шасси с возможностью транспортировки с помощью прицепного устройства. [3] Бетононасос перемещается на объект назначения в виде прицепа, отдельным тягачом. [4]

Важнейшее преимущество стационарной техники — возможность прокачки бетона на большие высоты, большие удаления и в больших объемах. При этом, удельная стоимость такого способа подаче оказывается существенно ниже, нежели при использовании мобильных бетононасосов. Стационарные бетононасосы могут подавать материал на высоты до 100 метров и до 300 метров в горизонтальной плоскости. [5]

Преимущества стационарной конструкции:

– малые размеры;

– стабильная работа;

– низкие эксплуатационные издержки

Современное программное обеспечение позволяет выбрать оптимальный режим работы в зависимости от погодных условий и жесткости бетона. Для дизельного двигателя важно наличие возможности подогрева в холодное время года. Стационарные бетононасосы оснащены реверсным перемешиванием смеси в бункере и системой охлаждения масла.

В состав подготовки к работе должен входить монтаж труб — бетоноводов. Для подъема бетоновода на нужную высоту используется подъемный кран, или бетоновод крепится непосредственно к фасаду здания. Бетононасос устанавливают таким образом, чтобы обеспечить проезд к нему автомиксера. [6]

Таблица 1

Сравнение самых популярных, по нашему мнению, СБН трех производителей по основным характеристикам

Модель	Производительность, м3/ч	Мощность двигателя, кВт	Мах высота подачи бетона, м
Zoomlion HBT110.26.390RS	112/73	дизель 390	500
SANY HBT90CH-2135D	55/90	дизель 273×2	835
HONGDA HBT60S1816–110	43/71	дизель 110	280

Как упоминалось ранее, важнейшую часть в подаче бетона на высоту играет бетоновод. В данном случае, рассматриваются бетоноводы с активным обогревом труб. Обогрев происходит за счет использования нагревательных кабелей и лент, которые обвивают трубы, по которым происходит передача бетона.

1. Бетоновод

Бетоновод — это система труб, по которой бетон направляется к месту укладки смеси. Технические параметры труб, которые можно использовать в качестве бетоновода, указаны в паспорте бетононасоса. Таким образом, в зависимости от мощности, проходной способности и некоторых других характеристиках машины-бетононасоса разрешается использовать для прокачки бетонной смеси трубы того либо иного размера (длины и диаметра).

Удобоперекачиваемость зависит также еще и от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах БС может кристаллизироваться и таким образом процесс подачи смеси будет прерван. Чем больше высота подачи, тем выше риск непреднамеренного отвердевания БС. Потому чтобы избежать данный негативный аспект в строительстве, предлагается устанавливать теплоизоляцию или даже оснащать бетоноводы активными элементами обогрева.

2. Теплоизоляция иобогрев

Теплоизоляция, устанавливаемая на трубы в условиях низких температур не может предотвратить их промерзания, а лишь замедляет этот процесс. Для того чтобы полностью исключить промерзание, на наш взгляд, рациональнее использовать активный электрический обогрев бетоноводов.

Такой тип обогревателя решает такие задачи как:

– сохранение технологической вязкости продукта в трубопроводе, предотвращение образования пробок и остановки работы трубопровода;

– увеличение скорости транспортировки продукта;

– предотвращение выпадения твердых фракций из транспортируемого по трубопроводу продукта;

– поддержание постоянства потока жидкости в трубопроводах;

– предотвращение образования конденсата на поверхности трубопровода. [7]

В данной статье рассматриваются кабельные и ленточные активные нагреватели водоводов:

3. Кабельные системы (КС)

Электрический нагревательный кабель выпускается различных видов:

Рис.2 Конструкция саморегулирующегося кабеля

Саморегулирующийся нагревательный кабель — такой тип кабеля способен адаптироваться под климатические условия: при повышении температуры воздуха на улице сопротивление кабеля автоматически снижается, что ведет к понижению потребляемой мощности и к уменьшению затрат на электроэнергию. Причем мощность обогрева может быть неодинаковой на разных участках утепленной трубы. При применении саморегулирующегося греющего кабеля (рис. 2) можно обойтись без терморегуляторов.

4. Крепление КС внутри трубы

Бывают случаи, когда прокладывание электрического греющего кабеля требуется провести внутри трубы. Тогда кабель помещается в трубу через специальную муфту — ниппель (рис.3). Однако данный метод прокладки нагревательного элемента имеет несколько недостатков:

– уменьшается внутренний диаметр трубы;

– повышается вероятность образования засоров;

– если трубопровод монтирован с многочисленными переходами, изгибами, а также имеет значительную длину, то монтаж греющего кабеля внутри трубы очень сложен и трудоемок.

Рис. 3. Схема прокладывания нагревательного кабеля внутри трубы

5. Крепление КС снаружи трубы

Нагревательный электрокабель крепится на трубы с подогревом. Это один из способов обогрева труб, по которым протекает бетонная смесь. Данный способ размещения кабеля относительно трубы прост в установке. Он не требует специальной подготовки персонала и не требует специального подхода к обращению с нагревательным элементом (как в случае с кабельной системой, монтируемой внутри трубы). Конструкция системы обогрева, которая устанавливается снаружи трубы проще, чем конструкция подобной системы, монтируемая снаружи бетоновода.

При прокладывании электрического греющего кабеля по внешней части трубы принято использовать следующие правила (рис.4). Протягивание кабеля осуществляется строго вдоль трубы.

Рис.4 Принцип установки кабеля снаружи трубы

– При прокладывании не допускается перекрещивание кабеля на опорах и в других местах.

– Монтаж кабеля должен происходить с учетом тупиковых и байпасных линий тупиковых и байпасных линий.

– Закрепление осуществляется с интервалом не менее 200 мм термостойким скотчем или синтетическим кабельным бандажом. Если греющий кабель имеет минеральную изоляцию, крепление производится стяжными лентами или кабельным бандажом из стали (рис.4;5). [8]

Рис. 5. Принцип крепежа нагревательного кабеля

6. Ленточные нагреватели

Ленточный нагреватель представляет собой ленту из стеклонити, на которой закреплены несколько рядов проволоки (от 2 до 8) из нихрома, залитого органосиликатным композитом. Этот тип снабжается низкотемпературными выводами либо на обоих концах ленты, либо на одном из них (для подключения к источнику питания).

Рис. 6. Схема установки нагревательных лент: 1 — Нагревательная лента; 2 —Хомут (крепление)

Поскольку соединения выполнены высокотехнологичными заводскими способами, отрезки ленты имеют фиксированную длину. Радиус их изгиба не должен быть менее 20 мм. Дополнительно в системе устанавливается терморегулятор. [9]

Схема установки ленты — линейная и спиральная (рис.6)

Саморегулирующаяся лента

Саморегулирующаяся лента для подогрева труб состоит из двух параллельных медных проводников, между которыми расположен материал, меняющий свое сопротивление в зависимости от температуры. Все это заключено во внешнюю бронирующую оболочку. [10] Принцип работы саморегулирующейся ленты (далее СЛ) такой же как и у саморегулирующегося кабеля (далее СК). Принципиальная разница между этими двумя типами кабелей в том, что ленточный тип имеет некоторые преимущества перед СК. Например: СЛ имеет две схемы установки, а СК — только одну; СЛ может иметь клеящую основу для простого и быстрого монтажа, в СК такая возможность отсутствует вовсе.

Рис. 7. График зависимости температуры окружающей среды от выделяемой кабелем мощности

Особенности работы кабельной системы, обогревающей трубопровод

На графике представлена зависимость выделяемой мощности кабеля от температуры окружающей среды. Как видно из графика, при низких температурах среды требуется большое количество тепла для того, чтобы компенсировать температурный перепад. Если система генерирует большое количество тепла, то для его выработки требуется большая мощность от электросети, что приводит, как было упомянуто выше, к финансовым убыткам. Чтобы это избежать внедряются терморегуляторы. Они, фиксируя температуру в нескольких точках бетоновода, подбирают оптимальную температуру обогрева, помогая уменьшить затраты на качественную и бесперебойную подачу БС.

Термоограничитель выполняет две функции:

1. контролирует температуру трубы;
2. отключает питание в случае превышения температуры. [11]

Внешняя изоляция нагревательного кабеля является бесшовной, что позволяет идеально защитить его от проникновения влаги, а также химических и высокотемпературных воздействий. [12]

7. Преимущества инедостатки

Преимущества

1. малое сечение кабелей или лент;
2. мало увеличивает габариты конструкций, в которые они устанавливаются;
3. энергия в такие системы подаётся с помощью тонких кабелей (лент);
4. которые легко монтируются;
5. быстрый и простой монтаж;
6. малые потери энергии

Недостатки

1. электробезопасность;
2. укладка кабеля должна обеспечивать ему достаточное охлаждение (требуется предотвращать перехлёст отрезков кабеля, чтобы даже в крайних случаях перегрев был невозможен);
3. саморегулирующийся кабель может иметь скрытые дефекты, изменяющие свойства его материалов [13]

В результате полностью исключить угрозу перегрева невозможно и поэтому при укладке любого кабеля необходимо заботиться об охлаждении. [14]

Заключение

Таким образом, рассмотрев несколько методов обогрева труб (водоводов), можно предположить, что данные методы отлично подойдут для обогрева БС в бетоноводах во время процесса возведения высотных зданий при низких температурах.

И что именно такой подход обеспечит беспрепятственную подачу строительной смеси на высоту 100 метров и более при отрицательных температурах. И тем самым ускорит процесс строительства подобных зданий.

Литература:

1. http://fundamentdoma.ru/some/zalivka_betona_pri_otriczatelnyix_temperaturax
2. http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293846/4293846014.htm
3. Барляев К. М. и Алексеев С. Н., Бетононасосы, М., 1953
4. http://texstroi.ru/primenenie-betononasosov-i-avtobetononasosov-v-stroitelnoj-praktike
5. http://global-stroy.net/betononasos-v-sovremennom-stroitelstve
6. Строительные машины. Справочник, под ред. В. А. Баумана, 2 изд., М., 1959
7. http://www.k-strategia.ru/products/s-kabel/nagrevatelnyj-kabel/55-kabel-samoreguliruyushhijsya-dlya-obogreva-trub.html
8. http://kanalizaciya-prosto.ru/obogrev-kanalizatsionnyh-trub.html
9. http://o-trubah.ru/zashhita-ot-promerzaniya-i-otogrev/utepleniye/lenta-dlya-obogreva-trub-153
10. http://www.novosell.net/stati/sistema-protiv-zamerzanija-obogrevajuschie-truborovod-lenty.html
11. http://o-trubah.ru/zashhita-ot-promerzaniya-i-otogrev/utepleniye/obogrevatel-trub-160
12. http://gutab.ru/builder/582.php
13. http://remont-neva.ru/r/a/kabelnaya_sistema_obogreva_-_preimuschestva
14. http://1poteply.ru/krysha/kabelnyj-obogrev.html
15. Насосы для подачи и распределения бетонной смеси (Бетононасосы)
16. Энциклопедия современной техники (издательство «Советская Энциклопедия»)
17. Российский рынок автобетононасосов в 2012 г. Положение дел в строительной отрасли (журнал «Основные средства»)