Температурный режим сибирских территорий требует особых условий бетонирования конструкций на протяжении большей части года. При падении температуры окружающей среды ниже нуля для обеспечения требуемых стандартами условий затвердевания бетона применяется его прогревание, осуществляемое в тепляках, при использовании электродов, греющих проводов, а также индукционным методом и методом кондуктивного нагрева. Одним из способов достижения и сохранения необходимой температуры бетонной массы является воздействие на него инфракрасным излучением, которое преобразуется в тепловую энергию и за счет теплопроводности массива распространяется на всю конструкцию.
Целесообразность и универсальность использования инфракрасных излучателей объясняется мобильностью применяемых установок, возможностью их использования не только для горизонтальных, но и для вертикальных и наклонных поверхностей, высокая применимость для прогрева бетонных сооружений сложных конструктивных решений. Эти характеристики применения метода несомненно важны при возведении монолитных многоэтажных жилых зданий. Зачастую решающим фактором применения метода инфракрасного прогрева бетонного массива в зимних условиях выступает возможность его применения при температуре среды до -50оС, когда другие методы становятся малоэффективными.
Согласно технологии инфракрасного обогрева в непосредственной близости от залитой опалубки (1–3 метра) размещают промышленные инфракрасные обогреватели, направленные на поверхность раствора или опалубку. Отрегулировав их мощность, можно добиться поддержания необходимой температуры в бетоне. В этом случае вода не будет кристаллизоваться и затвердевшая стена или плита будет иметь необходимую прочность. В противном случае, их структура будет нарушена, что может повлечь за собой разрушение конструкции. Кроме того, отрицательные температуры могут спровоцировать образование ледяной корки на арматурном каркасе, что уменьшит сцепление арматуры с бетоном.
ТЭНы, служащие генераторами инфракрасного излучения, имеют мощность до нескольких сотен кВт. Под воздействием электрического тока ТЭНы излучают энергию в инфракрасном диапазоне, которая, моментально передаваясь плотной среде (бетону), преобразуется в тепловую и осуществляет постепенный прогрев всего массива.
Рис. 1. Схема расстановки инфракрасных излучателей
Покрыв опалубку черным цветом, можно улучшить ее поглощающие возможности и, как следствие, эффективность нагрева. Для исключения чрезмерного испарения влаги из бетона, его поверхность обязательно покрывают полиэтиленом. Мощность излучения подбирают таким образом, чтобы температура на поверхности не поднималась выше 80–93°C. Слишком высокая мощность нагрева приведет к перегреванию верхнего слоя бетона и к снижению его прочностных характеристик.
Таблица 1
Характеристики технологии инфракрасного прогрева бетона
|
Преимущества |
Недостатки |
|
- Работа от сетей 220–380 В; — Не требуется дополнительное оборудование в виде трансформатора, проводов, электродов и т. д.; — Малые энергозатраты; — Высокий КПД, — не требуется переоборудование опалубки, — возможность одновременного выполнения вспомогательных операций. |
- Небольшая глубина прогрева; — необходимость дополнительного места для размещения установок; — Небольшая площадь воздействия одного излучателя, — Относительная трудоемкость метода, — Для уменьшения затрат тепловой энергии необходимо обеспечить замкнутый объем. |
Осуществление специального расчета для инфракрасного излучателя не требуется, так как температура во время бетонирования постоянно будет регулироваться в зависимости от окружающей среды и температуры бетона. Контроль нагревания конструкции из бетона производится путем перемещения излучателя относительно поверхности нагреваемого массива. Более современные излучатели имеют возможность автоматического переключения периодов работы установок для обеспечения заданных температурных и временных режимов. Температура регулирования указана на рис. 2.
Рис. 2. График зависимости температур и расходов теплоносителя от температуры наружного воздуха
Прогрев инфракрасным излучением нельзя использовать в тех случаях, когда толщина бетона превышает 50–70 см. Если надо прогреть большую глубину, то в дополнение к инфракрасному прогреву необходимо использовать другие технологии.
При возведении монолитных жилых зданий в зимних условиях достаточно эффективным является комбинирование метода инфракрасного нагрева бетонного массива с безобогревным методом включения в смесь противоморозных добавок.
Сегодня в России широко применяют такие антифризы, как поташ, нитрит натрия, нитрит кальция, формиат натрия, Асол-К, которые не вызывают коррозии стальной арматуры, проверены в производственных условиях и одобрены к применению в бетонных растворах. Применение противоморозных добавок обеспечивает постепенное отвердение бетонных конструкций без замерзания при отрицательных температурах.
Безусловными преимуществами антифризных добавок является их низкая стоимость и простота использования. Существенным недостатком же выступает значительное увеличение срока обретения расчетной прочности бетоном, которое при использовании добавок может достигать 3-х месяцев. Кроме того, их использование ограничено условиями внешней среды. То есть они хоть и позволяют бетону застывать при отрицательных температурах, все же в зимнее время на большинстве территорий нашей страны полученных добавками условий замерзания явно недостаточно.
Таблица 2
Противоморозные добавки и температура замерзания
|
Противоморозная добавка |
Температура замерзания, °С |
|
хлорид натрия (ХН) |
-21.1 |
|
нитрит-нитрат кальция (ННК) |
-21.5 |
|
нитрит натрия (НН) |
-19.6 |
|
поташ (П) |
-18.7 |
|
нитрат кальция (НК) |
-14.6 |
|
нитрат кальция + мочевина (НКМ) |
-9.1 |
|
мочевина (М) |
-8.3 |
Комбинирование методов использования противоморозных добавок и инфракрасного прогрева бетонной смеси позволит максимально использовать их преимущества и нейтрализовать недостатки. Так, экономически гораздо более выгодно использование антифризов. Добавки недороги, их использование не требует специального оборудования. При возведении многоэтажных монолитных зданий использование этого метода при снижении температур воздуха значительно дешевле других способов. Однако значительное увеличение сроков затвердевания бетона до проектных показателей может свести на нет все экономические выгоды, отодвигая сроки завершения объекта. Кроме того, использование, к примеру, нитрит-нитрата кальция целесообразно только до температуры -21,5оС. При дальнейшем снижении температур метод становится неэффективным.
Использование в этот период инфракрасных излучателей для прогрева бетонной массы позволит не только удержать температурный режим застывающих конструкций в эффективной зоне, но и сократить период набора прочности.
В свою очередь, применение антифризовых добавок позволяет не использовать инфракрасные излучатели при минимальных заморозках, что экономит потребляемую строительным объектом электроэнергию и, следовательно, снижает затраты.
Таким образом, при доказанной эффективности различных методов зимнего бетонирования наиболее целесообразным является комбинирование обогревных и безобогревных методов.
Темпы современного строительства диктуют новые требования к срокам сдачи объектов при условии непрерывного строительства даже при резком снижении температур (-40о, -50оС). Использование противоморозных добавок в сочетании с инфракрасным прогревом бетона позволит экономить, не используя мощности при малых температурных минусах и не останавливать строительство при сильных морозах.
Литература:
- СП 48.13330.201 Организация строительства Актуализированная редакция СНиП 12–01–2004 (с Изменением N 1).
- СП 70.13330.2012 СНиП 3.03.01–87 Несущие и ограждающие конструкции.
- Головнев С. Г. Современные строительные технологии // Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. 2010.С. 268.
- Теличенко В. И., Терентьев О. М., Лапидус. Технология возведения зданий и сооружений. М.: Высшая школа. 2006. С. 446
- Тринкер А. Б. От минус 40 до плюс 50 градусов Цельсия // Технологии бетонов. 2012. № 1–2. С. 28–31.
- Шелудяков Н. В. Инфракрасный прогрев бетона // Инновационные процессы в науке и образовании. Международная научно-практическая конференция| МЦНС «Наука и просвещение» УДК 693.547.32.
