Технология зимнего бетонирования с помощью гибких нагревательных элементов

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 весенне-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 морозои 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.

бетонирование конструкция напряжение.

• 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. Аханов В. С. Электротермия в технологии бетона [Текст] / В. С. Аханов. — Махачкала: Дагестанское книжное издательство, 1971 г. — 252 с.
• 5. В. С. Аханов и А. А. Федоров «Способ электропрогрева бетона в зимних условиях» Авторское свидетельство СССР № 282 107 .
• 6. А. А. Федоров Исследование режимов термообработки конструкций монолитных железобетонных перекрытий. Труды АКХ им. К. Д. Памфилова № 170, М., 1979. — 25 с.
• 7. Сысоев А. К., Сысоева Н. А., Какурин П. Л. «Термоэлектрический мат» Патент РФ № 2 304 368 .
• 8. Сысоев А. К., Какурин П. Л. «Термоэлектрический мат» Патент РФ на полезную модель № 51 059.