2015-02-27
4632
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
11.1. Инфракрасный способ термообработки бетона основан на использовании энергии инфракрасного излучения, подаваемого на открытые или опалубленные поверхности обогреваемых конструкций и превращающегося на этих поверхностях в тепловую энергию.
Поскольку глубина проникновения инфракрасных лучей в бетон не превышает 2 мм, то лучистая энергия превращается в тепловую в тонких поверхностных слоях бетона, остальная же масса конструкции нагревается за счет теплопередачи от этих слоев и экзотермии цемента.
11.2. При производстве бетонных работ в условиях низких отрицательных температур наружного воздуха инфракрасный обогрев рекомендуется применять:
для отогрева промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаления снега и наледи;
для интенсификации твердения бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической или конструктивной опалубках;
для предварительного отогрева зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорения твердения бетона или раствора заделки;
для ускорения твердения бетона или раствора при укрупнительной сборке большеразмерных железобетонных конструкций;
для создания тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления.
11.3. В качестве источников (генераторов) инфракрасного излучения в технологии зимнего бетонирования рекомендуется применять:
металлические (стальные, латунные, медные) трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) типов НВС (нагреватель воздушный сушильный) и НВСЖ (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий) диаметром от 9 до 18 мм, длиной от 0,3 до 6 м, мощностью от 0,6 до 1,2 кВт/м с рабочим напряжением - 127, 220 и 380 В, с температурой излучающей поверхности от 300 до 600 °С;
керамические стержневые излучатели диаметром от 6 до 50 мм, длиной от 0,3 до 1 м, мощностью от 1 до 10 кВт/м, с рабочим напряжением 127, 220 и 380 В, с температурой излучающей поверхности от 1300 до 1500 °С;
кварцевые трубчатые излучатели типа НИК-220-1000-Тр (нагреватель инфракрасный кварцевый напряжением 220 В, мощностью 1000 Вт, трубчатый) диаметром 10 мм, длиной 370 мм с температурой спирали до 2300 °С. Кварцевые излучатели должны работать обязательно в горизонтальном положении и надежно защищены от ударных воздействий.
11.4. Для создания направленного лучистого потока излучатели должны помещаться в параболические, сферические или трапецеидальные отражатели. При этом излучатели помещаются в фокус параболы или центр сферы; расположение излучателей при применении трапецеидальных отражателей определяется расчетом.
Инфракрасные излучатели в комплекте с отражателями и поддерживающими устройствами составляют инфракрасную установку.
11.5. В зависимости от назначения, конфигурации и модуля поверхности обогреваемых конструкций рекомендуется применять инфракрасные установки, приведенные на рис. 56:
а) короб для обогрева плитных конструкций, дорожных оснований, стен, отогрева промороженного бетона, грунта и т.п.;
б) прожектор для отогрева полости опалубки, арматуры, закладных деталей и тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления;
в) сферические и плоские нащельники для предварительного отогрева зоны стыка сборных железобетонных конструкций и термообработки бетона заделки;
г) двухстенную плоскую опалубку для термообработки плоских вертикальных и линейных конструкций и элементов;
д) одиночные излучатели, вводимые в каналы-пустоты, для термообработки многопустотных плит и настилов.
Рис. 56. Инфракрасные установки
а - короб; б - прожектор; в - нащельники; г - двухстенчатая опалубка; д - одиночные излучатели; 1 - гидроизоляция; 2 - облучаемая поверхность; 3 - отражатели; 4 - излучатели; 5 - обогреваемая конструкция
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИНФРАКРАСНОГО ОБОГРЕВА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ УСТАНОВОК
11.6. Задачей расчета и конструирования инфракрасных установок является выбор типа генераторов инфракрасного излучения, их мощности, количества и расположения относительно облучаемых и рефлектирующих устройств. Энергетические и геометрические параметры инфракрасных установок должны обеспечивать энергетическую освещенность облучаемой поверхности конструкции, требуемую для выделения на ней мощности, рассчитанной по формуле (66).
11.7. Требуемая энергетическая освещенность E определяется по формуле
(65)
где P - требуемая мощность, кВт;
F о - площадь облучаемой поверхности, м2;
ε - степень черноты материала облучаемой поверхности (табл. 56).
Таблица 56
| Наименование материалов | Степень черноты ε полного излучения |
| Бетон | 0,65 - 0,85 |
| Керамзитобетон | 0,7 - 0,9 |
| Алюминий: | |
| полированный | 0,04 - 0,06 |
| сильно окисленный | 0,2 - 0,3 |
| Железо: | |
| полированное | 0,14 - 0,38 |
| окисленное | 0,74 - 0,82 |
| листовое оцинкованное блестящее | 0,23 |
| то же, окисленное | 0,28 |
| Жесть белая | 0,28 |
| Сталь: | |
| листовая шлифованная | 0,55 - 0,61 |
| с шероховатой поверхностью | 0,95 - 0,98 |
| сильно окисленная | 0,88 - 0,98 |
| Нихромовая проволока окисленная | 0,95 - 0,98 |
| Древесина | 0,7 - 0,8 |
| Краски: | |
| алюминиевые различной давности | 0,3 - 0,35 |
| масляные различных цветов | 0,92 - 0,96 |
| Лак черный матовый | 0,96 - 0,98 |
| Вода (слой толщиной более 0,1 мм) | 0,95 - 0,98 |
| Лед гладкий | 0,97 |
| Снег | 0,8 |
11.8. Мощность, которую необходимо подать на облучаемую поверхность конструкции на стадии подъема температуры P п бетона и изотермического прогрева P и, определяется соответственно по формулам (66) и (67):
(66)
(67)
где C б, C а и Ci оп - удельная теплоемкость соответственно бетона, арматуры, материала i -го слоя опалубки, Дж/(кг · °С);
γб, γа, γ i - объемная масса соответственно бетона, арматуры, материала i -го слоя опалубки, кг/м3;
V б, V а - объем соответственно бетона и арматуры, м3;
δ i оп - толщина i -го слоя опалубки, м;
F о, F оп - площадь соответственно облучаемой и необлучаемой поверхности конструкции, м2;
τп - продолжительность подъема температуры, ч;
K - коэффициент теплопередачи через опалубку, кВт/(м2 · °С);
Ц - расход цемента в бетоне, кг/м3;
Э п, Э и - удельное тепловыделение цемента в период соответственно подъема температуры и изотермического прогрева, Дж/кг;
t н, t н.в - соответственно начальная температура бетона и наружного воздуха, °С;
t и, t ′и - температура изотермического прогрева, соответственно на облучаемой и необлучаемой поверхности конструкции, °С;
αо - коэффициент теплоотдачи облучаемой поверхности, определяемой по формуле
(68)
где дополнительно:
h - расстояние между облучаемой и отражающей поверхностями, м;
t ср - средняя температура бетона, определяется по формулам:
для стадии разогрева
(69)
для стадии изотермического прогрева
(70)
t y - температура стенок инфракрасной установки, ориентировочно определяется по формулам:
для стадии разогрева
t y - температура стенок инфракрасной установки, ориентировочно определяется по формулам:
для стадии разогрева
(71)
для стадии изотермического прогрева
(72)
11.9. Мощность, требуемая для тепловой защиты открытой поверхности конструкции, определяется по формуле
P з = αо F (t и - t н.в) кВт. (73)
11.10. Мощность инфракрасной установки, необходимая для создания требуемой освещенности на облучаемой поверхности конструкции, определяется по формуле
(74)
где φ - коэффициент облученности, показывающий, какая доля лучистого потока, создаваемого излучателями, воспринимается облучаемой поверхностью; определяется по формуле
φ = φи-п + [(1 - εо)φи-оφо-п - φо-и], (75)
где φи-п и φи-о - доля лучистого потока, передаваемая от излучателей соответственно на облучаемую и отражающую поверхности; φо-п и φо-и - доля лучистого потока, передаваемая от отражателя соответственно на облучаемую поверхность и излучатели.
Значения коэффициентов лучистого потока φи-п, φи-о и φо-и берутся, по табл. 57 в зависимости от геометрических параметров S и d элементов инфракрасной установки, указанных на рис. 57, а коэффициента φо-п в зависимости от геометрических параметров a 1, a 2 и h - по табл. 58.
Рис. 57. Схема к расчету параметров инфракрасной установки
и - излучатели; о - отражатель; п - облучаемая поверхность
Таблица 57
| Коэффициенты | Значения коэффициентов при S / d равном | |||||
| φи-п, φи-о | 0,318 | 0,417 | 0,466 | 0,48 | 0,482 | 0,49 |
| φо-и | 0,656 | 0,293 | 0,151 | 0,077 | 0,031 |
Примечание. Для промежуточных значений s / d величина φ определяется по правилу линейной интерполяции.
Таблица 58
| Величина | Значения φо-п при a 2/ h равном | |||||||
| 0,1 | ||||||||
| 0,1 | 0,013 | 0,032 | 0,034 | 0,041 | 0,048 | 0,049 | 0,049 | |
| 0,015 | 0,195 | 0,358 | 0,388 | 0,411 | 0,412 | 0,413 | 0,414 | |
| 0,032 | 0,299 | 0,564 | 0,793 | 0,8 | 0,815 | 0,818 | 0,819 | |
| 0,04 | 0,385 | 0,729 | 0,812 | 0,822 | 0,895 | 0,9 | 0,905 | |
| 0,044 | 0,469 | 0,813 | 0,866 | 0,959 | 0,968 | 0,977 | 0,98 | |
| 0,045 | 0,6 | 0,815 | 0,893 | 0,967 | 0,972 | 0,98 | 0,985 | |
| 0,046 | 0,681 | 0,818 | 0,09 | 0,974 | 0,983 | 0,993 | 0,998 | |
| 0,05 | 0,707 | 0,82 | 0,905 | 0,98 | 0,990 | 0,998 | 0,999 |
Примечание. Для промежуточных значений a 1/ h и a 2/ h величина φо-п определяется по правилу линейной интерполяции.
11.11. Зная требуемую энергетическую освещенность E и площадь облучаемой поверхности F о, задаются геометрическими параметрами элементов установки, определяют коэффициент облученности φ и рассчитывают необходимую мощность инфракрасной установки P уст.
11.12. При конструировании инфракрасных установок необходимо:
в поддерживающих инфракрасные излучатели конструкциях и приспособлениях применять легкие металлы;
в качестве рефлекторов применять алюминий, обладающий наибольшей отражательной способностью. При отсутствии листового алюминия можно применять листовое железо с покраской отражающей поверхности жаростойкой алюминиевой краской;
опалубленные поверхности, воспринимающие инфракрасное излучение, покрывать черным матовым лаком для повышения поглощательной способности поверхности;
в целях повышения равномерности обогрева конструкции в инфракрасных установках электрические мощности распределять следующим образом:
на нижнюю треть высоты конструкции - 50 % общей мощности;
на среднюю треть - 30 % общей мощности;
на верхнюю треть - 20 % общей мощности;
на крайние 1/6 ширины конструкции - 50 % подводимой на данной высоте мощности;
на средние 1/6 ширины - 30 % подводимой на данной высоте мощности;
на центральную 1/3 ширины - 20 % подводимой на данной высоте мощности.
11.13. При применении инфракрасного обогрева бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, процесс термообработки бетона разделяется на четыре этапа (рис. 58):
а) инфракрасные установки, смонтированные по периметру подвижных форм, нагревают элементы скользящей опалубки перед укладкой бетона в формы и первые слои уложенного бетона (см. рис. 58, а). При этом и опалубка, и инфракрасные установки находятся в состоянии покоя (v оп = v y = 0, где v y - скорость подъема инфракрасной установки, м/ч; v оп - скорость подъема опалубки, м/ч);
б) скользящая опалубка поднимается на высоту, равную высоте подвесных лесов (см. рис. 58, б), а инфракрасные установки остаются в первоначальном положении и прогревают слой бетона, равный высоте установок (v y = 0, v оп больше 0);
в) инфракрасные установки, смонтированные на подвесных лесах, движутся относительно конструкции (см. рис. 58, в) синхронно со скользящей опалубкой (v оп = v y больше 0);
г) по окончании бетонирования захватки сооружения скользящая опалубка останавливается (см. рис. 58, г), а инфракрасные установки поднимаются вверх (v оп = 0, v y больше 0). На этом этапе необходимо, чтобы скорость подъема установок не превышала средней скорости подъема опалубки.
Рис. 58. Схема инфракрасного обогрева бетона конструкции, возводимой в скользящей опалубке
а - начальное заполнение форм; б - бетонирование до отметки навески подвесных лесов; в - бетонирование средней части сооружения; г - обогрев после прекращения подъема форм; 1 - тепляк; 2 - щиты опалубки; 3 - рабочий пол; 4 - бетон; 5 - инфракрасные установки; 6 - подвесные леса
В соответствии с этим каждый слой бетона будет проходить:
а) предварительное выдерживание в течение времени
(76)
где h л и h y - соответственно высота подвижных лесов и инфракрасной установки, м;
б) разогрев в течение, времени
(77)
где h п - высота зоны разогрева, м;
в) изотермический прогрев в течение времени
(78)
где h и - высота зоны изотермического прогрева, м;
г) остывание, продолжительность которого зависит от конструкции тепляка, месторасположения прогреваемого участка, скорости подъема опалубки, массивности конструкции и температуры наружного воздуха.
В зоне термообработки бетон проходит две стадии - разогрев и изотермический прогрев. Для удобства расчетов инфракрасную установку условно делят по высоте на две зоны: зону нагрева (разогрева) и зону изотермического прогрева; энергетические расчеты ведут отдельно для двух зон, а общую мощность инфракрасной установки определяют как сумму мощностей обеих зон.
Примеры расчетов инфракрасных установок приведены в прил. 18.
РЕЖИМЫ ТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
11.14. Электротермообработка бетона с помощью инфракрасного излучения ведется по тем же режимам, что и при других методах электротермообработки (см. разд. 4 настоящего Руководства). Учитывая, однако, специфику подачи энергии с поверхности обогреваемой конструкции, стадией разогрева здесь считают период подъема температуры бетона на облучаемой поверхности с некоторой начальной t н до температуры изотермического прогрева t и.
При этом максимально допустимая скорость подъема температуры облучаемых поверхностей бетонных конструкций не должна превышать значений, указанных в табл. 59.
Таблица 59
| Толщина конструкции, см | Скорость подъема температуры поверхности конструкции, °С/ч, при нагреве | |
| одностороннем | двухстороннем | |
| До 10 | ||
| От 11 до 20 | ||
| » 21» 30 | ||
| » 31» 40 | - | |
| » 41» 60 | - |
При отогреве промороженного бетона скорость разогрева поверхности облучения должна быть в пределах 10 - 15 °С/ч.
11.15. При применении инфракрасного обогрева бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей опалубке, скорость разогрева должна соответствовать скорости подъема опалубки, но не превышать значений, указанных в табл. 59.
11.16. Учитывая повышенное испарение с облучаемых поверхностей при инфракрасном обогреве, последние должны быть тщательно укрыты гидроизоляционными материалами, пропускающими инфракрасные лучи: полиэтиленовой, полиамидной и другими прозрачными пленками.
По той же причине рекомендуется предварительное выдерживание бетона при низких положительных температурах.
