Общие положения
9.1.1 В качестве токоизолированных проводов используют стальную проволоку диаметром
от 1 до 2 мм в полиэтиленовой изоляции со средней нагрузкой 10–50 Вт на 1 пог. м, в зависимости от используемого напряжения и силы тока. Использование проводов из цветных металлов технического преимущества не дает и приводит к удорожанию провода в 5–10 раз [5], [6].
Технические характеристики нагревательных проводов приведены в таблице 20.
Таблица 20 — Технические характеристики токоизолированных проводов
Показатели | Марка провода | ||
ПОСХВ | ПОСХП | ПНСВ | |
Материал жилы | Сталь | ||
Диаметр жилы, мм | 1,1 | 1,1 | 1,2 |
Омическое сопротивление, Ом×м | 0,145 | 0,140 | 0,140 |
Допустимая температура, °С | 80 | 60 | 80 |
Материал изоляции | Поливинил-хлорид | Полиэтилен | Поливинил-хлорид |
Наружный диаметр с изоляцией | 2,9 | 3,4 | 2,8 |
9.1.2 Токоизолированные провода размещают в монолитных бетонных конструкциях в периферийных слоях, в железобетонных конструкциях — в уровне арматурных сеток и каркасов.
|
|
При обогреве стыков провода закладывают в раствор или бетон омоноличивания между стыкуемыми элементами по всей длине стыка (шва). Расход проводов определяется расчетом.
9.1.3 Обогрев бетона с применением токоизолированных проводов осуществляют с использованием понижающих трансформаторов (см. таблицу 17) при рекомендуемом напряжении 60 В. Допустимое напряжение для обогрева составляет до 103 В, а температура изотермического прогрева в наиболее нагретых зонах не должна превышать требований таблицы 2.
9.1.4 Расчет может быть выполнен на основе определения требуемой мощности на подъеме температуры по формуле (61) и требуемой мощности для поддержания температуры при изотермическом обогреве по формуле (62).
9.1.5 Расчет требуемого удельного количества теплоты Q, Дж, на обогрев 1 м3 бетона производят по общему расходу тепла на обогрев бетона в опалубке, который определяют по формуле
, (66)
где U — электрическое напряжение, В;
I — сила тока, А;
— время, с;
R — электрическое сопротивление греющего провода, Ом.
Для расчета используют уравнение теплового баланса обогрева бетона:
(67)
где — общее количество теплоты, расходуемое в период подъема температуры, Дж;
— расход тепла в период изотермического прогрева, Дж;
— то же, на нагрев бетонной смеси, Дж;
— тепло, образуемое в бетоне от химических реакций гидратации цемента, Дж;
— расход тепла на испарение влаги в период подъема температуры, Дж;
— то же, на нагрев опалубки и слоев утеплителя, Дж;
— “ на потери в окружающую среду в период подъема температуры, Дж;
|
|
— “ на испарение в период изотермического прогрева, Дж;
— “ на потери в период изотермического прогрева, Дж.
9.1.6 Для стадии подъема температуры уравнение теплового баланса принимает вид:
(68)
где — продолжительность подъема температуры, с.
9.1.7 При изотермическом прогреве уравнение теплового баланса выражается зависимостью
(69)
где — продолжительность изотермического прогрева, с.
9.1.8 Для плоских конструкций (стен, перекрытий и т. п.) целесообразно теплофизические электротехнические расчеты выполнять путем приведения всех параметров к единице площади конструкции, т. е. на 1 м2. Тогда удельное количество теплоты q п, Вт/м2, необходимое для подъема температуры бетонной смеси от до определяется:
(70)
9.1.9 Продолжительность подъема температуры tп, с, подбирают, исходя из допускаемой скорости ее подъема vt, по выражению
(71)
9.1.10 Требуемая мощность проводов на 1 м2 поверхности Вт, составит
. (72)
Здесь следует учитывать, что приток тепла на всей поверхности конструкции не должен превышать 70 °С–80 °С.
9.1.11 Требуемая мощность токоизолированного провода Вт, для захватки площадью F з, м2, составит
. (73)
9.1.12 Требуемое электрическое сопротивление провода на захватку R з, Ом, определяется из выражения
(74)
9.1.13 По известным электротехническим зависимостям: можно далее подобрать сечение и длину проводов. Длина провода l тр, м, на 1 м2 стены (плиты) определяется соотношением между требуемой на участок мощностью и удельной на провод по формуле
. (75)
9.1.14 По приведенной схеме рассчитывают режим изотермического прогрева. Удельный тепловой поток q, Вт/м2, требуемый для компенсации потерь тепла с поверхности бетона площадью F, м, за время , определяется по формуле
. (76)
Требуемую мощность для изотермического прогрева определяют по формуле
. (77)
В случае если требуемая мощность для изотермического прогрева менее или равна требуемой мощности на подъем температуры (), следует пользоваться расчетами режима подъема. Рабочее напряжение электрического тока U, В, в этом случае определяют по формуле
. (78)
В случае когда , а также когда мощность проводов больше требуемой, можно использовать прерывистый режим изотермического прогрева и по такому же режиму осуществлять подъем температуры.
9.2 Последовательность расчета параметров обогрева бетона токоизолированными
проводами
9.2.1 Определяют распалубочную прочность бетона, температуру его обогрева по 8.2.1 и 8.2.2
и расчетное электрическое напряжение с учетом требований 9.1.
9.2.2 Определяют составляющие расхода тепла, приходящегося на 1 м2 бетонируемой захватки.
9.2.2.1 Количество теплоты, необходимое для разогрева 1 м2 захватки уложенной бетонной смеси Дж, определяют по формуле
(79)
где В — толщина (высота) слоя бетона захватки, м;
rб и с б— соответственно, средняя плотность и удельная теплоемкость бетонной смеси, кг/м3 и Дж/(кг×°С);
|
|
и — соответственно, начальная и конечная температура бетона, °С.
9.2.2.2 Количество теплоты, выделяемой за счет экзотермии цемента в расчете на 1 м2 захватки при подъеме температуры Дж, определяют по формуле
(80)
где — удельная масса бетона, приходящаяся на 1 м2 конструкции, кг/м2;
— удельная теплоемкость 1 м2 стены, Дж, определяемая по формуле
(81)
9.2.2.3 Количество теплоты Q ар, Дж, затрачиваемого на нагрев арматуры, определяют по формуле
, (82)
где — масса арматуры в 1 м3 бетона, кг;
— удельная теплоемкость стали, Дж/(кг×°С).
9.2.2.4 Количество теплоты Дж, затрачиваемого на испарение влаги в процессе подъема температуры на 1 м3 захватки бетона, определяют по формуле
, (83)
где — количество испаряющейся воды, кг;
с в — удельная теплоемкость испаряемой воды, принимаемая равной 4186 Дж/(кг×°С);
— начальная температура бетона, °С.
9.2.2.5 Количество теплоты на нагрев опалубки Q оп, Дж, определяют по формуле
(84)
где — удельная теплоемкость каждого (i -го) слоя опалубки, Дж/(кг×°С);
— площадь каждого (i -го) слоя опалубки, м2;
— толщина каждого (i -го) слоя опалубки, м;
— средняя плотность каждого (i -го) слоя опалубки, соответственно, кг/м3.
9.2.2.6 Потери тепла в окружающую среду Q пот, Дж, определяют по формуле
К , (85)
где R — термическое сопротивление опалубки, м2 · °С/Вт;
К — коэффициент теплоотдачи опалубки, Вт/(м2 · °С).
9.2.2.7 Общее количество теплоты , Дж, требуемой для подъема температуры (расчетное значение), определяют по формуле
(86)
9.2.2.8 Осуществляют перевод требуемого количества теплоты Q, Вт, из джоулей в килокалории и ватты по известным соотношениям: 1 ккал» 4,1868 Дж»1,63 кВт; 1 кВт = 1000 Вт, по зависимости
|
|
. (87)
Далее определяют удельную мощность Р уд, Вт/м2, по требуемому количеству теплоты в зависимости от скорости подъема температуры. Предварительно принимают £ 10 °C/ч:
(88)
9.2.2.9 Определяют требуемую длину провода l тр, м, по формуле
(89)
где Р пр — погонная нагрузка на провод, Вт/м;
n п — количество плоскостей расположения провода; n п = 1 — при одностороннем размещении провода (по центру или с одной стороны у поверхности (периферия) конструкции и n п = 2 — при «сквозном» обогреве, т. е. расположении провода с двух сторон.
Шаг размещения провода b, мм, на каждой из сторон захватки в 1 м, определяется по формуле
. (90)