Пример расчета параметров электродного прогрева бетона

Г.1 Требуется определить параметры режима твердения бетона монолитной железобетонной несущей внутренней стены здания при электродном прогреве по следующим исходным данным:

— конструкция стены (захватка): длина L = 6,0 м, высота Н = 3,2 м, толщина В= 0,25 м; объем бетона V _б= 4,8 м³; модуль поверхности М_п= 7,1 м^–1; степень (коэффициент) армирования — менее1 %;

— опалубка МОДОСТР-КОМБИ с палубой из водостойкой ламинированной фанеры толщиной
d = 12 мм, плотностью r = 700 кг/м³; расчетный коэффициент теплопередачи К_т» 7,0 Вт/(м²·°С) при скорости ветра v _max= 5 м/с;

— бетон тяжелый класса С¹⁶/₂₀ на портландцементе марки 400 (С₃А < 7 %) 2 группы по эффективности пропаривания;

— температура бетона к началу прогрева t _б.н = 3 °С;

— температура наружного воздуха t _н.в = –10 °С;

— требуемая по проектной документации распалубочная прочность бетона — не менее 70 % от проектной (f_c_m _,расп ³ 70 % f_c_m);

— планируемый период твердения бетона в опалубке — 2 сут;

— используют электроды диаметром d = 6 мм, которые устанавливают в процессе армирования конструкции с токоизоляцией от арматуры.

Г.2 Расчет выполняют по методике раздела 8.

Г.2.1 Требуемая распалубочная прочность бетона по проектной документации f_c_m _,расп ³ 70 % f_c_m, что превышает минимально необходимое значение критической прочности.

Контролируемое значение прочности бетона класса С¹⁶/₂₀ (при обеспеченности 0,95 и коэффициенте вариации 13,5 %) к моменту распалубки

f_c_m _,расп ³ 0,7 · 20/0,7786 ³ 18 МПа.

Г.2.2 Определяют температуру прогрева бетона.

Учитывая, что требуемый оборот опалубки — 2 сут, по данным таблицы 18 принимают температуру прогрева t _п = 50 °С как обеспечивающую за 48 ч прочность бетона на уровне 75 % от проектной.

Г.2.3 Рассчитывают время подъема температуры t_под до 50 °С, приняв скорость ее подъема
v_t = 10 °С/ч при М_п = 7,1 м^–1, по формуле (52):

Г.2.4 Определяют продолжительность изотермического прогрева t_избетона, интерполируя данные таблицы 18, с учетом t _п = 50 °C и f_c_m _,расп»70 % f_c_m.

Продолжительность изотермического прогрева

Г.2.5 Определяют температуру бетона при распалубке t _расп, при которой обеспечивается безопасный перепад температуры между ним и наружным воздухом при t _н.в = –10 °С.

Безопасный перепад температуры по таблице 2 при коэффициенте армирования 0,92 % (менее 1 %) и модуле поверхности М_п > 7,1 м^–1 (более М_п = 5 м^–1) должен быть не более 30 °С.

По формуле (56) в рассматриваемом случае (М_п = 7,1 м^–1; v _m_ах = 5 м/с) перепад температуры

Для дальнейшего расчета принимаем меньшее значение = 18 °С.

Тогда требуемая (рекомендуемая) температура бетона при распалубке

t _расп = –10 + 18 = 8 °С.

Г.2.6 Определяют продолжительность остывания бетона приняв допустимую скорость остывания v _ост = 5 °С/ч для М_п = 7,1 м^–1, по формуле (54):

Г.2.7 Определяют общую продолжительность выдерживания бетона в опалубке по формуле (59):

Таким образом, режим твердения (прогрева) бетона включает подъем температуры, изотермический прогрев и остывание конструкции в соотношении 4,7 + 33,6 + 8,4 ч при общей продолжительности около 47 ч, что удовлетворяет заданию расчета.

Г.2.8 Определяют соответствие расчетной продолжительности остывания конструкции условиям производства работ.

Для этого определяют значение ожидаемой средней температуры бетона по формуле (58):

Тогда при К_т= 7,0 Вт/(м²·С) по формуле (27):

Поскольку продолжительность естественного остывания бетона с учетом D t» 18 °С в опалубке превышает расчетную по режиму твердения = 8,4 ч), определяют продолжительность естественного остывания бетона в опалубке до допускаемого значения температуры бетона при перепаде температуры

Тогда:

t _расп = –10 + 30 = 20 °С,

И в этом случае продолжительность естественного остывания бетона в опалубке несколько превышает расчетную, что свидетельствует о возможной деструкции (появление трещин) бетона из-за превышения температурного перепада со средой.

Для обеспечения надлежащих условий распалубки, безопасной для структуры бетона, следует за 6–8 ч до нее (после отключения подачи электроэнергии на электроды) перевести конструкцию в режим охлаждения. В рассматриваемом случае достаточно отсоединить опалубку от поверхности бетона (ослабив крепежные элементы) и, не снимая гидро- и теплоизоляции с неопалубленной поверхности, дать остыть в течение расчетного времени (не превышая скорость охлаждения бетона 5 °С/ч).

Г.2.9 Определяют требуемую удельную мощность на подъем температуры бетона (в рассматриваемом случае — железобетона) по формуле (61) при удельной теплоемкости фанерной палубы опалубки
с _оп = 2,3 кДж/(кг·°С), плотности кг/м³ и толщине d = 0,012 м:

Г.2.10 Определяют схему и шаг расстановки электродов.

Г.2.10.1 Вариант 1. Определяют шаг b расстановки электродов диаметром d = 0,006 м в один ряд по оси конструкции стены толщиной В= 0,25 м и длиной L = 6 м.

Например, принимают шаг электродов кратным b = 0,25 м (23 электрода по длине конструкции).

Определяют удельную мощность Р _уд принятой схемы расстановки электродов (см. рисунок 1е) по формуле (50) для расчетного напряжения U = 80 В, расчетного электрического сопротивления бетона R _б = 8 Ом·м; подключение электродов к трем фазам (z = 1,5):

Удельная мощность принятой схемы расстановки электродов не обеспечивает условие
Р _уд³

Г.2.10.2 Вариант 2. Изменяют шаг расстановки электродов до b = 150 мм (0,15 м).

Тогда

В этом случае Р _уд> и есть возможность увеличить расстояние между электродами.

Путем дальнейшего подбора устанавливают, что при принятых параметрах прогрева расстояние между электродами, расположенными в вертикальной плоскости по оси конструкции стены, и примерном равенстве Р _уд» соответствует 0,2 м. Для прогрева бетона необходимо 32 электрода
с подключением поочередно к первой (1ф), второй (2ф) и третьей (3ф) фазам.

Г.2.11 Определяют требуемую мощность для поддержания температуры при изотермическом прогреве бетона по формуле (62):

Г.2.12 Рассчитывают затраты электрической энергии на прогрев по расчетному режиму бетона захватки объемом V _б = 4,8 м³ по формуле (63):

Г.2.13 Рассчитывают параметры мощности станции (понижающего трансформатора) и параметры электрического тока для прогрева бетона.

Г.2.13.1 Требуемую мощность станции определяют по формуле (64):

Г.2.13.2 Требуемую силу тока при К = 0,75 определяют по формуле (65):

Г.2.13.3 Необходимым параметрам отвечают станции прогрева КТП-ТО 80-86, КТП-63-ОБ, понижающий трансформатор ТМОБ-63 (см. таблицу 17).

Г.2.14 В случае использования добавки — ускорителя твердения бетона рассмотренная методика расчета изменяется в следующем.

Г.2.14.1 При сохранении значений требуемой прочности бетона и продолжительности планируемого твердения бетона в опалубке уточняют температуру прогрева бетона (ее снижение) и соответствующие изменения в режиме его твердения (продолжительность подъема температуры, изотермического прогрева, остывания бетона), а также изменения в электрофизических аспектах прогрева: электрическое сопротивление бетона, расстановку электродов, удельную мощность Р _уд, снижение энергетических затрат на прогрев бетона.

Для этого по данным таблиц 5 и 6 определяют, что для рассматриваемого случая может быть принят прогрев бетона с добавкой — ускорителем твердения (например, Na₂SO₄, — 1 % от массы цемента) при температуре t _п = 30 °С, обеспечивающей за = 48 ч твердения прочность

от

Дальнейший расчет осуществляют по ранее изложенной методике с учетом соответствующих изменений, например:

2) продолжительность изотермического прогрева составит:

3) продолжительность остывания конструкции при v _ост = 5 °С/ч и безопасном перепаде температуры D t £ 30 °С и t _н.в = –10 °С составит:

4) общая продолжительность выдерживания бетона в опалубке

5) режим твердения бетона с добавкой, включающий подъем температуры, изотермический прогрев при t _п = 30 °С, остывание — 2,7 + 41,6 + 2 ч при общей продолжительности около 46,3 ч, удовлетворяет заданию расчета.

6) учитывают повышение удельной мощности принятой схемы расстановки электродов, так как
с введением добавки, являющейся электролитом, в 2–4 раза снижается электрическое сопротивление свежеуложенного бетона; в расчете принимаем или и тогда

что обеспечивает условие при шаге b = 0,25 м электродов c d = 0,006 м в один ряд по оси конструкции стены толщиной В = 0,25 м.

Последующий расчет осуществляют по приведенной ниже методике с учетом установленных изменений.

Г.2.14.2 При сохранении значения требуемой прочности бетона с добавкой на уровне и сохранении продолжительности твердения бетона в опалубке принимают рекомендуемую для цемента 2 группы по эффективности пропаривания температуру прогрева t _п = 45 °С и осуществляют расчет режима твердения бетона и его электрофизических параметров по приведенной ранее методике с учетом следующих изменений.

Интерполяцией данных таблиц 18 и 19 определяют, что для рассматриваемого случая, т. е. t _п= 45 °С, продолжительность прогрева, обеспечивающая может быть принята t_пр» 16 ч, так как

Дальнейший рост осуществляют по ранее изложенной методике с учетом соответствующих изменений, например:

2) продолжительность изотермического прогрева в данном случае практически соответствует общей продолжительности прогрева:

3) продолжительность остывания конструкции при безопасном перепаде температуры и составит:

4) общая продолжительность выдерживания бетона в опалубке

5) режим твердения бетона с добавкой, включающий подъем температуры, изотермический прогрев при и остывание в соотношении 4,2 + 12,5 + 5 ч при общей продолжительности около 22 ч удовлетворяет заданию расчета при ускоренном, в сравнении с ним, обороте опалубки.

6) последующий расчет осуществляют по приведенной ранее методике с учетом установленных изменений, в том числе электрофизических свойств бетона с добавкой-электролитом.

Г.2.14.3 В случае, если принимают вариант использования добавки — ускорителя твердения только с целью повышения прочности бетона (в рассматриваемом примере за t_пр» 48 ч при относительная прочность бетона может быть: