Электропрогрев бетонных конструкций обычно применяется в тех случаях, когда выдерживание бетона способом «термоса» не обеспечивает приобретения им заданной относительной прочности к концу установленного срока выдерживания, а также при необходимости получения требуемой прочности бетона в короткий срок.

Метод электропрогрева бетона основан на преобразовании электрической энергии в тепловую и осуществляется двумя способами:

1) пропусканием тока непосредственно через уложенный в конструкции бетон с помощью металлических электродов;

2) электрическими нагревательными приборами (печами сопротивления).

При электродном способе конструкция прогревается за счет выделения тепла непосредственно в теле бетона, включаемого в электрическую цепь, а при использовании нагревательных приборов, термоактивной опалубки и термоактивного слоя опилок конструкция нагревается за счет передачи тепла бетону при нагреве окружающей среды. В качестве последней могут быть использованы воздух, вода, влажные опилки.

Наиболее широкое распространение получили электродный способ прогрева бетона и прогрев бетонных конструкций воздухом, нагреваемым электрическими печами.

Электродный прогрев бетона

Период выдерживания бетона при электродном прогреве может быть разбит на три стадии, различающиеся характеристикой теплового режима:

1) разогрев  – характеризуется плавным повышением температуры бетона от начальной  до максимальной расчетной ;

2) изотермическое выдерживание  –  характеризуется постоянством температуры бетона ;

3) термосное выдерживание  –   характеризуется постепенным снижением температуры бетона от максимальной, достигнутой к концу периода разогрева , до конечной , при которой начинается замерзание бетона.

Длительность каждой стадии определяется теплотехническим расчетом.

5.3.2. Расчет температурных режимов выдерживания при электропрогреве бетона

Расчет производится на основании таких же исходных данных, как и при прочих способах выдерживания бетона. Влияние термосного периода на рост прочности бетона при электродном прогреве имеет практическое значение только при массивности конструкций (М_п ≤ 8) или применении утепленной опалубки. Однако последнюю, в связи с относительно высокой стоимостью и конструктивной сложностью, применяют сравнительно редко, особенно при бетонировании конструкций с большим модулем поверхности. При бетонировании конструкций с М_п ≥ 8 в обычной опалубке влияние термосного периода не учитывается, и обеспечение заданной конечной прочности бетона производится исключительно за счет электропрогрева.

С другой стороны, может иметь место такое сочетание основных влияющих факторов (массивность, теплоизоляция и метеорологические условия), при которых окажется достаточным разогрев бетона до определенной температуры с последующим термосным выдерживанием бетона – электротермос.

Наконец, могут встретиться случаи, при которых окажется целесообразным учитывать все три периода: разогрев, изотермическое и термосное выдерживание. Таким образом, наиболее экономичные режимы могут быть сведены к трем основным схемам (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Графики режимов электропрогрева:

а – не учитывается нарастание прочности бетона при его остывании; б и в – учитывают нарастание прочности бетона при остывании; t₁ – продолжительность разогрева бетона; t₂ – то же изотермического прогрева; t₃ – то же остывания; t_э – то же собственно электропрогрева

Расчет температурных режимов производится с учетом следующих требований:

– начальная температура бетона назначается не ниже 5°С;

– температура бетона в конце разогрева  должна быть не выше значений, указанных в таблице 5.14.

Таблица 5.14 

Максимально допускаемая температура бетона при электропрогреве

Скорость нарастания температуры бетона во время разогрева

                                                (5.14)

не должна превышать: 5 °С/час – в массивных конструкциях (с М_п <6) и

8 °С/час – в обычных конструкциях (с М_п >6).

Температура бетона в конце термосного остывания  должна быть не ниже 4°С.

При определении коэффициентов теплопередачи ограждения бетона К (Вт/м²∙К) можно пользоваться нижеприведенными формулами, учитывающими установленные опытом особенности теплового сопротивления термоизоляции, в условиях электродного прогрева:

а) в случае неутепленной опалубки толщиной h _оп ( м):

;                                                (5.15)

б) в случае опалубки, покрытой слоем утеплителя толщиной h _ут:

;                                       (5.16)

в) в случае, если, кроме опалубки, имеется наружная деревянная обшивка толщиной h _д (м) и промежуточная засыпка толщиной h _ут:

;                                    (5.17)

г) в случае, если ограждение состоит только из рыхлого утеплителя, уложенного по открытой поверхности бетона (например, засыпка опилками поверхности железобетонного перекрытия):

.                                             (5.18)

Значения коэффициента теплопроводности берутся по таблице 5.4 (коэффициенты теплопроводности λ, и удельная теплоемкость С основных строительных материалов, применяемых в качестве утеплителей).

При учете влияния термосного остывания бетона на цементе марки не выше 400 экзотермия цемента обычно не учитывается (за исключением случаев применения электротермоса).

При назначении прочности бетона,  требуемой к концу его выдерживания ( ), следует учитывать, что нарастание прочности бетона после 50% от протекает крайне медленно, поэтому назначение  > 50%  влечет за собой значительное повышение сроков прогрева, возрастание расхода электроэнергии и снижение оборачиваемости электрооборудования. В связи с этим, в большинстве случаев при необходимости доведения бетона до прочности, превышающей 50% , оказывается более целесообразным переход на повышенную против проектной марку бетона.

Расчет температурных режимов при электродном прогреве может быть осуществлен по способу эквивалентных сроков.

После выбора режима электропрогрева и определения , , , М_п и К определяют длительность стадии разогрева

                                       (5.19)

и среднюю температуру бетона за эту же стадию

                                       (5.20)

Далее, по данным лабораторных испытаний, а при отсутствии таковых – по графикам, приведенным в ТУ (СН 66-59), устанавливают длительность выдерживания бетона (в часах) до приобретения им заданной прочности  при =15°С. При комбинации электропрогрева бетона с термосным выдерживанием определяют (пренебрегая учетом экзотермии) длительность остывания бетона от  до по формуле.

                                            (5.21)

где

                               ;

А₁- коэффициент, характеризующий свойства бетона.

β – коэффициент, учитывающий влияние ветра. 

Среднюю температуру бетона за период остывания определяют по формуле

                                      (5.22)

где ;

По таблице 5.15 находим значения параметров эквивалентных сроков выдерживания бетонов: соответствует температуре ;  – темпера-

туре ;  – температуре .   

Таблица 5.15

Параметры эквивалентных сроков α выдерживания бетона на различных цементах

Далее определяют длительность изотермического периода:

                                    (5.23)

Если прогрев осуществляется без учета термосного остывания, то

 и                                         (5.24)