Обогрев бетона в рубашках или тепляках осуществляется исходя из подбора условий выдерживания бетона: уровня температуры греющей среды (θ_гр.с) и длительности обогрева; конструкции ограждений плоского тепляка или паровой рубашки; пикового и полного расхода теплоносителя на единицу объема выдерживаемого бетона.

Исходными данными для этого подбора являются:

 – конфигурация и размеры выдерживаемого элемента и конструкция  его опалубки;

– относительная прочность бетона к концу выдерживания ;

– срок выдерживания, допускаемый календарным планом работ; имеющиеся на площадке цементы, а также утеплители.

Приведенный ниже способ определения начальной температуры бетона и греющей среды применяется в тех случаях, если:

– модуль поверхности выдерживаемой конструкции не ниже 5;

– экзотермические свойства применяемого цемента не выше соответствующих портландцементу марки 400;

– удельный расход цемента не выше 250 кг/м³.

Нарастание прочности бетона в период его остывания после выключения обогрева и влияние экзотермического тепловыделения цемента в  расчете не учитываются. При расчете принимается, что температура греющей среды (θ_гр.с ) и наружного воздуха (θ_б.с ) постоянны в течение всего периода обогрева t.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Выбирают, сообразуясь с заданием, длительность выдерживания  t и вид цемента.

2. Определяют величину средней температуры бетона (θ_б.ср ) исходя из заданного значения  и выбранного t .

3. Определяют коэффициент теплопередач ( ) от греющей среды обогреваемым поверхностям бетона или к его опалубке; если бетон в пределах зоны обогрева полностью заключен в опалубку (например, прогрев колонны), то значение коэффициента (кВт/м² к) определяют по формуле:

- при парообогреве

;            (5.41)

- при обогреве горячим воздухом

;            (5.42)

где  – толщина опалубки, м.

При внешнем обогреве бетона  для трех различных толщин опалубки    (Вт/м²к) имеют следующие значения:

Для открытых поверхностей бетона, непосредственно омываемых теплоносителем, можно принимать: при паропрогреве  = 200 (Вт/м²к), при воздухообогреве    = 20 (Вт/м²к).

При прогреве бетонных конструкций в плоских тепляках теплопроводность материала отдельных поверхностей конструкций зависит от их размеров и коэффициента теплопередачи и пропорционально величине

; Вт/мК            (5.43)

где – общий объем бетона конструкции, м³;

 и  – площади отдельных поверхностей,м²;

и — коэффициент теплопередачи каждой поверхности, Вт/м²К

 Так как величины ,  соответствуют значениям модулей поверхности, выражение (5.43) принимает следующий вид:

                            (5.44)

Таким образом, только в случае одинаковых теплоограждений всех граней допустима обобщенная формула:

                            (5.45)

При различном характере теплоограждений поверхностей нужно пользоваться формулой (5.44);

4. Определяют величины А₁ по формулам

                                           ( 5.46а)

                                              (5.46б)

Формула  ( 5.46а) применяется в случае однообразных ограждений всех обогреваемых поверхностей бетона (например, для рассмотренного случая обогрева колонны), а формула (5.46б) случае разнохарактерных ограждений (например, для приведенных данных при обогреве прогона).

5. Определяют значение   и по графику рис. 5.19 находят величину у, а затем

Рис. 5.19. График определения величины

а – при х=0…1; б – при х=1…5

Остается определить начальную температуру бетона и температуру греющей среды может быть произведено по одному из двух вариантов:

1) Задаются значением температуры бетона в начале прогрева θ_н.в. (обычно принимают θ_н.в.=5°С и определяют соответствующее значение температуры греющей среды:

θ                                           (5.47)

2) Задаются уровнем температуры греющей среды  и устанавливают соответствующее значение начальной температуры бетона:

θ                                                (5.48)

Температура греющей среды не должна превышать при парообогреве 70°, при воздухообогреве 40°С.

Для выдерживания бетона в тонких конструкциях (плиты без ребер, перегородки и т. п.) рубашка или плоский тепляк устраивается с одной стороны конструкций (рис. 5.20), а другая сторона утепляется таким же способом, как и при термосном выдерживании, то есть закрывается теплоизоляционным материалом.

Рис. 5.20. Схема односторонней паровой рубашки

1 – гибкий шланг для подачи пара: 2 – фанера; 3 – утеплитель

Таким образом, можно сказать, что подбор условий выдерживания бетона осуществляется с учетом начальной температуры бетона, температуры греющей среды и конструкции тепляка.

Определение теплозатрат

Расходуемое в течение всего срока выдерживания бетона тепло (Дж/м³) затрачивается на:

а) разогрев бетона от начальной температуры  до конечной (через t час):

                                                                                  (5.49)

так как температура θ  обычно мало отличается от температуры греющей среды θ , то можно принимать

                                                                                  (5.50)

б) прогрев опалубки и ограждений тепляка или рубашки:

 ккал/м³                                    (5.51)

в) потери в окружающий воздух через стенки рубашки или тепляка , зависящие от длительности обогрева t, суммарной площади наружной поверхности рубашки F , от величины перепада температур (θ_гр.с– θ_н.в.) и от коэффициента теплопередачи ограждения рубашки К_р.

В связи с тем, что стенки рубашки, ограждающие разные грани обогреваемого элемента, не всегда одинаковы по конструкции и, следовательно, могут иметь различные коэффициенты теплопередачи, при вычислении теплопотерь через стенки ограждения могут встретиться два случая:

1. Коэффициент теплопередачи всех граней ограждения одинаков:

                                                                             (5.52)

где t – длительность обогрева,час;

 К_р –  коэффициент теплопередачи ограждений,Вт/м²к;

                              ;                             (5.53)

β – поправочный коэффициент;

α – коэффициент, числовое значение которого при паропрогреве можно принимать равным 0,07, при воздухообогреве 0,2;

, ,  – толщина отдельных слоев ограждения, м;

, ,  – коэффициенты теплопроводности материалов отдельных слоев ограждения;

М_р – поверхность ограждений, приходящаяся на 1 м³ выдерживаемого бетона,  м². Для приближенного определения можно пользоваться следующими  формулами:

 – для колонн и отдельных балок

М_р = 2М_П;

– для перекрытий, стен и сводов при двустороннем обогреве:

– то же при одностороннем:

 – толщина наиболее тонкого элемента прогреваемой конструкции, м,

θ – температура греющей среды,ºC;

2.Теплоограждения рубашки или тепляка имеют различное теплосопротивление:

                                                      (5.55)

Для определения теплопотерь через стенки ограждения необходимо вычислить значения К_р и М _п  для каждой стенки. При определении М_р необходимо иметь чертежи конструкции ограждений; величины К_р для каждого случая определяются расчетом.

Потребный расход тепла в течение срока выдерживания t на 1 м³ бетона определяется по формуле

                                                                                     (5.56)

Максимальная (пиковая) теплозатрата в 1 час

                                                                                                   (5.57)

В случае применения пара для обогрева бетона потребное количество пара кг на 1 м³ бетона определяют приближенно по формуле

 кг                                                (5.58)

Соответствующую максимальную часовую потребность в паре на 1 м³ бетона можно определить по формуле

                                                 (5.59)

Зная расходуемое в течении всего срока выдерживания бетона тепло можно график укладки бетона в конструкции и определить число сменных захваток, прогреваемых одновременно.