Обогрев бетона токоизолированными металлическими проводами

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 t_п, с, подбирают, исходя из допускаемой скорости ее подъема v _t, 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;

r_б 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)