Расчет параметров электропрогрева бетона

8.2.1 Определяют распалубочную прочность бетона f_{ст ,расп}, которая должна быть не ниже критической прочности бетона f_{ст ,кр}, определяемой по таблице 2, и не ниже значения, требуемого проектной документацией.

8.2.2 Определяют температуру прогрева бетона t _п с учетом следующих основных факторов: вида применяемого цемента, модуля поверхности, наличия и доли неопалубленной поверхности, эксплуатационных требований к бетону, значения прочности бетона к окончанию прогрева и времени выдерживания конструкции в опалубке, необходимого (допускаемого) по условиям производства работ.

Рекомендуемые значения t _п, °С, соответствуют:

— до 60     — для бетона на шлакопортландцементе;

— “ 50     — то же, на портландцементе 3 группы по эффективности пропаривания;

— “ 45 и 40 — то же, на портландцементе 2 и 1 групп по эффективности пропаривания, соответственно;

— “ 40      — при наличии повышенных требований к бетону по эксплуатационным характеристикам (водонепроницаемости, морозостойкости, истираемости и др.), для бетона конструкций транспортных коммуникаций, а также предназначенного для эксплуатации в агрессивных средах.

8.2.3 Рассчитывают продолжительность подъема температуры  ч, приняв скорость подъема температуры бетона v _t, °С/ч, в соответствии с требованиями таблицы 2, по формуле

,                                                                     (52)

где t _б.н — температура бетона к началу прогрева, которая должна быть не ниже 0 °С.

В случае электропрогрева бетона без предварительного разогрева смеси на объекте принимают
t _б.н = 2 °C–5 °С и учитывают это значение при расчете температуры бетонной смеси на выходе из смесителя по разделу 5. При предварительном разогреве бетонной смеси на объекте с последующим электро­прогревом бетона принятое значение t _б.н используют для расчета температуры разогрева t _раз, °С,
с учетом потерь при ее укладке, по формуле

t _раз= t _б.н + t _укл,                                                                     (53)

где t _укл — снижение температуры при укладке бетонной смеси в опалубку, определяемое по разделу 5.

Для бетона конструкций транспортных коммуникаций, конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, и при наличии повышенных требований к бетону по эксплуатационным характеристикам скорость подъема температуры должна быть не более 5 °С/ч.

8.2.4 Рост прочности бетона при изотермическом прогреве бетона  до приобретения им требуемой для распалубки прочности f_{cт ,расп} при расчетной температуре прогрева t _п определяют по данным таблицы 18.

Таблица 18 — Рост прочности бетона при изотермическом прогреве

Класс бетона	Продолжи­тельность изотермического прогрева, ч	Прочность бетона, % от проектной, при температуре изотермического прогрева, °С
		40	50	60	70	80
С^12/15–С^20/25 на ПЦ 400	8	18	30	38	50	60
	16	33	44	55	66	75
	24	45	55	65	74	80
	48	68	75	80	—	—
	72	77	85	89	—	—
С^25/30–С^35/45 на ПЦ 500; ПЦ 600	8	25	35	45	60	70
	16	48	55	60	70	80
	24	55	65	70	80	—
	48	75	85	90	—	—
	72	85	92	98	—	—
С^12/15–С^20/25 на ШПЦ 400	8	16	20	30	40	50
	16	30	35	50	60	70
	24	40	50	65	74	83
	48	60	75	90	100	—
	72	70	90	—	—	—
Примечание — Промежуточные значения определяют интерполяцией.

 

8.2.5 В случае применения в бетоне добавок — ускорителей твердения рост прочности бетона
по таблице 18 принимают с поправочным коэффициентом для температуры прогрева, приведенным
в таблице 19.

Таблица 19 — Поправочный коэффициент для температуры прогрева

Продолжительность прогрева бетона, ч	Значения поправочного коэффициента для температуры прогрева, °С
	40	50	60	70	80
До 24	1,8	1,6	1,4	1,35	1,3
48	1,4	1,3	1,2	—	—
Примечание — Не рекомендуется прогрев бетона с добавками — ускорителями твердения более 24 ч и при температуре выше 40 °С для портландцемента 1 группы по эффективности пропаривания, 45 °С, 50 °С и 60 °С — для 2 и 3 групп по эффективности пропаривания и шлакопортландцемента, соответственно, т. к. при прогреве большей продолжительности и повышенной температуры снижается эффективность применения добавок.

 

8.2.6 Определяют продолжительность остывания бетона  до температуры  обеспечивающей допускаемую разность температур его наружных слоев и воздуха.

При определении  возможны два варианта:

а) требуется ускоренный оборот опалубки;

б) по условиям производства работ допускается продолжительное остывание бетона вместе
с опалубкой.

8.2.7 По варианту 8.2.6 а) принимают допускаемую скорость остывания бетона v _ост и определяют время остывания t_ост, ч, по формуле

                                                                    (54)

где — температура прогрева бетона, °С;

— температура бетона к началу распалубки с учетом допускаемой разности температур между бетоном и воздухом, °С.

Значение , °С, определяют по формуле

                                                                     (55)

где   — температура наружного воздуха, °С ( £ 0 °С);

 °С — допускаемая разность температур между бетоном и воздухом, принятая по таблице 2 или установленная расчетом, при немедленном снятии опалубки, по формуле

                                               (56)

и, в случае временного укрытия поверхности распалубливаемой конструкции после снятия опалубки, по формуле

,                       (57)

здесь — допускаемые деформации растяжения, принимаемые: для тяжелого бетона
 » 0,11 мм/м, для легкого бетона _доп» 0,15 мм/м;

— эмпирический коэффициент, учитывающий геометрическую форму конструкций: для конструкций, имеющих ребра,   = 132, для округлых — = 380;

— максимальная скорость ветра на момент распалубки (ожидаемая по метеопрогнозу, но не менее 5 м/с);

R _из— термическое сопротивление временного укрытия, м²· °С/Вт.

8.2.8 Для варианта 8.2.6 б) рассчитывают продолжительность остывания бетона в опалубке по формуле (27) до температуры .

При этом в формулу (27) вместо  подставляют значение температуры прогрева бетона  а также предварительно рассчитанное значение ожидаемой средней за период остывания бетона температуры  °С, по формуле

                            (58)

8.2.9 Определяют общую продолжительность выдерживания бетона в опалубке  ч, по формуле

.                                      (59)

В случае если принят режим медленного остывания бетона в опалубке по 8.2.8 после изотермического прогрева и второе слагаемое в формуле (59) приобретает отрицательный знак или превращается в ноль, т. е.:

,

это означает, что для данных условий твердения бетона изотермический прогрев не нужен. Достаточно разогрева бетона до температуры  и выдерживания его в опалубке расчетное время , при общей продолжительности выдерживания бетона в опалубке  ч:

Если сумма  не превышает время изотермического прогрева, то уточненную величину , ч, определяют по формуле

                                                           (60)

Этим учитывают приращение прочности бетона в процессе нагрева и, особенно, за время его
остывания.

8.2.10 Определяют требуемую удельную мощность на подъем температуры  кВт/м³, по формуле

                                 (61)

где с _б, с_i — удельная теплоемкость бетона (принимают  кДж/(кг · °С)) и опалубки (i относится к каждому слою многослойной опалубки), кДж/(кг · °С);

r_б, r _i — средняя плотность бетона и материалов опалубки, кг/м³;

d _i          — толщина i -го слоя опалубки, м;

v _t          — скорость подъема температуры, °С/ч;

К_т         — коэффициент теплопередачи опалубки, Вт/(м²× °С);

t _п   — температура прогрева бетона, °С;

t _н.в        — температура наружного воздуха, °С;

0,8 — снижение требуемой мощности за счет учета теплоты экзотермии цемента, кВт/м³.

8.2.11 Определяют схему размещения электродов и удельную мощность Р _уд по формулам (46) – (51).

Должно выполняться условие, согласно которому Р _уд³ Р _mах, что подтверждает возможность принятой схемы размещения электродов обеспечить заданный режим разогрева бетона при планируемом вторичном напряжении на электродах, например, U = 85 В.

Если Р _уд< Р _mах, рассчитывают значение удельной мощности с большим вторичным напряжением,
в пределах, обеспечиваемых специализированным оборудованием (см. таблицу 17), но не более 121 В. При необходимости уменьшают расстояние между электродами или изменяют схему их расстановки и способ прогрева.

8.2.12 Определяют требуемую удельную мощность для поддержания температуры при изотермическом прогреве  кВт/м³, по формуле

.                                                         (62)

8.2.13 Рассчитывают затраты электрической энергии на прогрев бетона Р _э, кВт×ч, захватки объемом V _б, м³, по формуле

                             (63)

8.2.14 Выбирают станцию прогрева или определяют возможность применения имеющейся по критериям: Р _ном³ Р _р, I _ном³ I _р при Р _ном, кВ×А, и I _ном, А (соответственно, мощность станции прогрева (понижающего трансформатора) и обеспечиваемая ею сила тока). Они должны быть не менее требуемой расчетной мощности Р _р, кВ×А, и силы тока I _р, А, для прогрева бетона захватки объемом V _б, м³.

Расчетную мощность Р _р, кВ·А, определяют по формуле

                                                               (64)

где — мощность, затрачиваемая при подъеме температуры, кВт/м³, рассчитанная по формуле (61);

V _б              — объем бетона захватки, м³;

η соsφ — коэффициент потерь мощности, принимаемый равным 0,9;

К_пер            — коэффициент кратковременной перегрузки, принимаемый в расчетах равным 1; допускается принимать К_пер = 1,05–1,5, если «пиковые» нагрузки не превышают 15 мин за 6 ч работы станции (трансформатора).

Из формулы (64) можно определить объем бетона захватки, обогреваемый при помощи станции (трансформатора) с известной номинальной мощностью трансформатора Р _ном, кВ×А, подставив ее значение вместо Р _р.

Расчетное значение требуемой силы тока на прогрев бетона I _р, А, захватки объемом V _б, м³, определяют по формуле

                                                             (65)

где — то же, что в формуле 64;

К₂   — коэффициент, учитывающий изменение электрического сопротивления бетона при прогреве. Для бетона без добавок К₂ может быть принят равным 1–0,5. Рекомендуется в расчете принимать К₂ = 1, а в случае применения противоморозных добавок и ускорителей твердения (сильных электролитов) — К₂ = 1,2;

V _б         —объем бетона захватки, м³;

U    — напряжение на электродах, В.

8.2.15 Пример расчета параметров электродного прогрева бетона приведен в приложении Г.

8.2.16 Пример расчета параметров прогрева бетона в греющей опалубке приведен в приложении Д.

8.2.17 Пример расчета параметров обогрева бетона греющими проводами приведен в прило­жении Е.