11.1. Інфрачервоний спосіб термообробки бетону заснований на використанні енергії інфрачервоного випромінювання, що подається на відкриті або опалублені поверхні обігріваються конструкцій і перетворюється на цих поверхнях в теплову енергію.
Оскільки глибина проникнення інфрачервоних променів в бетон не перевищує 2 мм, то промениста енергія перетворюється в теплову в тонких поверхневих шарах бетону, решта ж маса конструкції нагрівається за рахунок теплопередачі від цих шарів і екзотермії цементу.
11.2. При виробництві бетонних робіт в умовах низьких негативних температур зовнішнього повітря інфрачервоний обігрів рекомендується застосовувати:
для відігрівання проморожених бетонних і грунтових підстав, арматури, закладних металевих деталей і опалубки, видалення снігу та криги;
для інтенсифікації твердіння бетону конструкцій і споруд, зведених у ковзній опалубці, плит перекриттів і покриттів, вертикальних і похилих конструкцій, що бетонуються в металевій або конструктивної опалубках;
для попереднього відігрівання зони стиків збірних залізобетонних конструкцій і прискорення тверднення бетону або розчину закладення;
для прискорення твердіння бетону або розчину при укрупнительной збірці великорозмірних залізобетонних конструкцій;
для створення теплового захисту поверхонь, недоступних для утеплення.
11.3. Як джерела (генераторів) інфрачервоного випромінювання в технології зимового бетонування рекомендується застосовувати:
металеві (сталеві, латунні, мідні) трубчасті електричні нагрівачі (ТЕНи) типів НВС (нагрівач повітряний сушильний) і НВСЖ (нагрівач повітряний сушильний жаростійкий) діаметром від 9 до 18 мм, довжиною від 0,3 до 6 м, потужністю від 0,6 до 1,2 кВт / м з робочою напругою - 127, 220 і 380 В, з температурою випромінюючої поверхні від 300 до 600 ° с;
керамічні стрижневі випромінювачі діаметром від 6 до 50 мм, довжиною від 0,3 до 1 м, потужністю від 1 до 10 кВт / м, з робочою напругою 127, 220 і 380 В, з температурою випромінюючої поверхні від 1300 до 1500 ° С;
кварцові трубчасті випромінювачі типу НІК-220-1000-Тр (нагрівач інфрачервоний кварцовий напругою 220 В, потужністю 1000 Вт, трубчастий) діаметром 10 мм, довжиною 370 мм з температурою спіралі до 2300 ° С. Кварцові випромінювачі повинні працювати обов'язково в горизонтальному положенні і надійно захищені від ударних впливів.
11.4. Для створення спрямованого променистого потоку випромінювачі повинні поміщатися в параболічні, сферичні або трапецеїдальні відбивачі. При цьому випромінювачі поміщаються в фокус параболи або центр сфери; розташування випромінювачів при застосуванні трапецеїдальних відбивачів визначається розрахунком.
Інфрачервоні випромінювачі в комплекті з відбивачами і підтримують пристроями складають інфрачервону установку.
11.5. Залежно від призначення, конфігурації і модуля поверхні обігріваються конструкцій рекомендується застосовувати інфрачервоні установки, наведені на рис. 56:
а) короб для обігріву плитних конструкцій, дорожніх підстав, стін, відігрівання промороженого бетону, грунту і т.п .;
б) прожектор для відігрівання порожнини опалубки, арматури, закладних деталей і теплового захисту поверхонь, недоступних для утеплення;
в) сферичні і плоскі нащельники для попереднього відігрівання зони стику збірних залізобетонних конструкцій і термообробки бетону закладення;
г) двохстінних плоску опалубку для термообробки плоских вертикальних і лінійних конструкцій і елементів;
д) поодинокі випромінювачі, що вводяться в канали-порожнечі, для термообробки багатопустотних плит і настилів.
Мал. 56. Інфрачервоні установки
а - короб; б - прожектор; в - нащельники; г - двухстенчатя опалубка; д - поодинокі випромінювачі; 1 - гідроізоляція; 2 - облучаемая поверхню; 3 - відбивачі; 4 - випромінювачі; 5 - обігрівається конструкція
РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ інфрачервоного обігріву І КОНСТРУЮВАННЯ ІНФРАЧЕРВОНИХ УСТАНОВОК
11.6. Завданням розрахунку і конструювання інфрачервоних установок є вибір типу генераторів інфрачервоного випромінювання, їх потужності, кількості і розташування щодо опромінюються і рефлектує пристроїв. Енергетичні та геометричні параметри інфрачервоних установок повинні забезпечувати енергетичну освітленість опромінюваної поверхні конструкції, необхідну для виділення на ній потужності, розрахованої за формулою (66).
11.7. Необхідна енергетична освітленість E визначається за формулою
де P - необхідна потужність, кВт;
Fо - площа опромінюваної поверхні, м 2;
# 949; - ступінь чорноти матеріалу опромінюваної поверхні (табл. 56).
11.8. Потужність, яку необхідно подати на опромінюється поверхню конструкції на стадії підйому температури Рп бетону і ізотермічного прогріву Pи. визначається відповідно за формулами (66) і (67):
де Cб. Cа і Ciоп - питома теплоємність відповідно бетону, арматури, матеріалу i-го шару опалубки, Дж / (кг · ° С);
# 947; б. # 947; а. # 947; i - об'ємна маса відповідно бетону, арматури, матеріалу i-го шару опалубки, кг / м 3;
Vб. Vа - обсяг відповідно бетону і арматури, м 3;
Fо. Fоп - площа відповідно облучаемой і необлучаемой поверхні конструкції, м 2;
# 964; п - тривалість підйому температури, ч;
K - коефіцієнт теплопередачі через опалубку, кВт / (м 2 · ° С);
Ц - витрата цементу в бетоні, кг / м 3;
Еп. ЕІ - питоме тепловиділення цементу в період відповідно підйому температури і ізотермічного прогріву, Дж / кг;
tн. tн.в - відповідно початкова температура бетону і зовнішнього повітря, ° С;
tи. t 'і - температура ізотермічного прогріву, відповідно на облучаемой і необлучаемой поверхні конструкції, ° С;
# 945; о - коефіцієнт тепловіддачі опромінюваної поверхні, яка визначається за формулою
h - відстань між облучаемой і відбиває поверхнями, м;
tср - середня температура бетону, визначається за формулами:
для стадії розігріву
для стадії ізотермічного прогріву
ty - температура стінок інфрачервоної установки, орієнтовно визначається за формулами:
для стадії розігріву
ty - температура стінок інфрачервоної установки, орієнтовно визначається за формулами:
для стадії розігріву
для стадії ізотермічного прогріву
11.9. Потужність, необхідна для теплового захисту відкритої поверхні конструкції, визначається за формулою
11.10. Потужність інфрачервоної установки, необхідна для створення необхідної освітленості на опромінюваної поверхні конструкції, визначається за формулою
де # 966; - коефіцієнт опромінення, що складає, яка частка променистого потоку, створюваного випромінювачами, сприймається облучаемой поверхнею; визначається за формулою
де # 966; і-п і # 966; і-о - частка променистого потоку, що передається від випромінювачів відповідно на опромінюється і відображає поверхні; # 966; о-п і # 966; о-і - частка променистого потоку, що передається від відбивача відповідно на опромінюється поверхню і випромінювачі.
Значення коефіцієнтів променистого потоку # 966; і-п. # 966; і-о і # 966; о-і беруться, по табл. 57 в залежності від геометричних параметрів S і d елементів інфрачервоної установки, зазначених на рис. 57, а коефіцієнта # 966; о-п в залежності від геометричних параметрів a1. a2 і h - відповідно до табл. 58.
Мал. 57. Схема до розрахунку параметрів інфрачервоної установки
і - випромінювачі; про - відбивач; п - облучаемая поверхню
Значення коефіцієнтів при S / d рівному
Примітка. Для проміжних значень a1 / h і a2 / h величина # 966; о-п визначається за правилом лінійної інтерполяції.
11.11. Знаючи необхідну енергетичну освітленість E і площа опромінюваної поверхні Fо. задаються геометричними параметрами елементів установки, визначають коефіцієнт опромінення # 966; і розраховують необхідну потужність інфрачервоної установки Pуст.
11.12. При конструюванні інфрачервоних установок необхідно:
в підтримуючих інфрачервоні випромінювачі конструкціях і пристосування застосовувати легкі метали;
як рефлекторів застосовувати алюміній, що володіє найбільшою відбивною здатністю. При відсутності листового алюмінію можна застосовувати листове залізо з фарбуванням поверхні, що відбиває жаростійкої алюмінієвої фарбою;
опалублені поверхні, що сприймають інфрачервоне випромінювання, покривати чорним матовим лаком для підвищення поглинальної здатності поверхні;
з метою підвищення рівномірності обігріву конструкції в інфрачервоних установках електричні потужності розподіляти наступним чином:
на нижню третину висоти конструкції - 50% загальної потужності;
на середню третину - 30% загальної потужності;
на верхню третину - 20% загальної потужності;
на крайні 1/6 ширини конструкції - 50% підводиться на даній висоті потужності;
на середні 1/6 ширини - 30% підводиться на даній висоті потужності;
на центральну 1/3 ширини - 20% підводиться на даній висоті потужності.
11.13. При застосуванні інфрачервоного обігріву бетону конструкцій і споруд, зведених у ковзній опалубці, процес термообробки бетону розділяється на чотири етапи (рис. 58):
а) інфрачервоні установки, змонтовані по периметру рухомих форм, нагрівають елементи ковзної опалубки перед укладанням бетону в форми і перші шари укладеного бетону (див. рис. 58, а). При цьому і опалубка, і інфрачервоні установки знаходяться в стані спокою (vоп = vy = 0, де vy - швидкість підйому інфрачервоної установки, м / ч; vоп - швидкість підйому опалубки, м / ч);
б) змінна опалубка піднімається на висоту, рівну висоті підвісних лісів (див. рис. 58, б), а інфрачервоні установки залишаються в первісному положенні і прогрівають шар бетону, який дорівнює висоті установок (vy = 0, vоп більше 0);
в) інфрачервоні установки, змонтовані на підвісних риштуваннях, рухаються щодо конструкції (див. рис. 58, в) синхронно з ковзаючою опалубкою (vоп = vy більше 0);
г) після закінчення бетонування захватки споруди змінна опалубка зупиняється (див. рис. 58, г), а інфрачервоні установки піднімаються вгору (vоп = 0, vy більше 0). На цьому етапі необхідно, щоб швидкість підйому установок не перевищувала середньої швидкості підйому опалубки.
Мал. 58. Схема інфрачервоного обігріву бетону конструкції, що зводиться в ковзної опалубки
а - початкове заповнення форм; б - бетонування до позначки навішування підвісних лісів; в - бетонування середній частині споруди; г - обігрів після припинення підйому форм; 1 - тепляк; 2 - щити опалубки; 3 - робочий підлогу; 4 - бетон; 5 - інфрачервоні установки; 6 - підвісні риштування
Відповідно до цього кожен шар бетону буде проходити:
а) попереднє витримування протягом часу
де Hл і hy - відповідно висота рухливих лісів і інфрачервоної установки, м;
б) розігрів протягом, часу
де hп - висота зони розігріву, м;
в) ізотермічний прогрів протягом часу
де h і - висота зони ізотермічного прогріву, м;
г) охолодження, тривалість якого залежить від конструкції тепляка, розташування прогреваемого ділянки, швидкості підйому опалубки, масивності конструкції і температури зовнішнього повітря.
У зоні термообробки бетон проходить дві стадії - розігрів і ізотермічний прогрів. Для зручності розрахунків інфрачервону установку умовно ділять по висоті на дві зони: зону нагріву (розігріву) і зону ізотермічного прогріву; енергетичні розрахунки ведуть окремо для двох зон, а загальну потужність інфрачервоної установки визначають як суму потужностей обох зон.
Приклади розрахунків інфрачервоних установок наведені в дод. 18.
РЕЖИМИ ТЕРМООБРОБКИ БЕТОНУ інфрачервоним ВИПРОМІНЮВАННЯМ
11.14. Електротермообработкі бетону за допомогою інфрачервоного випромінювання ведеться за тими ж режимам, що і при інших методах електротермообработкі (див. Розд. 4 цього Посібника). З огляду на, однак, специфіку подачі енергії з поверхні обігрівається конструкції, стадією розігріву тут вважають період підйому температури бетону на опромінюваної поверхні з деякою початкової tн до температури ізотермічного прогріву tи.
При цьому максимально допустима швидкість підйому температури опромінюваних поверхонь бетонних конструкцій не повинна перевищувати значень, вказаних в табл. 59.
Товщина конструкції, см
Швидкість підйому температури поверхні конструкції, ° С / год, при нагріванні
При відігріванні промороженого бетону швидкість розігріву поверхні опромінення повинна бути в межах 10 - 15 ° С / год.
11.15. При застосуванні інфрачервоного обігріву бетону конструкцій і споруд, зведених у ковзній опалубці, швидкість розігріву повинна відповідати швидкості підйому опалубки, але не перевищувати значень, зазначених в табл. 59.
11.16. З огляду на підвищену випаровування з опромінюються поверхонь при інфрачервоному обігріві, останні повинні бути ретельно приховані гідроізоляційними матеріалами, що пропускають інфрачервоні промені: поліетиленовою, поліамідної і іншими прозорими плівками.
З тієї ж причини рекомендується попереднє витримування бетону при низьких позитивних температурах.