Контрольная работа: Электротехника в строительстве

Контрольная работа: Электротехника в строительстве

Зимними считаются условия, когда среднесуточная температура окружающей среды снижается до 5 °С и в течение 1 сут. падает ниже 0 °С. При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода превращается в лед и, как твердое тело, в химическое соединение с цементом не вступает; бетон не твердеет. Одновременно в бетоне развиваются силы внутреннего давления, вызванные увеличением (примерно на 9 %) объема воды при превращении ее в лед. При раннем замораживании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим силам и разрушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость, и реакция твердения возобновляется, однако разрушенные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Замораживание бетона сопровождается образованием вокруг арматуры и заполнителя ледяных пленок, которые увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя. Эти процессы снижают прочность бетона, его сцепление с арматурой, плотность, стойкость и долговечность. Если бетон до замерзания приобретает определенную прочность, то упомянутые выше процессы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальная прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называется критической и зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации Конструкций: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой - 50% проектной прочности для классов В7,5 - В10, 40% для классов В 12,5 - В25 и 30% для классов ВЗО и выше; для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой - 100 % проектной прочности.

При производстве бетонных работ должны одновременно решаться две взаимосвязанные задачи: технологическая (обеспечение необходимого качества бетона к заданному сроку) и экономическая (обеспечивание минимального расхода материальных и энергетических ресурсов).

Технологическую задачу решают применением соответствующих методов выдерживания бетона. Методы зимнего бетонирования необходимо выбирать на основании технико-экономического анализа.

Бетонирование монолитных конструкций в зимних условиях, осуществляемое при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже + 5 С и минимальной суточной температуре ниже 0 С, должно производиться с обеспечением твердеющему бетону оптимальных температурно-влажностных условий. С этой целью предусматриваются утепление опалубки, укрытие неопалубленных поверхностей монолитных конструкций гидро- и теплоизолирующими материалами, устройство ветрозащитных ограждений и другие мероприятия, направленные на сохранение тепла, содержащегося в уложенном бетоне. Кроме того, СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" рекомендует применение нескольких способов выдерживания и обогрева бетона в зимних условиях. В зависимости от вида конструкции и температуры наружного воздуха рекомендуется применение следующих способов зимнего бетонирования:

·  термос;

·  термос с противоморозными добавками и ускорителями твердения;

·  предварительный разогрев бетонной смеси;

·  электродный прогрев;

·  обогрев в греющей опалубке;

·  инфракрасный обогрев;

·  индукционный нагрев;

·  обогрев нагревательными проводами.

Остановимся на способах зимнего бетонирования, связанных с тепловой обработкой монолитного бетона и железобетона. Предварительный электроразогрев бетона предусматривает разогрев бетонной смеси с помощью электрического тока напряжением 220-380 В в короткий промежуток времени-5-10 мин до температуры 40-60 С. После укладки горячей бетонной смеси в опалубку она остывает по режимам, рассчитываемым так же, как и для способа термоса. Этот способ зимнего бетонирования требует наличия на строительной площадке большой электрической мощности - от 1000 кВт для разогрева 3-5 м3 бетонной смеси.

Электродный прогрев бетона заключается в том, что выделение тепла происходит непосредственно в бетоне при пропускании через него электрического тока. В зависимости от принятой схемы расстановки и подключения электродов электродный прогрев разделяется на сквозной, периферийный и с использованием в качестве электродов арматуры. Применение этого метода наиболее эффективно для слабоармированных конструкций - фундаментов, колонн, стен и перегородок, плоских покрытий и бетонных подготовок под полы.

Электродный прогрев монолитных конструкций может быть совмещен с другими способами интенсификации твердения бетона, например с предварительным прогревом бетонной смеси и с использованием различных химических добавок. Применение противоморозных добавок, в состав которых входит мочевина, не допускается из-за разложения ее при температуре выше 40 С. Применение поташа в качестве противоморозной добавки не разрешается вследствие того, что прогретые бетоны с этой добавкой имеют значительный (более 30%) недобор прочности, характеризуются пониженной морозостойкостью и водонепроницаемостью.

Электрообогрев бетона монолитных конструкций в греющей опалубке заключается в непосредственной передаче тепла от греющих поверхностей опалубки к прогреваемому бетону. Распространение тепла в самом бетоне происходит путем теплопроводности. В качестве нагревателей для греющей опалубки применяются ТЭНы, слюдопластовые нагреватели, греющие кабели, углеграфитовая ткань, сетчатые нагреватели и другие греющие элементы.

Областью применения электрообогрева монолитных конструкций в греющей опалубке в соответствии с положениями СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" являются фундаменты под конструкции зданий и оборудование, массивные стены и т.п. конструкции с модулем поверхности 3-6; колонны, балки, прогоны, элементы рамных конструкций, свайные ростверки, стены, перекрытия с модулем поверхности 6-10; полы, перегородки, плиты перекрытий, тонкостенные конструкции с модулем поверхности 10-20, бетонирование которых производится при температуре воздуха до -40 С.

Инфракрасный обогрев бетона предусматривает использование тепловой энергии, выделяемой инфракрасными излучателями, направленной на открытые или опалубленные поверхности обогреваемых конструкций.

Область применения инфракрасного обогрева монолитных конструкций при производстве бетонных и железобетонных работ при отрицательных температурах наружного воздуха включает:

отогрев промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных деталей и опалубки, удаление снега и наледи;

·  интенсификацию твердения бетона монолитных конструкций и сооружений, возводимых в скользящей либо объемно-переставной опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической или конструктивной опалубке;

·  предварительный отогрев зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорение твердения бетона или раствора при заделке стыков;

·  создание тепловой защиты поверхностей, недоступных для утепления.

Индукционный прогрев монолитных конструкций позволяет использовать магнитную составляющую переменного электромагнитного поля для теплового воздействия электрического тока, наводимого электромагнитной индукцией. При индукционном прогреве монолитных конструкций энергия переменного магнитного поля преобразуется в арматуре или стальной опалубке в тепловую и передается бетону теплопроводностью. Индукционный прогрев применим к конструкциям замкнутого контура, длина которых превышает размеры сечения, с густой арматурой с коэффициентом армирования более 0,5, при бетонировании которых имеется возможность обмотать их кабелем (изготовить индуктор) или когда бетонирование производят в металлической опалубке.

Обогрев бетона нагревательными проводами заключается в следующем: перед укладкой бетонной смеси в опалубку на арматурном каркасе закрепляют нагревательные провода определенной длины. Длина и количество нагревателей определяются расчетом. Теплота, выделяемая нагревательными проводами при прохождении по ним тока, передается бетону и распределяется в нем путем теплопроводности. Таким образом бетон можно разогреть до 40-50°С.

В качестве нагревательных проводов применяют специальные провода для бетона марки ПНСВ-1,2 со стальной оцинкованной жилой диаметром 1,2 мм в поливинилхлоридной изоляции (возможно применение радиотрансляционных проводов марки ПТПЖ-2х1,2 с двумя стальными оцинкованными жилами в изоляции из модифицированного полиэтилена). Электропитание нагревательных проводов осуществляют через понижающие трансформаторные подстанции типа КТП ТО-80/86 или КТП-63/ОБ, которые имеют несколько ступеней пониженного напряжения, что позволяет регулировать тепловую мощность, выделяемую нагревательными проводами при изменении температуры наружного воздуха. Одной подстанцией можно обогреть 20-30 м3 бетона.

Современные технологии зимнего бетонирования

Впрочем, существует еще не один способ прогрева возводимых бетонных и железобетонных конструкций, например, с помощью мобильных нагревателей воздуха "Термобиле", методе, обеспечивающем существенные преимущества при бетонировании в условиях отрицательных температур. Область применения воздухонагревателей при строительстве в зимний период включает в себя:

отогрев промороженных бетонных и грунтовых оснований, арматуры, закладных металлических деталей и опалубки, удаление наледи и снега;

·  интенсификацию твердения бетона конструкций и сооружений, возводимых в скользящей либо объемной-приставной опалубке, плит перекрытий и покрытий, вертикальных и наклонных конструкций, бетонируемых в металлической опалубке;

·  предварительный отогрев зоны стыков сборных железобетонных конструкций и ускорение твердения бетона или раствора при заделке стыков, ускорение твердения бетона или раствора при укрупненной сборке большеразмерных железобетонных конструкций;

·  создание тепловой защиты поверхностей, недоступных для устройства изоляции.

Успешное решение различных технологических задач, возникающих в условиях отрицательных температур, с помощью теплогенераторов "Термобиле" отводит на второй план прежние методы прогрева. Это обусловлено тем, что использование воздухонагревателей значительно снижает затраты, резко увеличивает темпы строительства и обеспечивает наивысшее качество в соответствии с требованиями мировых стандартов, предъявляемыми к производству железобетонных работ.

Современное скоростное, и прежде всего зимнее, монолитное домостроение диктует высокий темп возведения зданий, что вызывает необходимость организации интенсивного обогрева бетона и тщательного контроля его прочности в процессе выдерживания, особенно в первые 24…48 часов. Именно в это время на основании данных о температуре застывания бетона необходимо принимать оперативные решения по прекращению или напротив продолжению обогрева, снятию опалубки и возможному последующему догреву, по устройству переопирания изготовленных пролетных конструкций, имеющих прочность 40…70% от проектной. Вообще же, как показывает практика, обеспечение высокого качества при возведении строительных конструкций из бетона требует ежедневной оперативной информации о динамике изменения его температуры во многих контрольных точках. Поскольку именно с динамикой температуры бетона связан параметр ранней прочности бетона, который позволяет обоснованно, а не интуитивно вести строительство любого монолитного или сборно-монолитного сооружения.

Мониторинг температуры бетона в ходе выдерживания монолитных железобетонных конструкций является обязательной операцией при выполнении работ в зимних условиях. Особое значение мониторинг температуры приобретает при использовании высокоэффективных суперпластификаторов и регуляторов схватывания и твердения, когда темпы нарастания прочности трудно поддаются количественному регулированию по причинам различий в длительности транспортировки и укладки бетонной смеси, а также для обоснования выбора метода и средств ухода за твердеющим бетоном для обеспечения заданных свойств. Российские строительные правила устанавливают целый ряд ограничений на температуру, скорости нагрева и остывания бетона при достижении необходимой прочности монолитных конструкций в ходе их изготовления на строительной площадке (имеются в виду правила обеспечения температурного контроля, предусмотренные СНиП 3.03.01-87 (п. 2.61; пп. 4…8 табл. 6).

При объемах суточной укладки 40…60 куб. м бетона в соответствии с этими правилами требуется организовать круглосуточные измерения в 30…40 контрольных точках забетонированных стен и перекрытий. На практике фактическое количество таких точек в большинстве случаев оказывается на порядок меньшим, что создает конфликтные ситуации во взаимоотношениях с контролирующими строительство организациями и приводит к существенному возрастанию затрат на проведение испытаний прочности бетона при сдаче готовых конструкций.

Обычные средства измерения (термометр в скважине, заполненной незамерзающей жидкостью) в скоростном строительстве нельзя считать достаточными и приемлемыми даже технически. Ведь число обязательных контрольных точек (или скважин) при 30…40 куб. м ежедневно бетонируемых тонкостенных конструкций находится в пределах от 30 до 50. В течение первых двух-трех суток их число достигает 70…90 из расчета по 2 скважины на каждой колонне и стене длиной 3…5 м, по одной скважине на 10 кв. м перекрытия и др. В современной дорогостоящей опалубке из ламинированной фанеры или алюминия выполнять многочисленные отверстия для термометров практически недопустимо. Кроме того, замеры должны производиться через 2 часа в первые сутки и не реже 6…2 раз в последующие трое суток. Поэтому данные термометрического контроля, полученные традиционным для массивных бетонных конструкций путем, могут носить недостоверный характер, как по объему, так и по содержанию. А осуществление работ по их получению традиционными методами приводит к сверхнапряженному темпу труда термометристов, связанному с постоянными цейтнотами, и как следствие, к усталости, ошибкам и необязательности персонала, выполняющего столь огромный объем работ по сбору измерительной информации зачастую в сверхнеблагоприятных условиях (дождь, снег, пыль, мороз, жара и т.п.).

Поэтому громадные усилия и затраты на проведение качественного мониторинга строительных конструкций с использованием традиционной приборной базы, а также зачастую недостоверная информация, собираемая в результате проведения этих работ, приводит к тому, что во многих строительных организациях не востребована главная функция температурного контроля - оперативная оценка состояния бетона по ходу тепловой обработки и выдерживания монолитной конструкции. Измерения температуры ведутся при этом обычно сами по себе и слабо влияют на выработку решений по управлению обогревом. Действительно, наивно полагать, что круглосуточное осуществление такого объема измерений и обработка результатов могут быть осуществлены дежурным электриком с помощью одного переносного термометра и листка бумаги.

Наиболее эффективное практическое решение этой проблемы заключается в размещении неприхотливых термодатчиков и регистраторов температуры, а также при применении автоматизированного комплекса по прогреву бетона с регулировкой параметров поргрева в зависимости от температуры бетона. В ходе выдерживания бетонной конструкции специалист, контролирующий как прочность бетона так и его температуру и, соответственно, дополнительную регулировку управляющей аппаратуры, с заданной периодичностью должен производить обход логгеров, расположенных в определенных техническим регламентом контрольных точках строительной конструкции, и выполнять считывание накопленных ими "температурных историй"..

После того как данные, накопленные всеми территориально рассредоточенными регистраторами, собраны и содержатся во Flash-памяти прибора-накопителя, они могут быть считаны в виде текстовых или кодовых файлов непосредственно в память стационарного компьютера с помощью специальной программы. Эта операция выполняется как в офисе так и на строительном участке и может быть передана либо по радиоканалу, либо через Интернет. Оператор производит обработку файлов с информационными копиями, считанными из Flash-памяти прибора-накопителя, и формирует отчеты об измерениях, выполненных каждым регистратором объекта, используя специальные макросы документирования информации.

При бетонировании в зимних условиях необходимо создать и поддерживать такие температурно-влажностные условия, при которых бетон твердеет до приобретения или критической, или заданной прочности в минимальные сроки с наименьшими трудовыми затратами. Для этого применяют специальные способы приготовления, подачи, укладки и выдерживания бетона.

При приготовлении бетонной смеси в зимних условиях ее температуру повышают до 35... 40 °С путем подогрева заполнителей и воды. Заполнители подогревают до 60°С паровыми регистрами, во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя, горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90 °С. Подогрев цемента запрещается.

При приготовлении подогретой бетонной смеси применяют иной порядок загрузки составляющих в бетоносмеситель. В летних условиях в барабан смесителя, предварительно заполненного водой, все сухие компоненты загружают одновременно. Зимой во избежание "заваривания" цемента в барабан смесителя вначале заливают воду и загружают крупный заполнитель, а затем после нескольких оборотов барабана - песок и цемент. Общую продолжительность перемешивания в зимних условиях увеличивают в 1,2... 1,5 раза. Бетонную смесь транспортируют в закрытой утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин). Автомашины имеют двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы мотора, что предотвращает теплопотери. Бетонную смесь следует транспортировать от места приготовления до места укладки по возможности быстрее и без перегрузок. Места погрузки и выгрузки должны быть защищены от ветра, а средства подачи бетонной смеси в конструкции (хоботы, виброхоботы и др.) утеплены.

Состояние основания, на котором укладывают бетонную смесь, а также способ укладки должны исключать возможность ее замерзания в стыке с основанием и деформации основания при укладке бетона на пучинистые грунты. Для этого основание отогревают до положительных температур и предохраняют от замерзания до приобретения вновь уложенным бетоном требуемой прочности.

Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи; арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру из жестких прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при температуре ниже -10°С отогревают до положительной температуры.

Бетонирование следует вести непрерывно и высокими темпами, при этом ранее уложенный слой бетона должен быть перекрыт до того, как в нем температура будет ниже предусмотренной.

Строительное производство располагает обширным арсеналом эффективных и экономичных методов выдерживания бетона в зимних условиях, позволяющих обеспечить высокое качество конструкций. Эти методы можно разделить на три группы: метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение бетона,- так называемый метод "термоса"; методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложенного в конструкцию,- электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный обогрев; методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.

Указанные методы можно комбинировать. Выбор того или иного метода зависит от вида и массивности конструкции, вида, состава и требуемой прочности бетона, метеорологических условий производства работ, энергетической оснащенности строительной площадки и т.д.

2. Выбор способа электропрогрева бетона зависит от характера и массивности конструкций, определяемой модулем поверхности МП, равным отношению охлаждаемой поверхности конструкции в м к ее объему в м, а так же от сроков работ, вида цемента и утеплителей. Для электропрогрева монолитных конструкций с модулем поверхности выше 6 целесообразно применять электродный метод прогрева.

3. В целях экономии электроэнергии следует проводить электропрогрев в наиболее короткие сроки на максимально-допустимой для данной конструкции температуре и выдерживать бетон под током только до приобретения им 50% проектной прочности.

4. При электродном способе электропрогрева обогреваемый бетон включается в электрическую цепь как сопротивление, при помощи электродов из арматурной или сортовой стали, накладываемых внутрь бетона или располагаемых на его поверхности. Так как постоянный ток вызывает электролиз воды, то для электродного прогрева применим только переменный ток.

5. Для электродного метода прогрева применяется поименное напряжении (49-121 В) обеспечивающее более точное соблюдение заданного режим выдерживания бетона.

В качестве источника электроэнергии используется специальные трансформаторы.

Применение повышенного напряжения (до 220 В) допускается при прогреве неармированного бетона и в исключительных случаях при прогреве малоармированных конструкций, содержащих не более 50 кг. арматуры на 1 м бетона.

При выполнении строительных работ в зимних условиях приходится применять искусственный прогрев бетона. Для этих целей широко используется электрическая энергия. Электротермообработка бетона оказывается в ряде случаев более выгодной, чем другие способы прогрева (паром, горячим воздухом и т.п.).

Электротермообработка бетона основана на преобразовании электрической энергии в тепловую непосредственно внутри бетона путем пропускания через него переменного электрического тока с помощью электродов (электродный прогрев) либо в различного рода нагревательных устройствах.

Наиболее эффективным и экономичным способом электротермообработки является электродный прогрев. Применение постоянного тока при этом не допускается, так как он вызывает электролиз воды и других компонентов, содержащихся в бетоне.

При электродном прогреве бетон с помощью стальных электродов включается в цепь переменного тока. Одним из основных исходных параметров при расчете электродного прогрева бетона является его удельное электрическое сопротивление.

Величина удельного электрического сопротивления бетона определяется главным образом количеством воды, концентрацией в ней электролитов и температурой. В течение первых 2-5 часов прогрева бетона его начальное удельное электрическое сопротивление снижается до минимального значения, а в дальнейшем повышается.

Величина начального удельного электрического сопротивления бетона колеблется в пределах от 400 до 2500 Ом-см (минимального- от 200 до 1800 Ом-см). При расчете электродного прогрева бетона в качестве исходного параметра принимается расчетное удельное сопротивление

Выдерживание температуры бетона в соответствии с заданным режимом электротермообработки может осуществляться следующими способами:

изменением величины напряжения, подводимого к электродам или электронагревательным устройствам;

отключением электродов пли электронагревателей от сети по окончании подъема температуры;

периодическими включением или отключением напряжения на электродах или электронагревателях.

Перечисленные способы выдерживания заданного режима могут осуществляться как автоматически, так и вручную.

Для электропрогрева бетона используются специальные силовые трансформаторы. В зависимости от требуемой мощности могут применяться как трехфазные, так и однофазные трансформаторы.

Трехфазный трансформатор ТМТ-50 мощностью 50 кВ•А имеет две вторичные обмотки с разным числом витков. При соединении этих обмоток в звезду или треугольник можно соответственно получать напряжения 50,5 пли 87,5 В и 64,5 или 106,6 В.

Широко используется трехфазный трансформатор типа ТМОА-50 с алюминиевой обмоткой мощностью 50 кВ•А. В отличие от трансформатора ТМТ-50 регулирование напряжения в нем осуществляется за счет изменения не только схемы соединения вторичной обмотки, но и коэффициента трансформации. При этом вторичное напряжение может изменяться от 49 до 127 В.

Страницы: 1, 2, 3