Обогрев бетона в зимнее время

Бетон сегодня является самым востребованным и широко применяемым материалом во всех строительных отраслях. Он используется в строительстве круглый год, несмотря на то, что его применение нежелательно в условиях высоких и низких температур.

Даже зимой бетонирование не прекращают по трем причинам. В зимний период:

• снижается стоимость работ;
• появляются серьезные скидки на цемент;
• становятся возможны строительные работы на слабых грунтах, неосуществимые в летний, слишком теплый период года.

Сложности замешивания бетонной смеси зимой

Когда осуществляется замес бетона, смешиваются его обязательные составляющие – цемент с водой. Соединения, являющиеся компонентами цемента, вступают в химическую реакцию с водой — это начало химического процесса, получившего название гидратация. Смесь становится твердым бетонным камнем, состоящим из кристаллов.

Но гидратационный процесс начинает замедляться, если температура воздуха слишком низкая или понижается во время его течения. Если температура +5 °C, реакции проходят чрезвычайно медленно, при 0 °C просто прекращаются.

Цемент состоит из разных составляющих, с разной скоростью взаимодействующих с водой. Одна из них – белит (двухкальциевый силикат) вовлекается в реакцию медленнее других, а белита в любом цементе от 15% до 30%. Но именно белит отвечает за возрастание прочности бетона до расчетной, на 28-е сутки.

Если до истечения этого срока раствор охладится до 0 °C, то вода, не успевшая включиться в реакцию, замерзает, расширяется и начинает изнутри давить на бетон. Последствия не радужные:

• поскольку реакция гидратации была прервана, прочность бетона не успевает достичь расчетных значений;
• лед внутри бетона способствует образованию трещин, что также крайне негативно повлияет на характеристики прочности.

Как в зимнее время добиться требуемой прочности, ведь бетон — совершенно необходимый строительный материал? Оптимальным способом является электрический обогрев бетона – он поможет бетонной смеси при застывании достичь расчетной прочности и ускорит темпы строительных работ.

Это достаточно экономичный метод, чтоб нагреть нужный объем смеси в условиях низкотемпературного режима. Важно прогревать весь объем смеси единовременно, чего значительно труднее добиться иными способами.

Методы зимнего прогрева бетона

Разработаны действенные методики обогрева бетонной смеси при пониженной температуре. Расходы, как правило, удается окупить – полезные методики существенно сокращают сроки работ, при этом соблюдаются все положенные технологические нормы.

Каким методам стоит доверять? Какие считаются максимально эффективными?

Электродный

Методика прогрева бетонного раствора посредством электродов создана на основе знаний об электропроводности бетона, в роли электропроводника здесь выступит вода.

1. Арматуру перевязывают проволокой (ее диаметр 8 мм).
2. Проволоку следует присоединить к проводам. Они выводятся на понижающий трансформатор.
3. Трансформатор подключается, нагрев смеси обусловлен образованием электрического поля.

Температуру можно регулировать с помощью изменения выходных параметров ТП. Электроды отстоят друг от друга на расстоянии от 60 см до 1 м, в зависимости от температуры.

Обычно используется 4 типа электродов.

Тип	Как работают
Пластины	Располагаются с обеих внутренних противоположных сторон опалубки. Производится их подведение к разным фазам трансформатора, смесь прогревается от проходящего тока.
Полосы	Узкий вариант пластин, принцип нагрева аналогичный
Стержневые	Представляют собой арматурные прутья (диаметр от 8 до 15 мм), помещаются в смесь на определенных отрезках, далее подключение к разным фазам. Способствуют сквозному прогреву любых монолитов, в том числе усложненной формы.
Струнные	15 мм ширины, от 2 до 3 м длины, обычно располагаются по центру объекта, хорошо обогревают объекты продолговатой формы

Методику электродного прогрева отличает довольно высокий КПД и легкость монтажа, она допускает прогревание объектов любых габаритов и формы.

Но она требует проводить тщательные расчеты и долго готовиться, да и уровень энергозатрат не назовешь минимальным – на 3-5 м² бетонной смеси расходуется как минимум 1000 кВт. Когда смесь высыхает, резко возрастает ее электрическое сопротивление, и происходит существенный перерасход энергии.

Применение постоянного тока при электродной методике категорически неприемлемо – он запустит процесс электролиза. Вода начнет разлагаться, ее кристаллизация станет невозможной. Смесь уже не застынет.

Греющим проводом

Эта методика считается безопасной и лидирующей по эффективности.

1. Для нее необходимо обзавестись специальным нагревательным проводом. Способ его закрепления на арматурном каркасе напоминает систему теплого пола – кабель укрепляется посредством зажимов в форме «змейки».
2. Затем заливают раствор, непременно с температурой не ниже +5 °C.
3. На концы кабелей подается электрическое напряжение (используется понижающий трансформатор).
4. Провода постепенно прогревают всю массу раствора до +50-60 ºС (темп нагрева невелик, максимум 10 ºС за час).
5. После отключения тока монолит еще более медленно остывает.

Методика нагрева проводом не терпит спешки. Чем более равномерно и плавно идут температурные изменения, тем прочнее получится нагреваемый раствор. По окончании работ кабель оставляют внутри.

Обычно для нагрева бетонной смеси пользуются проводом ПНСВ различного диаметра, оснащенным стальной или оцинкованной жилой:

Диаметр провода в мм	2,7	3,6	5,4
Диаметр жилы в мм	1,2	2	3
Масса в кг/км	18,5	43	80,5

Если условия для применения этой методики сложные и возможна деформация провода в процессе работы, применяется кабель для обогрева бетона ПТПЖ – он имеет две жилы, и обогрев продолжится, даже если одна из них окажется с повреждением.

Наиболее часто применяются кабели диаметра 1,2 мм из-за их оптимальных ТХ и небольшой стоимости.

Также используются еще два типа кабелей – ВЕТ и КДБС. Их можно подключать к бытовым электросетям 220 В. Но это достаточно дорогостоящий вариант, и их используют весьма экономно – для обогрева компактных конструкций.

Плюсы использования греющих кабелей:

• заметно помогают процессу отвердевания, он протекает быстрее; 
• обладают повышенной прочностью, не перегнутся в ненужных местах; 
• покрытие изоляцией из полиэтилена или ПВХ пластиката делает кабели пожаробезопасными, стойкими к возгораниям; 
• с ними ничего не случится при возникновении вокруг них щелочной либо кислотной среды; 
• отличаются эффективностью при экстремальной температуре.

Преимущества методики:

• «предсказуемость», доступность регуляции теплового режима и обеспечения постепенного нагрева и плавности при наборе прочности; 
• правильный подбор и корректное использование оборудования позволяют выполнить прогрев значительных объемов бетонной смеси и габаритных объектов; 
• прокладку провода возможно проводить до температуры окружающей среды -15 °C, а вести прогревание – до -25 °C;
• экономия электроэнергии при условии использования понижающего трансформатора снижает стоимость работ.

Инфракрасный прогрев

Эта методика обогрева конструкций из бетона потребует закупиться специальными излучателями инфракрасных лучей. Излучатели оснащены ТЭНами (либо другими тепловыми источниками) и отражателями.

Методика предполагает установку излучателей приблизительно в 1 м 20 см от поверхности смеси. Смесь потребуется укрыть полиэтиленовой пленкой или подобными прозрачными или полупрозрачными материалами, удерживающими тепло и предотвращающими быстрое испарение влаги.

Обогрев бетона с помощью инфракрасных лучей производится в 3 шага:

1.  Монолит разогревается.
2. Прогревается весь его объем.
3. Идет процесс постепенного остывания. 

Эта методика проста и доступна, но энергозатратна. Инфракрасное тепло не отличается равномерным распространением, поэтому способ применяется для прогрева небольших конструкций, стыков бетонных сегментов, труднодоступных участков.

От инфракрасного нагревателя требуется быть максимально устойчивым к сильным порывам ветра. Также он должен нужный период времени работать без дозаправки.

Термос

Методика термоса технологически чрезвычайно проста и отличается экономичностью.

1. Раствор в заводских условиях разогревается до +25-45 ºС, но не более, чтобы бетон не начал преждевременно схватываться.
2. После заливки смеси опалубка обкладывается теплоизоляционным материалом (используются маты, минераловатные плиты, брезентовые полотна, пленка).

Реакция гидратации выделяет достаточно тепла, чтобы процесс отвердения шел штатно и смесь набрала расчетную прочность.

Плюсы методики:

• простота исполнения, термоизолировать конструкцию можно буквально «подручными средствами», используя в качестве утеплителей солому, опилки и тому подобные материалы; 
• невысокий уровень затрат за счет экономии электроэнергии; 
• обеспечиваются все необходимые технологические характеристики бетона.

Минусами являются:

• невозможность использования методики при заливке обширных площадей со значительной площадью охлаждения;
• необходимость при слишком низких температурах дополнительно применять противоморозные добавки.

Индукционный обогрев

Методика индукционного обогрева используется, если в наличии есть армированные конструкции, где каждый элемент из металла может выступить в качества сердечника.

1. Изолированному кабелю приходится поработать индуктором — его прокладывают внутри объекта и помещают вокруг металлических элементов петлеобразно.
2. Производится пуск переменного тока, создающего переменное магнитное поле.
3. Металлические элементы нагреваются, и тепло расходится от них по всей массе раствора.

Для успешного использования методики необходимы замкнутость контура из металлических частей и точный расчет количества мотков кабеля (необходимо знать и оптимальное сечение).

Недостаток методики – ограниченное применение: для прогонов, колонн, ригелей, балок.

Прогрев опалубки

Когда изготавливают опалубку, учитывается, что в нее будут заложены обогревающие элементы.

1. Перед заливкой опалубку заранее прогревают – это сокращает время отвердения смеси и мешает конструкции деформироваться.
2. После начала процесса заливки нагревательные элементы опалубки отключают от электропитания, свободную часть теплоизолируют, накрывая сверху.

Это достаточно непростая в исполнении методика, и применяется она нечасто. К тому же в определенных конструкциях опалубка может соприкасаться лишь с их отдельными сегментами. Прочие сегменты, следовательно, не прогреются.

Тепловые пушки

Обогрев бетона тепловыми пушками требует обязательного возведения так называемых тепляков – специальных термоизолирующих шатров над смесью.

1. В тепляки направляется нагретый воздух. Чем более они герметичны, тем лучше сохраняют тепло. Температура в них поддерживается не меньше +5 °С.
2. Тепляки демонтируют, когда раствор достигнет необходимой прочности.

Эту методику используют там, где нельзя стабильно подключиться к электросети. Нагрев осуществляют посредством дизельного оборудования. Оно дорогостоящее. Если учесть еще и уровень расхода электроэнергии, эту методику не назвать выгодной.

Сколько времени нужно прогревать бетон

Время прогрева бетона чаще всего в целях экономии ресурсов стараются сократить до минимального. Но во всех конкретных ситуациях время рассчитывается отдельно – на продолжительность обогрева влияют определенные факторы.

Эффективность нагревания зависит от:

• температуры воздуха;
• мощности обогревающих устройств;
• возможности теплоизолировать конструкцию;
• качества термооизоляции.

Обогрев бетонной смеси посредством греющего кабеля находится в зависимости от его внутренней прокладки, важна и потребляемая им мощность.

В наиболее частых случаях монолит нагревается до +60 ºС, но нагревание идет чрезвычайно медленно (равномерный нагрев способствует повышению качественных характеристик застывающей смеси).

После того, как раствор наберет 50% прочности, его начинают охлаждать, процесс охлаждения еще более медленный. Здесь используют теплоизоляционные материалы.

Итак, время обогрева бетона можно исчислять как несколькими часами, так и сутками. В случаях работы с кабелями торопиться нежелательно – эффективность метода напрямую зависит от медленного и равномерного нагрева и остывания конструкций.