автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Совершенствование электрообогрева конструкций на основе применения полимерных нагревателей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ ЕРЕВАНСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

1 з '?л7

МАРТИРОСЯН АННА САРИБЕКОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОГРЕВА КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ

(Специальность Ъ.23.02 — Гражданское, промышленное, гидротехническое, транспортное и подземное строительство)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕРЕВАН —1 997

¿дзи.изи.'иъ шъри/пъзпър'зил. мо-пна-зил, 14 Ч-МГ^В-ви/и Ш1иЦ.ри.РП№ЗПКъ

ЪРЬЧО-'ЬЬ йарзи.ри.^ьзи.еъшрири.^и.'и ъъивъзпм

1ГЦ.Р811рПи5и.Ъ ил/ьи. 1ШРМЭД11

мпъизрп^зжъьръ 3РЦ.81ЫШ.ЗШГъ

Ш8и.РЪ1ДЧ.ПРЪ-ЛМГС «Чт.МЛуРИ.вЪ'и З1ыш,зп1г3112гьър11 вдпшмги.'и дмтъ о.ри,

ичиийи^шпгц^шор 1?. 23. 02—-&ин\ш£шд]ии1|1иС1, ш]1щт0шрЬ|1и1!|шС, й|и|ртп11|иС}11{ш1[1иС, шршСищлргиш^.С и шплрс^ЬшГфи 211^ш]1иф1П{гш1С

8Ъ]иГф1|ш1)шС 1)|иптр1ш(Ш1:р}1 рЫ^ш&пф ч^шш^шП шшп}!£шС]1

и ь а и1 и 9 Ъ Р ЬРЪгЩ'Ь — 1997

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ АРМЕ НИ Я ЕРЕВАНСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫ И ИНСТИТУТ

МАРТИРОСЯН АННА САРИБЕКОВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОГРЕВА КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ

Специальность fe.23.02 — Гражданское, промышленное, гидротехническое, транспортное и подземное строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕРЕВАН — 1997

Ц^шиниСрр 1|ш1пшрг|и1 I; Ьркшй)! бшршшрши^шш^Гииршрш^шП })Пи-111 (иппип тт1:

с1фтш1|шЦ цЫцифир. —тЬ]иС[й|ш1|и1С ^]итир1тССЬр|1 рЫ^ш&т,

ПпдЬСт ШГРи.РаПМГЗи."ъ и. 13..

Иш^итПш^шП пГ1Г1Г)]и1ш]гтиПЬр. —шЬ]иГф1|ш.^1и[; <}]1шп1р1тСйЬр|1 цЫцлпр,

и)рпфЬипр ии.РЯ.иви.'Ь "и. Ь.

— тгфОДш^шС цфттр^иСйЬр!! рЫ|Сш6т, ицтфЬилр ПГ'Ь'ЬПРЗЦЛ; 4.

Ц.пш2шшшр 1|Ш^15ш1)Ьри|Щр5тГ1. — ¿.шйргицЬтпэдиШ

Э]1С1С1и)ишршрп1Р41ий гяЪ^иКЭДш^шС; ^ит^арртС

^шгтщиШтрртСр ^ицшСицги Ь « » 19537 р. с1ши|1

|1Й ЬрЙЭ-^а 1)11д 030 г!ишКиц.11Шш1|шК [ипрПрцпи!, ПЬтЦш^ ПшидЬш[' 375009, р. ЬришС, ЗЬрциС ф., 105:

ишЪСш]гтип1р5шар Ь &шСпршСш1 Ьркша]) Йшриниршщктшг!!-

ашршрш11ша ^йиифшгииф одшцшршСтг!

иЬг^шсфрс итшрфиб 1; « -Д- » —СУ<Г-- » 1997 р.

ишиСш^1ипшдг[ш5 {ипрПрц)! офтш^шС ршрити^шр, щЭДиСу^ийрий сфипп-рриСШЬр}! рЫ^йги&т, гр1дЬ[ил

ии-.с-ф-^С^и и, Э.

Работа выполнена в Ереванском Архитектурно-строительном институте. Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Амбарцумян С. А. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Саркисян Н. Е. кандидат технических наук, профессор Григорян В. И.

Ведущая организация: Техническое управление ¿Минстроя

/республики Аршения ,, <; -А-— » -¿2С- 1997 г. в г 7 ^

Защита состоится <; -А- » -- 1997 г. в У У ^асов на

заседании специализированного Совета 030 в области строительства при Ереванском архитектурно-строительном институте по адресу: 375009, Ереван, ул. Теряна, 105.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ереванского архитектурно-строительного института.

турно-строительного института. Автореферат разослан « -О--» —• / —

.1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

С. Ш. Степанян /

44-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Стоимость опалубочных работ при бетонировании монолитных конструкции составляет по данным ЦНИИОМТП в среднем 22% от стоимости этих конструкций. А трудозатраты на опалубочные работы—-в среднем 35% от суммарных трудозатрат. ' -

Прн бетонировании в условиях низкой температуры воздуха эти величины возрастают в связи с необходимостью теплоизоляции опалубки, а в случае применения греющей опалубки за счет оснащения ее электронагревателями.

По сравнению с другими способами электротермообработки обогрев бетона монолитных конструкций в греющей опалубке обладает рядом преимуществ:

— не требует дополнительных устройств и оснастки (электродов, установок для электроразогрева бетонной смеси, индукторов и т. п.);

— позволяет без дополнительного оборудования осуществлять отогрев промороженного грунтового или бетонного основания, либо стыкуемых элементов;

— обеспечивает, применение такой же технологии бетонирования, как для обычной опалубки;

— в малой степени увеличивает трудоемкость работ по сравнению с летними условиями (только за счет коммутации греющих щитов, подачи и отключения напряжения);

— незначительно повышает стоимость бетонирования по сравнению- с использованием обычной опалубки в летних условиях.

В го же время греющие опалубки с традиционными нагревателями имеют определенные недостатки:

— значительное увеличение массы опалубки при использовании наиболее распространенных электронагревателей (ТЭНы, трубчато-стержневые, уголково-стержневые, асбесто-иементные плоские нагреватели и др.);

— неравномерность температурного поля на поверхности палубы.

Таким образом, совершенствование опалубки, особенно

греющей, является важным направлением повышения эффективности бетонных работ. В этом направлении в странах СНГ в последние 10—15 лет были проведены исследования с целью создания токопроЕодящих полимерных покрытий для греющих опалубок.

Полимерные покрытия имеют малую толщину и массу по сравнению с металлическими электронагревателями, обладают высокой химической стойкостью, малой истираемостью, обеспечивают гладкую поверхность конструкции и не имеют адгезии к бетону.

В настоящее время разработаны и применены в практике строительства различные виды полимерных токоироводящих покрытий для греющих опалубок с металлической, деревянной и фанерной палубой. Однако каждое из этих покрытий имеет некоторые недостатки, снижающие их эксплуатационные показатели.

В связи с вышесказанным существует необходимость разработки новых типов опалубок с полимерным греющим покрытием с использованием современных достижений в конструировании опалубки и химии полимеров.

Целью данной диссертационной работы является повышение эффективности и качества бетонирования в условиях низкой температуры наружного воздуха путем разработки конструкции греющей оиалубки с полимерным токопроводящим покрытием нового типа и совершенствования технологии бетонирования монолитных конструкций с учетом особенностей предлагаемой опалубки.

Тема диссертации актуальна для условий строительства как в северных и высокогорных районах Республики Армения, так и для большей части территории Российской Федерации.

Автор выносит на защиту:

— классификацию существующих типов полимерных покрытий греющей опалубки;

— конструкцию предлагаемой греющей опалубки и греющего покрытия нового типа;

— эксплуатационные показатели предлагаемого покрытия;

— технологический расчет опалубки с предлагаемым покрытием на фанерной палубе;

— электрический расчет предлагаемого покрытия;

— результаты исследований температурных полей в бетоне при его обогреве с использованием предлагаемого покрытия;

— особенности производства бетонных работ и контроля при бетонировании с использованием предлагаемой греющей опалубки;

— технико-экономическую эффективность предлагаемой опалубки при обогреве бетона наружных конструкций.

Научная новизна диссертационной работы:

— разработка греющей опалубки нового типа, закономерности изменения и расчетные величины удельного электрического сопротивления электропроводящего слоя из токопроводя-щей бумаги;

— результаты экспериментальной стойкости и долговечности покрытия, его адгезия к бетону, величины допустимого напряжения;

— номографическая методика электрического расчета полимерных токопроподящих покрытий для греющей опалубки;

— специфика технологии бетонирования монолитных конструкций с применением предлагаемой греющей опалубки;

— закономерности изменения электрозатрат в зависимости от температурных режимов обогрева бетона с применением предлагаемого греющего покрытия.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании полимерного греющего покрытия и греющей опалубки нового типа, разработке дополнительных технологических правил бетонирования монолитных конструкций с учетом особенностей, определенных предлагаемым покрытием.

Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены при бетонировании железобетонной трубы ТЭЦ в Киеве в 1993—94 гг., а также при бетонировании монолитных железобетонных конструкций перекрытий и стен жилых и гражданских зданий, на строительных объектах АО «Моспромстрой» в г. Москве в 1994—1997 гг. Общий объем внедрения составил 12000 куб. м.

Технико-экономическая эффективность от внедрения греющей опалубки с разработанным полимерным покрытием составила 312,4 млн. руб.

Апробация диссертационной работы. Результаты исследовании были доложены:

1. На техническом совещании в АО Могпромстрон в присутствии представителей ряда других проектных и научно-исследовательских организаций в июле 1996 г.

2. На заседании секции научно-технического совета ЦМИПКС в Москве в октябре 1996 г.

Публикации. По содержанию диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 патента (положительные решения).

Объем диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, общие выводы, список использованной литературы из 125 наименований и приложения. Объем диссертации 148 листов машинописного текста, в том числе 13 таблиц, 19 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен литературный обзор, посвященный развитию греющей опалубки. Кратко изложены результат ты исследований и разработки различных типов греющих полимерных покрытий специалистами, которые внесли наибольший вклад в создание и внедрение в строительную практику полимерных покрытий. Особо отмечена роль школы В. С. Абрамова и школы В. Д. Топчия. Выявлены преимущества полимерных греющих покрытий по сравнению с другими тинами электронагревателей и обоснована эффективность исследований, направленных на их совершенствование.

Вторая глава диссертации посвящена исследованиям предлагаемого полимерного покрытия. Предложена классификация типов токопроводящих полимерных покрытий для греющей опалубки, включающая семь групп:

— листовые покрытия заводского изготовления по экстру-зионной технологии с токопроводящим слоем из полимера (матрица) и тонкодисперсным углеродным наполнителем;

•—листовые покрытия заводского изготовления по технологии прессования с матрицей из полимера и тонкодисперсным углеродным наполнителем, электроизоляционными и защитными слоями;

— листовые покрытия заводского изготовления по прессовой технологии с токопроводящим слоем из углеграфитовой ткани, пропитанной полимером с электроизоляционными и защитным слоями;

— листовые покрытия заводского изготовления по прессо-еой технологии на основе токопроводящей бумаги, пропитанной полимером с электроизоляционными и защитным слоями;

— токопроводягцие покрытия из полимера с тонкодисперсным углеродным наполнителем, изготовляемые поштучно в виде отдельных плит строительными организациями;

— наносимые на палубу по электроизоляционному слою окрасочное или напыляемое покрытие из полимера с топко-дисперсным углеродным наполнителем, покрываемое электроизоляционным и защитным слоем.

Анализ литературных и экспериментальных данных показал, что наиболее надежно обеспечивает однородность толщины и состава токопроводящего слоя и, соответственно, равномерность температурного поля на контакте с бетоном нагревательные элементы заводского изготовления с использованием углеграфитовой ткани или токопроводящей бумаги. Наиболее простая технология изготовления характерна для греющих покрытий с использованием углеграфитовой ткани пли токопроводящей бумаги. Из греющих покрытий заводского изготовления наиболее доступным и дешевым является покрытие с нагревательным элементом из токопроводящей бумаги.

Учитывая изложенное, а также рыночную конъюнктуру п настоящее время и на ближайшую перспективу, наиболее эффективным направлением исследований и разработок следует считать совершенствование полимерных покрытий с греющим элементом из токопроводящей бумаги.

Наряду с волокнами из целлюлозы в состав токопроводящей бумаги входят углеграфитовые волокна марок У.ГЛЕН, ГРАГЕН, ЭВЛОН длиной до 40 мм в количестве от 5 до 90% от общей массы.

Предлагаемое полимерное греющее покрытие, разработанное совместно с фирмой «ЭДВИС» состоит из 5 слоев. На контакте с фанерной палубой расположен электроизоляционный слой толщиной 0,15 мм из стеклохолста, пропитанного поли-

амидным связующим марки ПА-6. Следующим за ним токо-нроводящин слон толщиной 0,15 мм представляет собой электропроводную бумагу, в нем выделяется тепло при нахождении электрического тока. К электропроводной бумаге присоединяют электроконтакты из полос латунной сетки шириной 10 мм. Второй электроизоляционный слой толщиной 0,3 мм, состоящий из 2-х полотнищ стеклоткани, пропитанной полиамидом, предназначен для изоляции токопроводпщего слоя от защитного. Защитный слой толщиной 0,15 мм из меламина служит для предохранения других слоев от повреждения в результате механических воздействий, в том числе от истирания в процессе бетонирования и расналубливания, а также выполняет антиадгезионные и противопожарные функции.

Выбор полиамида в качестве связующего обусловлен рядом его важных достоинств, таких как:

— экологическая чистота;

— достаточно высокая температура плавления, от 217 до 226°С в зависимости от марки полимера;

— наличие полярности, которая обеспечивает хорошее склеивание между слоями и приклеивание покрытия к палубе.

Испытания физико-механических показателей бетона проводили па стенде, основанием которого служил щит греющей опалубки с размерами в плане 500X1500 мм, с фанерной палубой толщиной 20 мм и полимерным токоцроводящим покрытием. Образцы-кубы для испытания бетона на прочность и адгезию к полимерному покрытию изготовляли на рабочей поверхности палубы в деревянных разъемных формах без днищ и накрывали вторым щитом с греющим покрытием. Аналогичным образом изготовляли и обогревали образцы для экспериментального исследования температурных полей в бетоне. Прочность бетона определяли на образцах-кубах с ребром 10 см, адгезию бетона к покрытию — на образцах-кубах с ребром 20 см, температурные поля в бетоне изучали на образцах с размерами в плане 30 на 40 см, толщиной 15; 20; 30 см. Бетон на контакте с опалубочными щитами нагревали до температуры 80°С, затем осуществляли изотермический обогрев до приобретения бетоном 70% Н28.

Для проверки влияния полимерного греющего, покрытия

на качественные показатели обогретого бетона были изготовлены и испытаны две серии образцов — с обогревом и без обогрева. Прочность обогретых образцов после выдерживания в течение 28 суток оказалось на 1,7% меньше прочности контрольных образцов. Столь незначительную разницу можно объяснить случайными причинами. Таким образом, отрицательного влияния предложенного полимерного покрытия на прочность бетона не обнаружено.

Удельное электрическое сопротивление ? токопроводящего слоя определяет величину удельной мощности при прохождении через него электрического тока. Экспериментальное определение удельного электрического сопротивления проводили по схеме «амперметр-вольтметр» с использованием приборов класса точности 0,2. Толщина электропроводного слоя токо-проводящей бумаги составляла 0,15 мм, расстояние между осями контактов — 470 мм, что соответствует аналогичным параметрам греющего покрытия на опалубочных щитах. Удельное электрическое сопротивление токопроводящего слоя после изготовления покрытия составляло 0,0105 Ом.м. С повышением температуры до 72°С удельное электрическое сопротивление уменьшалось до 0,0095 Ом.м, а при температуре 90°С оно достигало 0,0096 Ом.м. Таким образом, в качестве расчетного значения удельного электрического сопротивления токопроводящего слоя следует принять его среднее значение, равное 0,01 Ом.м. Расчетное значение температурного коэффициента удельного электрического сопротивления, установленное экспериментально составляет 0,001 1/°С.

Экспериментально установлено, что напряжение пробоя между токопроводящпм слоем и поверхностью защитного слоя равно 3700 В. Поскольку максимальная величина напряжения на электроконтактах не превышает 127 В, напряжение пробоя с почти трпдцатикратным запасом превышает рабочее напряжение. Это гарантирует надежную электробезопасность в процессе эксплуатации предлагаемого покрытия.

Адгезию обогретого бетона к защитному слою определяли экспериментально на образцах-кубах с ребром 20 см. Бетон класса BIO и В22,5 обогревали до приобретения 40%, 70% и 100% R28. Экспериментально определяли адгезию бетона к

покрытию при отрыве в вертикальном направлении. Измерения показали, что при отрыве образца от покрытия показания динамометра не отличались от величины массы образца. Таким образом, экспериментально установлено, .что адгезия бетона к защитному слою покрытия практически отсутствует.

Испытания были повторены на покрытии опалубочного щита после 20 циклов обогрева бетона. И в этом случае адгезия бетона к защитному слою отсутствовала.

Третья глава диссертации посвящена расчетам предлагаемого полимерного греющего покрытия и температурных полей в бетонных конструкциях, обогреваемых с использованием греющего покрытия.

При выполнении теплотехнического расчета опалубочного щита с предлагаемым покрытием проведен анализ трех основных функций: предотвращение замерзания бетона в процессе укладки бетонной смеси и предварительного выдерживания до начала подъема температуры бетона в случае производства работ в зимних условиях; уменьшение теплопотерь обогреваемого бетона в окружающую среду с целыо снижения энергозатрат; уменьшение величин температурных градиентов в периферийных слоях конструкции в процессе остывания бетона и снижение скорости остывания. Показано, что в нашем случае, когда главным технологическим критерием эффективности температурного режима обогрева бетона является минимально возможная продолжительность цикла оборачиваемости опалубки, расчет теплозащиты следует осуществлять для периода остывания бетона, обеспечивая его быстрое охлаждение до температуры, при котором согласно СНиП допускается рас-палубливание конструкций. При этом скорость остывания бетона не должна превышать допустимое значение, приведенное в СНиП. В нашем конкретном случае при бетонировании конструкций модулем поверхности от 6 до 12 м 1 при температуре наружного воздуха до —20°С и температуре изотермического обогрева 80°С в фанерной опалубке с коэффициентом теплопередачи 4,64 Вт/(м2°С) дополнительного утепления, как показали расчеты, не требуется. Конструкции с модулем поверхности более 12 м-1 после удаления опалубки сразу по оконча-

шш изотермического обогрева необходимо укрыть брезентом для снижения скорости остывания.

Проведенный расчет показал, что применительно к обогреву конструкций с модулем поверхности, например, 6 м-1, температуре наружного воздуха — 20°С и скорости подъема температуры бетона 5, 10 и 15°С/ч при температуре изотермического прогрева 80°С удельная мощность равна соответственно 5,84; 9,41; 12,93 кВт/м3.

Электрический расчет греющих токопроводящих покрытий должен определить расстояние между осями электроконтактов, силу тока в проводах, подводящих напряжение к электроконтактам и сечение этих проводов в зависимости от их материала. При этом используются исходные значения требуемой удельной мощности, подводимого к электроконтактам напря* жения, удельного электрического сопротивления токопроводя-щего слоя, его толщины и ширины. Аналитический расчет электрических параметров покрытия по формулам электротехники трудоемок. Нами разработана номографическая методика электрического расчета токопроводящего покрытия, позволяющая производить расчет искомых .параметров токопро-лодящего покрытия.

На электрические характеристики греющего элемента и его эксплуатационные показатели влияет материал и конструкция электроконтактов, подводящие напряжение к токопро-водящему слою. Необходимо избежать большой величины переходного сопротивления на контакте токоподводящего элемента с токопроводящим слоем. Для этого следует выбирать материал электроконтактов не подвергающийся окислению в процессе эксплуатации, так как окисная пленка обладает высоким удельным электрическим сопротивлением. При этом необходим плотный механический контакт токоподвода с электропроводящим слоем. В полимерной композиции может появиться переходное сопротивление, так называемый потенциальный барьер, возникающий в результате появления воздушных микро зазоров между поверхностями токоподвода и электропроводящего слоя. При используемых в нашем случае величинах напряжения от 49 до 127 В и малых значениях

Р уд—удельная мощность, Вт/м5; и — напряжение, В; I—сила тока, А; Б — сечение подводящего провода, мм2; Ь — расстояние между осями электрокоптактов, м; о х]/р--расчетный параметр, м/Ом.

удельного электрического сопротивления токонроводящего слоя влитием потенциального барьера можно пренебречь.

Как почт л во всех ранее разработанных греющих полимерных покрытиях, в нашем случае электроконтакты выполнены из полос латунной сеткн шириной 10 мм, которые практически не подвергаются окислению. Плотный контакт лагун-нон сетки с токопроводящей бумагой обеспечивается прошивкой бумаги иглой через сетку на швейной машинке. Такая технология, предложенная фирмой «Эдвис», обуславливает плотное прилегание токопроБодяшей бумаги к проволоке латунной сеткн как на верхней поверхности электронагревателя, так и внутри ячеек.

Известно, что неравномерность температурного поля в бетоне в процессе его тепловой обработки существенно влияет на его качественные показатели. Большие величины температурных градиентов в твердеющем бетоне приводят к возникновению остаточных напряжений, ухудшающих характеристики материала.

Влияние температурных режимов обогрева бетона на величины температурных градиентов было экспериментально исследовано па образцах бетона класса В 22,5 с размерами в плане 300X400 мм толщиной 0,15; 0,20; 30 м при их двустороннем обогреве с использованием опалубочных щитов с предлагаемым полимерным греющим покрытием. Соответственно указанному выше, храктерные размеры образцов составляли 0,075; 0,10; 0,15 м. Образцы с характерным размером 0,1 м обогревали при температуре изотермического прогрева 60, 70 и 80°С, образцы с другими характерными размерами — при температуре 80СС. Скорость подъема температуры бетона всех образцов была равна 10°С/ч.

Для упрощения задачи аналитического исследования температурных полей в бетоне приняли, как обычно, что его теп-лофизнчеекпе показатели остаются постоянными и равными их средним значениям от момента начала подъема температуры до окончания остывания.

В качестве второго допущения принимаем, что явлением

теплопроводности в расчетах можно пренебречь. Тогда, исходное уравнение Фурье будет иметь следующий вид:

к ' дх2

св7в-^-=>~ О)

где:

Се —удельная теплоемкость бетона, кДж/(кг°С); -¡о—объемная масса бетона, кг/м3;

/. —коэффициент теплопроводности бетона, кВт/(м°С); 1 —температура бетона, °С; " — время, ч.

При двустороннем обогреве конструкции тепловые потоки с обеих ее плоскостей одинаковы, поэтому суммарный тепловой поток в середине сечения равен нулю. Тогда

(2)

Используя дополнительные исходные данные и граничные условия, преобразуем уравнение (1) в уравнение в виде трехчлена. Для его решения воспользуемся способом, предложенным А. И. Пеховичем, опуская промежуточные преобразования ■запишем в следующем виде уравнение, позволяющее провести расчет температурных полей:

I (Х,т) = 1'(х,т)-И"(х.т) при

при ->-„

Расчет температурных полей производили на персональной ЭВМ с использованием пакета «Эврика».

Полученные расчетом значения температуры бетона в процессе ее подъема в разных точках обогреваемых образцов приведены в диссертации. Там же приведены экспериментальные данные, полученные при измерении температуры в обогреваемых образцах.

Максимальная погрешность расчетов не превышает 7,8%, а ее средняя величина составляет примерно 2,03%. Столь ма-14

лая величина погрешности свидетельствует о вполне приемлемой точности произведенных расчетов.

Четвертая глава диссертации посвящена особенностям конструкции опалубки с предлагаемым полимерным покрытием и особенностям производства бетонных работ с применением такси опалубки.

Опалубочный щит представляет собой палубу из фанеры толщиной 20 мм, на рабочей поверхности которой размещено полимерное греющее покрытие. Кромки фанерной палубы предусмотрено защищать слоем полимера, что, как показала практика бетонирования, значительно увеличивает срок службы щита до ремонта. Была иготовлена опытная партия опалубочных щитов с закреплением на тыльной поверхности палубы слоя стеклоткани, пропитанного полимером. Стеклоткань хорошо работает на растяжение и будет служить наружной «арматурой» в растянутой зоне палубы. Воспринимая часть растягивающих напряжений, наружная «арматура» позволяет увеличить расстояние между второстепенными балками, на которые опираются опалубочные щиты и, соответственно, уменьшить требуемое количество балок, а при бетонировании перекрытий и требуемое количество телескопических стоек. Это приводит к снижению массы и стоимости опалубочных систем, уменьшению трудозатрат при монтаже и демонтаже опалубки.

Размеры греющих опалубочных щитов в плане не превышают 2,0X0,5 м, их масса составляет около 16 кг, что позволяет осуществлять монтаж и демонтаж всей системы опалубки без использования крана. Это является существенным технологическим и экономическим преимуществом предлагаемой греющей опалубки.

В результате проведенных расчетов предложен вариант греющих щитов с утеплителем. Их использование при температуре наружного воздуха до —30°С позволяет после подъема температуры бетона до 80°С отключить напряжение и обеспечить достижение бетоном 70% R28 в результате медленного термосного остывания. При этом существенно сокращаются энергозатраты на обогрев бетона. Требуемый коэффициент теплопередачи в этом случае равен 0,7 Вт/(м2°С). В качестве

15

утеплителя может быть использован, например, жесткий пенополиуретан с объемной массой примерно 35 кг/м3, коэффициентом теплопередачи 0,035 Вт/(м2°С) и толщиной 30 мм.

К особенностям производства работ при использовании предлагаемой греющей опалубки относятся осуществление операций, которое невозможно осуществлять, применяя традиционную опалубку; исключение трудоемких операций чистки и смазки покрытий, а также необходимость проведения некоторых дополнительных операций.

Для отогрева примороженного бетонного или грунтового основания вместо обычно используемого обогрева горячим воздухом или с помощью электропрогрева забиваемыми в грунт электродами можно применить греющие щиты, укладываемые рабочей поверхностью палубы на отогреваемое основание. На электроконтакты щитов подается напряжение, которое должно быть на одну-две ступени ниже, чем в период подъема температуры бетона. Отогрев продолжается от 5 до 10 ч в зависимости от температуры наружного воздуха, содержания льда в основании и необходимой глубины отогрева.

При этом отпадает необходимость в теплогенераторах пли паровых калориферах и вентиляторах, либо в стержневых электродах и в подключении каждого из них к сети понижающего трансформатора.

Подобным образом греющие щиты с полимерным покрытием могут быть использованы для предварительного отогрева промороженных стыкуемых железобетонных конструкции также вместо отогрева их горячим воздухом. Греющие щиты целесообразно оставлять на кромках стыкуемых конструкций па все время отогрева бетонируемой захватки для снижения тен-лопотерь и повышения равномерности температурного поля в нагреваемом бетоне. Подобным образом без применения дополнительного оборудования следует отогревать с использованием греющих щитов промороженную арматуру, а также отог ревать палубу самих щитов перед укладкой бетонной смеси.

В связи с отсутствием адгезии бетона к предлагаемому полимерному покрытию исключается необходимость трудоемких операций по очистке и смазке палубы, на которые по действующим нормативам в случае использования стальной па-

лубы расходуется соответственно 2,7 и 1,16 ч/ч рабочих IV и V разрядов на 108 м2 палубы.

Применение полимерного антнадгезиониого покрытия палубы требует выполнения дополнительных операций по подключению напряжения к опалубочным щитам с помощью закрепленных на них штепсельных разъемов. Однако каждая подобная операция продолжается лишь несколько секунд. Поэтому их влияние на увеличение трудоемкости бетонных работ практически незаметно.

Проведен анализ различных температурных режимов обогрева бетона, отличающихся скоростью подъема температуры изотермического обогрева п скоростью остывания конструкции. Расчетным путем определяли продолжительность обогрева бетона при различных параметрах температурных режимов до приобретения им 70% Г?28, а также удельную электрическую мощность п энергозатраты. Выявлены зависимости требуемой мощности от энергозатрат и скорости подъема температуры бетона, температуры изотермического обогрева, массивности конструкции, от коэффициента теплопередачи опалубки и температуры наружного воздуха. Оценена значимость каждого из этих факторов для величин требуемой мощности и энергозатрат. Рекомендован наиболее короткий температурный режим электротермообработки бетона, обеспечивающий достижение 70%1?2в, продолжительностью 23 ч, позволяющий оборачивать опалубку за 1,5 сут., требующий расхода электроэнергии 149,2 кВт-ч на 1 м3 бетона при модуле поверхности 12 м1. Этот же режим является наименее энергоемким среди традиционных режимов с периодами подъема температуры изотермического обогрева и остывания. Значительный расход электроэнергии объясняется тем, что речь идет о бетонировании тонкостенных конструкций в зимних условиях.

Кроме традиционных предложено несколько режимов с заменой изотермического обогрева термосным выдерживанием о утепленной опалубке с расходом электроэнергии 43,17 кВт-ч на 1 м3 п продолжительностью 84 ч.

В пятой главе приведены данные об опытно-производственной проверке результатов-диссертационной работы и внедрении их в строительную практику. Внедрение осуществлено в

г. Киеве в зимний период 1993—1994 гг. при бетонировании железобетонной трубы ТЭЦ п в г. Москве в 1994—1997 гг. на строительных объектах АО «Моспромстрой» при бетонировании монолитных железобетонных перекрытий и стен жилых домов, административных здании и гостиницы. Объем внедрения составил 12 тыс. м3. Технико-экономическая эффективность от внедрения составила 312,4 млн. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных данных в области исследований и эксплуатации полимерных токопроводящих покрытий свидетельствует о том, что предлагаемый тип покрытия позволяет создать наиболее эффективную греющую опалубку, характеризуемую малой толщиной и незначительной массой электронагревателя, отсутствием адгезии бетона к полимерному покрытию. При этом исключается операция чистки и смазки палубы, а также обеспечивается ее защита от механических повреждений и увлажнения рабочей поверхности фанерной и деревянной палубы.

2. Для предлагаемой греющей опалубки разработана совместно с фирмой «Эдвис» конструкция полимерного греющего покрытия, включающего следующие слои различного назначения: нижний электроизоляционный слой толщиной по 0,15 мм из стеклоткани, пропитанной полиамидом; слой токопроводя-щей углеродно-целлюлозной бумаги толщиной 0,15 мм, пропитанной полиамидом; верхний электроизоляционный слой; защитный слой из меламина толщиной 0,15 мм. Для подведения напряжения к токопроводящему слою служат электроконтакты из полос латунной сетки, размещенные на поверхности токопроводящей бумаги. Пакет из перечисленных четырех слоев укладывают на рабочую поверхность фанерной палубы толщиной 20 мм и подвергают горячему прессованию при температуре 160°С при давлении 1 МПа. При этом происходит отвердение полимера и соединение всех слоев в одно целое.

3. Экспериментальными исследованиями качественных показателей предлагаемого покрытия в процессе его эксплуатации установлено следующее:'

—адгезии бетона к покрытию отсутствует;

— в результате 160 циклов нагревания в щелочной среде, остывания и последующего замораживания покрытия его удельное электрическое сопротивление снижается примерно на 20%, после чего стабилизируется на уровне 0,010 Ом.м и при дальнейшей эксплуатации практически не изменяется, эту величину следует принимать в качестве расчетной;

— величина температурного коэффициента удельного электрического сопротивления после 100 циклов нагревания, остывания и замораживания стабилизируется на уровне 0,001 1/°С, эту величину также следует принимать в качестве расчетной;

— напряжение пробоя защитного и двух электроизоляционных слоев покрытия после упомянутых 160 циклов испытаний составило 3700 В, что почти в 30 раз превышает максимальную величину рабочего напряжения на электроподводах,

4. Выполненные теплотехнические расчеты показали, что применение опалубочных щитов из фанеры толщиной 20 мм без утеплителя с предлагаемым полимерным греющим покрытием коэффициент теплопередачи щитов К=4,64 Вт/м2°С позволяет эффективно осуществлять при температуре воздуха до минус 30°С обогрев бетона до приобретения им 70%К28 в кон" етрукциях с модулем поверхности от 6 до 12 м-1. Выявлены особенности конструкции греющих щитов с предлагаемым покрытием, возможность исключения утеплителя при использовании фанерной палубы толщиной 20 мм. Предложена также схема конструкции опалубочных щитов с утеплителем, обеспечивающих приобретение бетоном заданной прочности в результате подъема температуры до 80°С, отключения напряжения н последующего термосного выдерживания.

5. Результаты исследований адгезии разработанного нагревателя к бетону показывают, что при производстве бетонных работ важно отказаться от смазки палубы. При этом снижается общая трудоемкость бетонных работ и улучшается фактура поверхностей конструкций.

6. Разработана номографическая методика расчета электрических параметров греющего покрытия, позволяющая по величине требуемой удельной мощности, устанавливаемой теплотехническим расчетом, определить необходимое расстояние

между осями электроконтактов, силу тока в проводах и сечение проводов в зависимости от их материала.

7. Сравнение результатов экспериментов по обогреву бетонных фрагментов соответствующе!1! толщины при аналогичных температурных режимах выявила среднюю величину погрешности, составляющую 2,7%, что является вполне приемлемым значением.

8. С использованием данных, полученных в процессе опытно-производственной проверки и внедрения результатов исследований, выявлены особенности производства работ и контроля нрн использовании греющей опалубки с предлагаемым полимерным покрытием, определены технологические параметры новых операций, выполнение которых становится возможным благодаря применению упомянутого покрытия, порядок и методика осуществления новых операций по входному и выходному контролю в процессе бетонирования.

9. Изложены специфические правила электробезопасности. Установлено, что предельная величина напряжения, подводимого к греющим щитам опалубки, не должна превышать 127 В.

10. Исследованы различные температурные режимы обогрева бетона и энергозатраты при этих режимах. Рекомендованы режимы, обеспечивающие приобретение бетоном 70% 1^, как наиболее короткие, позволяющие сократить цикл оборачиваемости опалубки до 1,5 суток, так и малоэнергоемкне с циклом оборачиваемости опалубки 3,5 суток. Требуемая мощность и энергозатраты составляют в первом случае соответственно 12,93 кВт/м® и 135,6 кВт-ч/м3, во втором случае 5,84 кВт/м3 и 42 кВт-ч/м3.

Приведены данные об онытно-иронзводственной проверке н внедрении результатов исследовании при бетонировании железобетонной трубы ТЭЦ в Киеве, а также на строительных объектах АО Моспромстрой в Москве при бетонировании перекрытий и стен. Объем внедрения составляет 12 тыс. м3. Технико-экономическая эффективность результатов внедрения составила 312,4 млн. руб.

Содержание диссертационной работы отражено в следующих б публикациях:

1. Рерих Ян, Амбарцумян С. А., Шапиро А. Л., Мартиросян А. С. «Прогрессивная опалубка». /Бетон и железобетон, № 3, 1996, с. 14—16.

2. Амбарцумян С. А., Гендин В. Я., Бадеян Г. В., Мартиросян А. С., Турецкий 10. Б., Шапиро А. Л., Моносов Л. А. Термоактивный щит опалубки. Положительное решение ВНИИГПЭ № 961.23700 о выдаче патента РФ.

3. Амбарцумян С. А., Гендин В. Я., Бадеян Г. В., Мартиросян А. С., Турецкий 10. Б., Шапиро А. Л., Моносов Л. А., Зиновьев С. Н. Греющая фанера. Положительное решение ВНИИГПЭ № 961.23701 о выдаче патента РФ.

4. Амбарцумян С. А., Гендин В. Я., Бадеян Г. В., Мартиросян А. С., Турецкий 10. Б., Шапиро А. Л., Моносов Л. А. Термоактивный щит опалубки с эффективной теплоизоляцией. Положительное решение ВНИИГПЭ № 961.23702 о выдаче патента РФ.

5. Мартиросян А. С. Температурные режимы обогрева бетона с применением греющей опалубки из полимерного покрытия. «Депонированные научные работы», 1997, сб. 2, с. 12, регистрационный ЛЬ 53-Ар 97, г., Армянский НИИ научно-технический институт.

6. Мартиросян А. С. Зависимость энергозатрат от параметров температурного режима при тепловой обработке бетона греющей опалубкой с полимерным покрытием. «Депонированные научные работы», 1997, сб. 2, с. 10, регистрационный № 54-Ар 97, г., Армянский НИИ научно-технический институт.

impsbpnuemj uvuu иит^ъ^

U^JuuumuGpp Gi[)ipi[iU(j t lífimütuji lpiGuuipml|g}iuiGbp)i gbp-tfuu^iU-lpjiuG l|Uimu(ph|Uiqnp5iîiuGp, oqinuiqiipôbiml iniupiugi|m\ l)U[i|iuu|uipuu.íui&Ghpfi fiuitfiup ûripiuq.nijQ upiiîuîhpiujjiG tibljuipui-fiiui\npt|}i^ &ui&l|iuipGbp:

U,inkGui]unuru|í>¡uiG pbiîiujji i[hpiupbp}uq lpuinuipi[iuô t fijuu-u|iupudp|ui& СрирЬгф ilhppu&nipjmG, np]i шрщпШрСЬрр (iut2i|j> h G итГи[ш& ui2luiuuiuiGp}i lîhg:

UouuguiplpIiuS t q.njmpjruG niGbgnt\ uiwpuigi[ni\ l|iui\iuu|ui-ршйшбр íuuihup upn|u!bpmif)Q t|hlpnpiufuur)npr]]is fiui5l|mi)<>Gbp|i inbuuil|Gbp]i г).шиш1|шрц.пи!р Ii íí|u5Guu[npi|wb t; гтШЯшшрщти-Giuilbui pGuipmpjniGp:

U2uiljv[vu& t piuqiîu^bpin u|nijuîbpuij]iG тшршдфщ &ш&1|пц-l|Uirimgi[m&pp upiifiuiiî|irç]i к L[bl|uipiuf¡iu^npi|}i¿ iuft]uiuöGiu-gb[nqnqmj)iG piljafi fijiiîiuG i[pui l|nifu|nq}ig]uuGhp]i l|]ipuuuîiuiSp:

'-imuiuipTjuiír t &ui&ljTuji»]i tiblfuipu^]iq]ilpitl|iuG fiminl|mjajniC-Gbpji Ii Gpui gmgiuG|i2Gbp|i i|mp&Giul|iuG fibuiui-

qnmni]íjmGGhp. uiufiiîuiGuijjiG tibl|inpuil|iuG i}jufuu].pnij»juiG Ipu-jniGmjajmGp pbuinGJi fipiJGuit]iG iî}i2uu[iujpji Ii piuqüiu|d]nl iuG-qiuiî иитСшйшГфр]! uiqr^hgiui^jiuG шрщтйрпи?, pbuinG]i l|U|^n-i\niGiul|nq»iniGp &i«&l|nij|9}i GtyunniJuiiip, t[tilpnpml|UiG (йирпрфл-IjiuGmpjiuG rçjuîiurçprut?>puGp ршр&р \uipiíiuG t\bu|p.ruiî:

¿.biniuqmmupjniGGbpp gnijg UCî uiiflq umuigiupljijiuft öuiö-l|mjp|i Glpumiiunîp pbuinG]i \ p< | > n i uu G ш I pup pu G piugiulpujmiîp, npp it»Hj[ t uiiuijiu puigiunlq l|uipiuu|uipu.iiîuw|! i!url|bpUmjpp jnu\-liuiG ujpngbup Ii qquqji pb]<>UiugGrmï t рЬтпГаидгрп^ Ipunmg-i[iU(jf)Gbp|i ши|ш1|шг|ши|шргт!р:

¿,buiiuqnim|iu& bG pbuinGfi imupiugUiuG imuppbp пЬг))пШЬр]1 cfuiiîluGixil) Gpiu «bpiîuijjiG tnu2Ulb|i|i:

^luiuiiupi[ui& bG uiuipiugi[nr^ 5ui&l|tiijj9m[ 1|шриш|шршй'ш&]1 2bpiîiuuibfuG|iljiul|iuG U tibljuipuilpuG fiui2iluipl|Gbpp:

tTiu&l^mjj»|i t[liljmpuilpuG upupiuiîbuipbpfi (ïu(2iluipl|}i (ïuuîuip iÎ2Lulp[iu& t Gmînqpuiii:

riumuîGiuujipi[ai5 bG cuîbnuij|iG pbuinGuigiîuiG duuîiuGiul| pb-uinGuigiîuiG uib]uGrqnq|iuij}i шnшG&Gшf¡шu^l^nц¡»iщGGbpp, iî^iuIji^uiît тшршдфщ Ijuipumpupuuîuiôli IjfipiuruîuiG t|.bu|piiuî, itpnGp jemji

"hd uiuqjiu piuguinh^ if|i 2uir>Ji iui[iuQt|iul|iuQ u^Juiuuiiuimup ou|h-puigjiuiGhp li |auiGt|iu|idbp fiuiuuul) uui]iph]i|i oq.uuuq.nii?muin:

UQiu^uiJili l;i\utfiiul|in[ fihuuuqmm[ut(T hfi u|iuiiiuG2i|m\ l;itil|-in]iuil|iuG iiqniinijajuia li tililjiniuutGbiiq]iiuj}i &ui]iiubp|i lih&nipjnifi-ilh)i]] fjUumfiJi uiiu|))ih|i ghfuiutj)iG nlidJiilGhpnil uiutputgiiiuQ diu-iiiuGuil| U b]iut2luiuiln)ului5 hG ou|in)rJuq nhd)iuTihiVQ:

A. S. MARTIROSIAN

The dissertation is dedicated to the investigation and working out of the polymeric current conduction covering on the basic of which the heating formwork was developed with the veneer desk.

The- analysis of the literature materials took place on the dissertation theme. The results of which were taken, into consideration in the work.

The classification of the existing types of the polymeric current conducting covering for the heating formwork was suggested and the choice of the most effective type was grounded. The construction of the multilayer polymeric heating covering was worked out with the utilization of the composition on the basic of the polyamid and current conducting carbon-cellulose paper. There were fulfilled experimental investigations of the electrophysical characteristics of the covering and its operation indices: stability of the specific electrical resistance as a result of the repeated influence of the concrete and frost environment, adhesion of the concrete to the covering, resistance to the electrical hole under high voltage.

A lack of the concrete adhesion to the suggested covering was revealed. It gives the opportunity to simplify the operation of cleaning and to the lubrication of the surface of the formwork and essentially facilitates the removal of the shuttering of the heated constructions.

The temperature areas were investigated in the concrete under different regimes of its heating.

The heattechnical calculation of the formwork and electrical calculation of the heating covering took place.

Nomogram was developed to have the calculation of the electrical parameters of the covering.

The peculiarities of the concreting technology with the utilization of the heating formwork were revealed. They give the opportunity to exclude a number of traditional operations and some type of the special equipment under winter concreting.

With the analytic method there were investigated values of the requested electrical capacity and electrical energy under the concrete heating with different temperature regime. The optimum regimes were recommended.

The calculation was fulfilled, regarding the technical-economical effect due to the introduction of the developed heating formwork which is determined with the reduction of the labor expenditure and energy expenditure, accelerating of the form-work transposition, cost reduction and the longevity increase.

Тираж 80

Заказ 108

Дом печати «Воскан Ереванци», ул. Мелик-Адамяна, 1.