Обогрев бетона нагревательными проводами: подробный обзор технологии

• 1 Обзор методик
• 2 Технология кабельного прогрева
  • 2.1 Общая схема
  • 2.2 Физика процессов
• 3 Методика организации работ
  • 3.1 Выбор проводников
  • 3.2 Схема укладки
  • 3.3 Монтаж прогревающей системы
  • 3.4 Рекомендации по эксплуатации
• 4 Вывод

Среди различных методик, которые применяются при закладке фундаментов и других строительных работах в зимний период, важное место занимает подогрев бетона проводом ПНСВ. Использование данной технологии с соблюдением всех правил позволяет создать оптимальные условия для набора прочности застывающим цементным раствором даже в том случае, если температура окружающей среды падает значительно ниже нуля.

В нашей статье мы опишем, как организовать такую обработку, как выбрать провод для нагрева бетона, а также – на что нужно обязательно обращать внимание при работе системы.

Проводники в опалубке нагревают раствор для эффективного отвердения

Обзор методик

Для обеспечения правильного отвердевания бетона нужно, чтобы весь входящий в состав раствора цемент прореагировал с водой. Этот процесс называется гидратацией, и нарушается он в том случае, если вся влага или ее часть превращается в лед.

Чтобы избежать этого, используют различные методы:

• Во-первых, при небольшом объеме работ можно добавить в состав раствора компоненты, предотвращающие замерзание. Минусом данной методики является неспособность подобных присадок противостоять сильным морозам, а также удорожание стоимости работ.
• Во-вторых, при кратковременном похолодании можно просто обеспечить качественную теплоизоляцию залитого фундамента или другой несущей конструкции. При этом используется опалубка, изготовленная из материалов с низкой теплопроводностью, а сверху бетон накрывается многослойным полиэтиленом или рубероидом.

• Для активного прогрева часто используется электродный метод. При этом проводники либо погружаются в толщу раствора, либо располагаются на его поверхности. Электрическое поле, формирующееся между токопроводящими пластинами или стержнями, отдает часть энергии бетону, поддерживая его температуру на высоком уровне.
• Однако наиболее эффективной и практичной методикой является использование специальных нагревательных кабелей. Они закладываются в толщу бетона, после чего подключаются к специальному трансформатору и нагревают материал. Цена проводников относительно невелика, потому данный метод можно рекомендовать и для больших объемов.

Заливать бетон зимой можно только при условии прогрева

Как показывает практика, наиболее действенным является комбинирование методов пассивного теплосбережения и активного прогрева бетона. Ниже мы рассмотрим детали этого процесса максимально подробно.

Технология кабельного прогрева

Общая схема

При работе в температурных условиях, достигающих  — 400, провод для подогрева бетона является чуть ли не единственным возможным вариантом для обеспечения отвердения цемента.

При этом сам процесс обогрева организуется таким образом:

• Вначале не объекте монтируется опалубка. Для снижения теплопотерь ее лучше делать из изолирующих материалов.
• Затем в опалубку устанавливается арматурный каркас. К арматурному каркасу крепятся специальные нагревательные провода.

Все проводники соединяются в единую систему

• Длины проводов подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить максимально равномерную нагрузку на каждый участок. Все фрагменты соединяют с одной токопроводящей шиной, которая размещается за пределами опалубки.
• Затем выполняется заливка раствора с его последующим уплотнением. При этом виброобработка цементной массы допускается, поскольку она, в отличие от штыкования, не приводит к повреждению проводников.
• Далее соединительные шины присоединяются к понижающему трансформатору. В систему подается ток, и провода постепенно нагреваются, препятствуя замерзанию жидкости в толще материала.
• Работа трансформатора не прекращается до тех пор, пока  бетон не наберет нужную прочность.

Трансформатор для подачи напряжения

Физика процессов

Что же происходит в это время в толще раствора?

• При прохождении тока заданной силы и напряжения проволока для прогрева бетона постепенно увеличивает свою температуру за счет значительного сопротивления.
• Часть температуры передается окружающей среде, и вода не переходит в твердое состояние, оставаясь доступной для гидратации цемента.
• Также за счет отсутствия ледяных кристаллов в толще бетона не формируются поры, которые делают материал неоднородным и снижают его прочность.

От проложенных проводов тепло передается раствору

• Дополнительным плюсом такого обогрева является повышение надежности армирования: во-первых, за счет постепенного уменьшения доступной влаги снижается риск коррозии арматуры, а во-вторых, бетон закрепляется на металлическом каркасе более равномерно.

• После достижения бетоном определенных эксплуатационных показателей нагрев прекращают. Инструкция рекомендует понижать температуру постепенно, поскольку только в этом случае можно избежать растрескивания внутри материала.

Собственно, именно так и происходит сам процесс.

Если же вы решите организовать кабельный обогрев бетона своими руками, то настоятельно рекомендуем изучить следующий раздел. Естественно, нужно помнить, что для выполнения данных работ следует обладать соответствующим допуском, так что для тех, у кого нет «корочки» электрика, приведенные ниже рекомендации будут носить ознакомительный характер.

Методика организации работ

Выбор проводников

Поскольку нагревательный провод для бетона является центральным элементом всей системы, его нужно выбирать очень придирчиво.

Здесь справедливыми будут следующие соображения:

• В качестве основного греющего проводника лучше всего подойдет провод ПНСВ с толщиной жилы 1,2 или 1,4 мм.

• Стальная жила, выступающая токонесущим элементом, может быть оцинкована – это положительно сказывается на эффективности нагрева, а также на надежности системы.

Оцинкованный кабель ПНСВ в полихлорвиниловой изоляции

• Для обеспечения эффективной теплопередачи, а также исключения риска поражения электрическим током стальной сердечник кабеля ПНСВ должен быть покрыт полихлорвиниловой или полиэтиленовой изоляцией.
• Не следует использовать кабель с полиэтиленовой защитой в армированных конструкциях: при скачках напряжения или длительной работе с максимальной нагрузкой существует риск оплавления полиэтилена и замыкания провода на арматуру.
• В то же время полихлорвинил при низких температурах (-100С и менее) вследствие снижения эластичности становится ломким, и потому может потрескаться еще на этапе монтажа.
• Расход провода ПНСВ 1,2 составляет примерно 50 погонных метров на кубометр раствора.

При использовании кабелей необходимо помнить, что рабочий ток для проводника, находящегося в толще раствора, составляет около  15 Ампер. При этом на воздухе такая сила тока является избыточно большой, и чаще всего приводит к перегоранию проводника за счет недостаточно эффективного теплоотведения.

Кабель АПВ-4 для холодных концов

Чтобы избежать этого, для соединения находящихся в бетоне проводников с трансформатором или общей шиной используют так называемые «холодные концы» — провода большего сечения, менее подверженные температурным нагрузкам. В качестве «холодного конца» обычно используется метровый отрезок кабеля АПВ-4, соединенный с ПНСВ скруткой с х/б изолентой.

Схема укладки

Монтаж проводников может осуществляться по одной из двух схем.

Ниже мы опишем детали обустройства каждой из них:

• Провод для обогрева бетона нарезаем равными отрезками (чаще всего это 17 или 28 метров) и свиваем в спирали диаметром около 40 мм, формируя так называемые нитки. Для завивки спиралей чаще всего применяется специальный станок с электроприводом.
• При соединении по схеме «треугольник» все проводники делятся на три равные группы. Провода в группах соединяем между собой параллельно, после чего группы скрепляем в трех точках. От каждой точки подводим кабель к выходному зажиму трансформатора.
• Несколько иначе распределяются нитки проводов при соединении «звездой». Каждые три нитки соединяем в один узел, формируя «тройку». Все тройки соединяем между собой, и, как и в первом случае, присоединяем к трансформатору.
• Разобраться в топологии данных схем помогут изображения, которые приводятся в данном разделе.

Принципиальные схемы подключения

Чтобы облегчить расчет  проводов для прогрева бетонного раствора, можно использовать специальные программы-калькуляторы. Также несколько примеров для наиболее распространенных ситуаций приведены в таблице:

Тип трансформатора Диаметр ПНСВ «Звезда»: число троек при луче в 17 м «Треугольник»: число групп ниток длиной 28 м СПБ-40 1,2 14 3 по 8 1,4 12 3 по 7 СПБ-80 1,2 28 3 по 13 1,4 24 3 по 11 СПБ-100 1,2 35 3 по 16 1,4 29 3 по 14 380/36 на 6 кВт 1,2 5 3 по 3 380/36 на 2 или 2,5 кВт 1,2 5 1 (три нитки)

Монтаж прогревающей системы

Сам процесс монтажа системы довольно прост:

• Вначале возводим опалубку и закладываем в нее арматурный каркас. Советы по обустройству опалубки приведены выше.
• Затем нарезаем кабель ПНСВ в соответствии с необходимыми объемами и формируем из него спирали для нагрева.

Фото закладки спиралей ПНСВ в опалубку

• Далее укладываем кабель таким образом, чтобы между соседними проводниками расстояние составляло не менее 15 см.
• При формировании изгиба следим, чтобы проводники не переламывались, и не нарушалась целостность изоляционного слоя. Рекомендуемый радиус изгиба составляет не менее 25 мм.
• Присоединяем провода к арматурному каркасу таким образом, чтобы избежать их смещения при заливке и виброуплотнении раствора.

Еще одна методика размещения и фиксации ПНСВ на арматуре

• Выводные концы соединяем в группы в соответствии с выбранной схемой монтажа (см. выше). Зачищаем края проводников и присоединяем их к «холодным концам» путем скручивания, тщательно изолируя место контакта.
• Холодные концы присоединяем к понижающей трансформаторной станции. Рекомендуется использовать установки СПБ-40, ТМОБ-63, КТПТО-80 или их аналогов.

Присоединение проводов к трансформатору

• Для контроля температуры закладываем специальные трубки, которые будут играть роль диагностических скважин.
• Выполняем заливку и виброуплотнение цементного раствора, контролируя положение и целостность проводников.

Для снижения расходов электроэнергии на прогрев бетона до заданной температуры специалисты рекомендуют перекрыть залитый фундамент фольгированной пленкой. Слой металлического напыления будет играть роль теплового экрана, отражая инфракрасное излучение и способствуя еще большему укреплению поверхностного слоя.

Рекомендации по эксплуатации

Сам процесс прогрева реализуется по трехстадийной схеме:

• Сразу после заливки дается некоторое время (до двух часов) на первичное схватывание. После этого материал накрывается теплоизоляционной пленкой и выполняется пуск трансформаторной установки.
• Первый этап носит название предварительного прогрева. Температура раствора постепенно повышается до 70 – 800С (в зависимости от проекта). При этом во избежание формирования зон напряжений в бетоне параметры тока меняются постепенно – так, чтобы нагрев составлял не более 100С в час.
• Далее идет наиболее длительная вторая стадия, на которой происходит изотермическое прогревание цементной массы. При этом в скважинах контролируется температурный режим: нагрев не должен превышать 800С, иначе может начаться спекание цементных гранул.
• Обработка производится до тех пор, пока материал не наберет 70% прочности от заложенной в проекте. Прочность может определяться либо расчетным путем, либо с помощью специальных тестов (иногда для отбора проб применяется алмазное бурение отверстий в бетоне).
• Третья стадия — охлаждение. Параметры тока изменяются таким образом, чтобы температура бетона падала не быстрее, чем на 4-50С в час.

Рабочая схема подключения нагревательных элементов

После завершения данной стадии «холодные концы» отключаются от трансформатора и демонтируются. Дальнейший набор прочности проходит в естественных условиях.

Вывод

Сведения о том, как прогреть бетон проводом ПНСВ, будут незаменимы для всех, кто планирует строить дом в зимний период. Конечно, система эта довольно затрата, но когда выбора особо нет – то лучше использовать наиболее эффективную и  доступную технологию прогрева бетона.

В любом случае, приведенные выше советы, а также видео в этой статье содержат весьма ценную для мастера информацию, потому стоит уделить время ее пристальному изучению!