УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРЕВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МОНОЛИТНЫХ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2023 года по МПК B28B11/24 C04B40/02 

Устройство для прогрева твердеющего бетона и грунта применяется в строительстве, например, при возведении горизонтальных монолитных бетонных и железобетонных конструкций, конструкций гидротехнического и мелиоративного строительства, а также для обогрева мерзлых грунтов.

Устройство содержит электромотор, приводящий в движение воздух с помощью загнутых вперед лопаток центробежного вентилятора (лопастями), нагнетающих воздух через электронагреватель, корпус с выходными патрубками, направляющими теплый воздушный поток в прогреваемое воздушное пространство. Над твердеющей конструкцией уложен влаго- и теплоизоляционный материал, который образует между ним и твердеющим бетоном прогреваемое воздушное пространство. Над конструкцией на расчетных интервалах располагаются несколько устройств для прогрева. Конструкция устройства обеспечивает в прогреваемом пространстве необходимый равномерный температурно-влажностный режим для нормального твердения бетона. Нагрев воздуха происходит в замкнутом пространстве, поступление холодного воздуха исключается, вырабатываемое электронагревателем тепло тратится исключительно для нагрева воздуха и самого бетона, а также для поддержания температуры на заданном уровне. Правильно подобранные по теплотехническим характеристикам влаго- и теплоизоляционные материалы позволяют поддерживать минимизацию теплопотерь, защиту от ветра, холода и от атмосферных осадков.

Известен способ прогрева бетона горизонтальных конструкций с помощью греющих проводов, которые при армировании монолитных конструкций заранее укладываются в конструкцию, после бетонирование подключаются к электрическому току и происходит нагрев бетона. /Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. Б.А.Крылов, С.А.Амбарцумян и др. НИИЖБ, М.; 2005. - с. 275/.

Недостатками известного устройства являются трудоемкость укладки, частые обрывы при укладке бетонной смеси, что приводит к неравномерному прогреву и замораживанию свежеуложенной бетонной смеси на месте обрыва греющего провода и к снижению качества бетона.

Также известен способ для прогрева бетона и грунта (RU 92378 U1 Опубликовано: 20.03.2010 Бюл. № 8) с помощью замкнутого гибкого теплопровода соединенным с электрическим бойлером. Теплопровод сверху защищен теплоизолирующим слоем в виде мата, он размещен на прогреваемой площади через полиэтиленовую пленку. Конструкция данного устройства обеспечивает необходимый температурно-влажностный режим за счет циркуляции и регулирования температуры жидкостного теплоносителя.

Недостаткам данного устройства можно отнести его громоздкость, материалоемкость и оно рассчитано на относительно малую прогреваемую площадь. При использовании данного устройство не представляется возможным обеспечить требуемое качество поверхности.

Наиболее близким и принятым за прототип является устройство для тепловой обработки монолитных бетонных конструкций (Патент на полезную модель № 202192, Опубликовано: 05.02.2021 Бюл. № 4), содержащее корпус с металлической решеткой, электронагреватель, металлический щит, вентилятор, воздуховод для подачи воздуха и крепежный элемент, отличающееся тем, что электронагреватель смонтирован в нижней части корпуса и закрыт металлическим щитом, расположенным над ним, а вентилятор выполнен осевым, оснащен регулятором скорости и электродвигателем, которые обеспечивают циркуляции потока воздуха и установлены в верхней части корпуса по вертикальной оси, при этом нижняя часть корпуса соединена с воздуховодом, выполненным в виде сопла в форме раструба, а крепежный элемент в виде петли смонтирован в верхней части корпуса.

Недостатком прототипа являются значительные энергозатраты на прогрев большого объема прогреваемого воздушного пространства, а также потери тепла в окружающую среду. Утечка теплого воздуха из прогреваемого пространства объясняется неплотной укладкой к основанию по периметру конструкции.

Техническая задача заключается в прогреве бетона горизонтальных конструкций воздушным конвективным прогревом путем принудительного смешивания теплого воздуха в прогреваемом пространстве, снижении энергозатрат за счет уменьшения объема прогреваемого воздушного пространства, в передаче тепла непосредственно бетону, а также уменьшении потерь тепла в окружающую среду за счет применения эффективных влаго- и теплоизолирующих материалов. Утечка теплого воздуха из прогреваемого пространства достигается путем плотной их укладки к основанию по периметру конструкции. Данное устройство позволяет подвергать тепловой обработке бетон на большой площади, при этом обеспечивается хорошие качество конструкций.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что оно устраивается на минимальном расстоянии от поверхности бетона, применение воздушного нагревателя позволяет снизить относительную влажность воздуха более чем на 20% и устраняет образование конденсата. Центробежный вентилятор через входной патрубок засасывает воздух и вынуждает его двигаться через нагреватель к выходному патрубку. Нагретый воздух через выходной патрубок распространяется в прогреваемое пространство, движение нагретого воздуха происходит параллельно поверхности бетона во все стороны прогреваемого пространства. Принудительное движение нагретого воздуха позволяет созданию воздушной массы с однородной температурой, значение которой регулируется электронагревателем и однородность температуры - скоростью центробежного вентилятора, который является частью устройства центробежно-вентиляционного воздушного прогрева (ЦВП). В центробежных установках воздух поступает в осевом направлении, выталкивается - в радиальном. Передача тепла от теплого воздуха к бетону осуществляется конвекцией. Далее за счет теплопроводности бетона происходит нагрев внутренних слоев возводимой конструкции.

Корпус устройства центробежно-вентиляционного воздушного прогрева (ЦВП) выполнен из листовой оцинкованной стали клепаным или сварным, входной патрубок для защиты от посторонних предметов оснащается металлической решеткой, устройство для нагрева воздуха оснащено оребренным воздушным трубчатым и другими электронагревателями, предназначенными для работы в условиях повышенной влажности, центробежным с изогнутом вперед вентилятором, оснащенным многоступенчатым регулятором скорости, обеспечивающим регулирование скорости воздуха через выходные патрубки.

Устройство устанавливается непосредственно над перекрытием (или грунтом) на устойчивый, заранее установленный в бетоне арматурный каркас, который после твердения бетона в нем оставляется.

Технический результат заключается в прогреве горизонтальных конструкций, снижении трудозатрат, снижении теплопотерь за счет уменьшения объема прогреваемого пространства и укрытии эффективными влаго- и теплоизоляционными материалами, а также в упрощении конструкции устройства, снижении его веса и материалоемкости, возможности быстрой замены при выходе из строя одного из них.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства центробежно-вентиляционного воздушного прогрева (ЦВП):

Фиг. 1 - разрез 1-1 Фиг. 1; Принципиальная схема устройства центробежно-вентиляционного воздушного прогрева (ЦВП) бетона горизонтальных конструкций;

Фиг. 2 - разрез 2-2 Фиг. 1,

Фиг. 3 - Схема раскладки устройства при прогреве горизонтальных конструкций;

Фиг. 4. - Вариант прогрева устройством монолитной плиты сверху и снизу.

Обозначения элементов на чертежах:

1 - корпус 2 - электронагреватель 3 - вперед загнутые лопатки центробежного вентилятора 4 - электродвигатель 5 - бетон 6 - неподвижная сферическая головка над корпусом 7 - тепло- и влагозащитное укрытие 8 - входной патрубок 9 - трубка корпуса, для устройства на арматурный каркас 10 - арматурный каркас 11 - опалубка 12 - брус для плотной укладки тепло- и влагозащитного укрытия к опалубке 13 - подключение к сети электродвигателя и нагревателя 14 - выходной патрубок 15 - прогреваемое воздушное пространство

Устройство центробежно-вентиляционного воздушного прогрева (ЦВП) содержит корпус 1 из оцинкованной прочной стали, входного 8 и выходного 14 патрубков из оцинкованной стали, электронагреватель 2, вперед загнутые лопатки центробежного вентилятора 3 с электродвигателем 4, основание из труб 8 для установки на каркас из арматуры.

Пять выходных патрубок 14 обеспечивают движение воздуха в горизонтальном направлении на 360°. Мощность устройства зависит от количества тепла, необходимого для нагрева, которое рассчитывается, исходя из объема воздуха в греющем воздушном пространстве, теплоемкости опалубки, бетона и основания, величин теплопотерь в окружающую среду, которая зависит от величины сопротивления теплопередаче теплоизолирующего материала, укрытия 7.

Основным требованием к устройству является обеспечение заданного уровня температуры и ее однородность по всему объему прогреваемого пространства. Для получения монолитных бетонных конструкций высокого качества применяется мягкий режим прогрева с температурой изотермической выдержки в пределах +30°…+70°С. Для контроля температуры нагревателя используют термодатчики, которые располагаются на местах, где температура может иметь максимальные и минимальные значения в прогреваемом пространстве, а для подключения устройства к электрической цепи вилочные разъемы. Расчетный перепад температур Δt₀ между температурой в зоне установки устройства и в любой другой зоне прогреваемого пространства составляет Δt₀ = 2÷5°С.

ЦВП целесообразно размещать в шахматном порядке по площади прогреваемого пространства (Фиг.3), что также способствует нагретому воздуху равномерное распространение.

Устройство ЦВП должно устанавливаться на расстоянии не менее 100 мм от опалубки и теплоизолирующего укрытия.

Устройство работает следующим образом. При подключении к электрической цепи электронагреватели 2 передают тепло к проходящему через них воздуху, который движется с помощью вперед загнутых лопаток центробежного вентилятора 3. Поток воздуха входит в устройство через входной патрубок 8 и распространяется в прогреваемое пространство через выходные патрубки 14 равномерно во все стороны устройства, которые устроены в боковой части устройства.

Удельная мощность нагревателя рассчитывается с учетом напряжения, силы тока, других параметров и характеристик нагревателей.

Мощность устройства зависит от количества тепла Q_цвп, необходимого для нагрева воздуха внутри греющего воздушного пространства, опалубочного щита, бетона и основания, величины теплопотерь в окружающую среду через влаго- и теплоизолирующий материал:

Q_цвп > Q_н.возд + Q_н.оп + Q_н.б + Q_н.пот - Q_экз

где Q_огр - потери тепла через наружные ограждения;

Q_н.возд - тепло, затраченное на нагрев воздуха внутри камеры:

Q_н.оп - расход тепла на нагрев щитов опалубки;

Q_н.б - расход тепла на нагрев бетона;

Q_н.пот - потери тепла через слой теплоизолирующего материала;

Q_экз - тепло, выделяемое при экзотермии цемента.

Мощность устройства зависит от коэффициента полезного действия центробежного вентилятора. Определяется по формуле:

[кВт],

где:

N - общая мощность вентилятора;

Q - производительность устройства по максимальному объему воздушного потока;

P - давление, которое имеет воздух на выходе из устройства;

η - КПД центробежного механизма (для центробежных устройств с изогнутыми вперед лопатками КПД достигает до 80%).

ЦВП целесообразно применять для тепловой обработки и активного термосного выдерживания горизонтальных монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Возможно использование данного устройства в комбинации с другими способами прогрева, с использованием отходящих газов и др. При необходимости данное устройство возможно устанавливать не только сверху, но и снизу конструкции, как показано на Фиг. 4.

Применительно к бетонным швам, бетонным и грунтовым основаниям площадь их нагрева ограничивается лишь количеством имеющихся устройств ЦВП и доступностью электрической энергии.

ЦВП изготавливается промышленным способом в заводских условиях. Габариты при изготовлении устройства зависят от задаваемой мощности, а его высота - от мер по минимизации объема прогреваемого пространства.

Ссылки на документы в описании:

1. RU 92378 U1 Жаркой Роман Анатольевич (RU), Гныря Алексей Игнатьевич (RU), Коробков Сергей Викторович (RU) Устройство для прогрева бетона и грунта.

2. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. Б.А.Крылов, С.А.Амбарцумян и др/ НИИЖБ, М.; 2005. - с. 275.

Изобретение относится к области строительства и используется, например, при возведении горизонтальных монолитных бетонных и железобетонных конструкций, конструкций гидротехнического и мелиоративного строительства, а также для обогрева мерзлых грунтов. Устройство для тепловой обработки горизонтальных монолитных бетонных и железобетонных конструкций содержит корпус, центробежный вентилятор устройства, приводящий в движение теплый воздух, расположенный в корпусе устройства и оснащенный регулятором скорости и электродвигателем, электронагреватель, расположенный по периметру внутренней части корпуса, между вентилятором и стенкой корпуса. При этом корпус в нижней части соединен с входным патрубком, расположенным по нижнему кругу корпуса и снабженным металлической сеткой или решеткой для защиты от посторонних предметов. Верхняя часть корпуса снабжена сферической головкой. Техническим результатом является повышение эффективности прогрева бетона воздушным конвективным прогревом путем принудительного смешивания теплого воздуха в прогреваемом пространстве, снижение энергозатрат за счет уменьшения объема прогреваемого воздушного пространства, уменьшение потерь тепла в окружающую среду. 4 ил.

Устройство для тепловой обработки горизонтальных монолитных бетонных и железобетонных конструкций, содержащее корпус, центробежный вентилятор устройства, приводящий в движение теплый воздух, расположенный в корпусе устройства и оснащенный регулятором скорости и электродвигателем, электронагреватель, расположенный по периметру внутренней части корпуса между вентилятором и стенкой корпуса, при этом корпус в нижней части соединен с входным патрубком, расположенным по нижнему кругу корпуса и снабженным металлической сеткой или решеткой для защиты от посторонних предметов, а верхняя часть корпуса снабжена сферической головкой.