Технология прогрева бетона в зимнее время электродами: Прогрев бетона в зимнее время: методы и схемы электропрогрева

Время прогрева бетона в зимнее время, технология обогрева электродами

• Главная
• О бетоне
• Время прогрева бетона в зимнее время, технология обогрева электродами

Содержание РазвернутьСвернуть

Зимним бетонированием считаются работы, выполняемые при среднесуточной температуре воздуха ниже 5°. В монолите резко замедляются процессы гидратации и набора прочности. Чтобы не приостанавливать строительство, применяют различные технологии для снижения вреда, наносимого холодом. В числе мероприятий — термообработка, цель которой увеличить скорость протекания реакций. Время прогрева бетона в зимнее время во многом определяет экономическую эффективность выбранного способа.

Когда требуется прогрев бетона

В северных регионах нашей страны зимние температуры нередко опускаются ниже -40°. Проводить бетонирование в таких условиях теоретически возможно, но на практике укладка осуществляется до -15. ..-20°С.

Оптимальными для твердения бетона считаются температура 18-22° и влажность более 90%. В таком режиме проектная прочность достигается за 28 суток. Зимой при замерзании воды структура неокрепшего монолита разуплотняется, что приводит к разрыву связей между частицами. После оттаивания гидратация продолжается, но марочные характеристики значительно ухудшаются.

Дополнительный прогрев увеличивает скорость протекания реакций. При этом достаточно, чтобы бетон набрал критическую прочность до момента замораживания. В конструкциях разного назначения это от 30% до 70% от марочного показателя. После достижение этого предела в структуре бетона устанавливаются устойчивые связи. При наступлении весеннего тепла созревание продолжается. Качественные характеристики при этом соответствуют проектным или снижаются до 10%.

Цель зимнего прогревания — как можно быстрее добиться набора критической прочности монолитных конструкций, не допуская образования очагов температурных напряжений. Для этого применяют различные методы обогрева. Совместно с добавками противоморозных реагентов и ускорителей твердения они обеспечивают необходимый результат за минимально возможные сроки.

Виды зимнего бетонирования

Согласно Р-НП СРО ССК-02-2015 тепловая обработка бетона зимой проводится способами:

• пассивным, когда смесь нагревают при приготовлении до укладки в опалубку;
• активными, при котором термическому воздействию подвергается монолит во время затвердевания.

Пассивные технологии

Эти методы рекомендуется применять для массивных конструкций. При гидратации цемента выделяется экзотермическое тепло, которое согревает монолит изнутри. Этого часто достаточно для фундаментов, ростверков или плит с модулем поверхности до 6 мˉ¹ , определяемого отношением площади холодного контакта к объему бетона.

Перед монолитными работами с применением пассивного метода рекомендуется разогреть основание — бетонные поверхности или непучинистые грунты на глубину 300 мм, пучинистые до 500 мм. Применяют утепление, прогрев электродами или гибкими термоактивными матами. Тепловые пушки или инфракрасные излучатели устанавливают в тепляках — шатрах из брезента или фанеры на каркасе.

Допускается не разогревать основание, если во время набора критической прочности отсутствует риск промерзания в зоне контакта.

Активные

При созревании бетона проводят мероприятия, направленные на увеличение температуры внутри конструкции. Они включают обогрев:

• методом термоса с использованием грунтового тепла;
• инфракрасными излучателями;
• низкотемпературными электронагревателями;
• греющими проводами;
• индукционными установками.

Наибольший эффект дает совместное применение активного и пассивного прогрева.

Приготовление бетона и подготовка основания

Для приготовления смеси и подготовки к заливке зимой разработаны правила:

• замешивать бетон в обогреваемых смесителях;
• подавать подогретую воду с температурой не выше 80°С;
• использовать не смерзшиеся компоненты, без наледи;
• время перемешивания увеличить на 25% по сравнению с производством в летний период;
• не подогревать готовую смесь свыше 35°С.

Опалубку и арматуру перед монолитными работами очищают от снега, наледи, укрывают брезентом. Если предусмотрено предварительное прогревание основания, в тепляке устанавливают обогреватели или излучатели, направляя тепловой поток в рабочую зону. Густоармированные конструкции доводят до температуры выше 0°С.

Тепловые пушки расставляют так, чтобы сопла создавали замкнутый воздушный поток в одном направлении. Оборудование с газовым нагревом размещают снаружи тепляка, а подачу воздуха осуществляют через гибкие отводы.

Для расчета продолжительности прогрева основания применяют формулы из рекомендаций Р-НП СРО ССК-02-2015, учитывающие температуру и характеристики грунта.

Транспортировка бетона при отрицательных температурах

Во время транспортировки бетон защищают от охлаждения. Если температура воздуха опустилась ниже -10°С, кузов самосвалов утепляют брезентом, щитами, пропускают отработанные газы под днищем или над поверхностью смеси, периодически обрабатывают паром стенки тары.

Специализированный транспорт для доставки бетона в сильный мороз — автобетоновозы с утепленным кожухом или автобетоносмесители с подогревом водяного бака. На дальние расстояния — 20-30 км — целесообразно доставлять сухую смесь, а за 10-15 минут до прибытия на объект добавлять теплую воду. Источником энергии служит бортовая сеть автомобиля или дополнительный электрогенератор.

Укладка бетона зимой

Чтобы избежать при заливке монолита преждевременного остывания, рукава бетононасоса оборачивают шлаковатой, войлоком, мешковиной. При температурах ниже -10°С хобот укладывают в утепленные короба и обогревают паром.

Если бетон подают с помощью виброжелоба или транспортера, вокруг устанавливают защиту от ветра из щитов, накрывают брезентом.

Для ускорения времени твердения свежий бетон подвергают вибрированию. Это позволяет применять более жесткие смеси с пониженным водоцементным соотношением. При обработке плотность раствора увеличивается благодаря освобождению от пузырьков воздуха. После укладки поверхность накрывают брезентом, рогожей.

Технологии активного прогрева бетона

Термообработка свежего бетона существенно сокращает сроки набора прочности. Скорость гидратации зерен цемента увеличивается с ростом температуры. Опытным путем установлено, что максимально быстрое взаимодействие происходит при 80°С. Но одновременно усиливается испарение воды, что неблагоприятно сказывается на качестве продукта. Поэтому поверхность необходимо защищать от потери влаги.

Метод термоса

Самый простой и бюджетный вариант прогрева монолитных конструкций заключается в создании теплозащитного барьера вокруг забетонированного участка. Свежий бетон разогревают до температуры 35-45°С, заливают в утепленную опалубку.

Тепло, выделяющееся при экзотермии цемента, разогревает монолит изнутри. Чем крупнее объект, тем больше энергии образуется при реакции. Для массивных конструкций, обладающих аккумулятивными свойствами, часто достаточно одной защиты от теплопотерь в окружающую среду.

Перспективен метод предварительного разогрева смеси до 80-90°С на стройплощадке с последующей укладкой в утепленную опалубку. Эффективность повышается при применении высокопрочных и быстротвердеющих марок вяжущего, химических добавок.

Выдержка способом термоса длится 5-7 суток. Для конструкций с большой площадью и высоким модулем поверхности требуются дополнительные источники разогрева.

Электропрогрев

При использовании этого метода электрическая энергия преобразуется в тепловую. Наиболее распространенные способы электропрогрева:

• Электродами. При прохождении через тело бетона тока малой мощности возникает электрическое сопротивление, которое вызывает разогрев материала. Нашивные, стержневые, плавающие или струнные электроды устанавливают таким образом, чтобы температурное поле в конструкции было равномерным, и присоединяют к разным фазам. Недостаток такого способа — изменение сопротивления из-за преобразования жидкой фазы в твердую.
• Инфракрасными устройствами. Промышленные излучатели помещают вблизи конструкций, направляя на поверхность объекта или опалубку. Температуру поддерживают регулятором мощности прибора, не допуская увеличения свыше 80-93°С . Таким способом прогревают бетон на глубину 50-70 см. Для обработки большей толщины применяют дополнительные технологии.
• Термоактивная опалубка. Применяют щиты с греющим кабелем, с сетчатыми нагревателями, гибкие термоматы, конструкции из графитопластика. Устройства помещают с внутренней или внешней стороны палубы, подключают к источнику электроснабжения. Теплота распространяется от поверхности вглубь монолита. Температура 60-80°С, время выдержки 8-16 часов.
• Греющие кабели. Для зимнего бетонирования используют провода ПНСВ, ВЕТ, КДБС. Тепло выделяется за счет высокого сопротивления токопроводящей жилы. Звенья из отрезков кабеля навивают на арматурный каркас согласно монтажной схемы. «Холодные» концы выводят за пределы конструкции, присоединяют к магистральной ветке через понижающий трансформатор. После окончания работ провода остаются в бетоне.

Реже применяют индукционный прогрев из-за сложности расчета требуемой мощности. Для бетонирования набольших объектов используют тепловые пушки, устанавливая их под тепляком.

Паропрогрев

Сущность метода состоит в пропускании водяного пара низкого давления сквозь паровую «рубашку» — оболочку из щитов, прикрепленную к опалубке. Нагревательные элементы устанавливают на расстоянии не более 150 мм от поверхности бетона. Стыки и щели тщательно заделывают.

Балки или колонны прогревают с помощью капиллярной опалубки с внутренними каналами или труб диаметром 13-38 мм, смонтированных вдоль осей конструкций. После пропаривания они остаются в бетоне.

Сегодня обработку паром применяют только там, где невозможно использовать электрообогрев. Режим подъема температуры, выдержки и охлаждения аналогичен. Время пропаривания составляет 24-28 часов.

Выбор метода термообработки

Прогрев бетона обеспечивает максимальную скорость набора прочности, по достижении которой можно снять опалубку и нагрузить конструкцию.

При выборе наиболее эффективного способа термообработки бетона и режима прогрева учитывают несколько факторов:

• способ бетонирования;
• массивность конструкции;
• температуру воздуха и скорость ветра;
• доступные теплоизоляционные материалы и оборудование;
• наличие источника энергии.
• размеры объекта;
• требуемые сроки работ;
• экономическую целесообразность.

При использовании метода термоса твердение происходит медленно, под действием экзотермического тепла гидратации вяжущего. Его применяют только в объемных конструкциях.

Паропрогрев неэкономичен, требует источника пара, больших затрат энергии. Устройство специальной опалубки трудоемко, а если используются трубы, они остаются в монолите, что увеличивает стоимость работ.

Применение тепляков — устаревший и долгосрочный метод. Нужно соорудить каркас и шатер, потом после прогрева демонтировать конструкцию. Для этого привлекают дополнительную рабочую силу и материалы.

Пропускание электрического тока через бетон ограничивается временем схватывания вяжущего. При твердении жидкая фаза переходит в твердую, что приводит к снижению электропроводности, пересушиванию в зонах установки электродов.

Греющая опалубка прогревает монолит неравномерно, сложна в монтаже, склонна к температурным деформациям. Ее применение приводит к значительному увеличению стоимости монолитных работ.

Наиболее перспективный и экономически целесообразный способ в различных климатических условиях — электропрогрев с помощью греющих кабелей.

Режим и время прогрева бетона

СНиП 03.03.01-87 устанавливает оптимальный режим нагрева и охлаждения при выдержке «зимнего» бетона:

• при укладке температура смеси не ниже 5°С;
• скорость разогрева от 5°С до 20°С в час в зависимости от значения модуля поверхности, чем он выше, тем быстрее возможен прогрев;
• температура выдержки — 80°С для ПЦ, 90°С для ШПЦ;
• скорость остывания — не более 5-10°С в час.

К моменту замерзания конструкция должна набрать критическую прочность.

Заключение

Для прогрева бетона зимой применяют различные методы для ускорения набора критической прочности. Время температурного воздействия зависит от выбранной технологии, состава материала, объемов конструкции, климатических условий.

• Все о бетоне M250

• Как залить площадку бетоном своими руками: подготовка, процесс работы и полезные советы

• Краска по бетону для наружных работ: износостойкая и качественная

• Какой бетон нужен для фундамента дома

• Гидроизоляция бетона – современные методы

• Приготовление и использование бетона

• Бетонная отмостка вокруг частного дома

• Как заливать бетон зимой?

Технологии прогрева бетона в зимнее время



Данная статья посвящена описанию и обзору технологии электропрогрева бетона с помощью электрических кабелей в зимнее время.

Ключевые слова: зимнее бетонирование; греющий провод; электропрогрев бетона; набор прочности; монолитные конструкции.

Keywords: cold-weather concreting; electrical thread; electrical curing; strength set;monolithic construction.

Одной из проблем монолитного строительства является бетонирование в зимнее время. Проблема связана с набором необходимой проектной прочности при отрицательных температурах окружающей среды. Российский климат диктует свои условия при проведении бетонирования, увеличивая сроки схватывания раствора и удлинения цикла строительно-монтажных работ в осенне-весенний и зимний периоды. Основные постулаты современной технологии проведения бетонных работ в зимний период сформулированы еще в советское время и позволили накопить серьезные практические сведения о преимуществах и недостатках тех или иных технологических операций по прогреву бетона. В настоящее время развитие направлено на усовершенствование свойств присадочных добавок при применении уже ранее сформировавшихся основных принципов.

Актуальность статьи обусловлена климатическими условиями строительства на большей части территории России и наличием большого количества методов по прогреву бетона, влияющих на свойства получаемого материала, остаются актуальными [1].

При отрицательной температуре содержащая в бетонном растворе свободная вода переходит в другое агрегатное состояние, образуются кристаллы льда довольно большого объема, вызывающие повышение порового давления в цементе, и, как следствие — разрушение структуры не затвердевшего бетона и значительное снижение его конечной прочности, особо опасное непосредственно в период схватывания.

Для нивелирования воздействия низких окружающих температур и повышения прочности бетона важнейшее значение имеет оптимальный температурный режим, необходимый для поддержания в период его твердения. Поэтому при бетонировании монолитных конструкций в зимний период, требуется поддерживать необходимые влажностно-температурные условия, позволяющие набрать необходимую прочность конструкции в кратчайшие сроки.

В зависимости от различных факторов (наружная температура воздуха, тип конструкции, экономическая обоснованность применения и т. д.) на практике применяются виды бетонирования в зимний период:

– термос или термос с противоморозными добавками;

– обогрев в греющей опалубке;

– прогрев электродами;

– инфракрасный или индукционный обогрев;

– обогрев нагревательными проводами.

Рассмотрим вышеперечисленные способы чуть более подробно:

1. Термос или термос с противоморозными добавками

Метод термоса, наиболее простой и экономичный, нашел широкое распространение при бетонировании самых различных конструкций.

Сущность выдерживания бетона по методу термоса состоит в следующем: доставленную на площадку бетонную смесь температурой 25…45°С укладывают в опалубку. Сразу после окончания бетонирования все открытые поверхности конструкции укрывают слоем теплоизоляционного материала. Изолированный от холодного воздуха бетон твердеет за счет тепла, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении, а также тепла, выделяемого в процессе экзотермической реакции твердения цементного теста.

Не все конструкции можно выдерживать методом термоса. Более всего он подходит для массивных конструкций с относительно небольшой площадью охлаждения.

Зимой эффективней применять высокоактивные быстротвердеющие цементы, а также вводить в обычные цементы химические добавки — ускорители твердения.

В качестве утеплителей применяют доски с прокладкой толя, доски и фанеру с прокладкой пенопласта, картон, опилки, шлаковату и др. Предпочтение отдают тюфякам, покрытым с двух сторон непродуваемым, водоотталкивающим материалом.

Конструкции, имеющие сечения различной толщины, тонкие элементы, углы и другие быстро остывающие части, следует утеплять особенно тщательно.

2. Обогрев в греющей опалубке

Обогрев с помощью термоактивной (греющей) опалубки, состоящей из многослойных утепленных щитов, оснащенных нагревательными элементами основан на принципе передачи тепла от опалубки в поверхностный слой бетона, а затем распространяется по всей его толщине. Обогрев бетона таким способом не зависит от температуры наружного воздуха. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и среднемассивных конструкций, а также при замоноличивании стыков и швов при температуре наружного воздуха до — 40⁰С.

Конструкции греющей опалубки многообразны. Основное требование, предъявляемое к ним — равномерность распределения температуры по опалубке щита.

В качестве нагревательных элементов применяют трубчатые электронагреватели (ТЭНы), греющие провода и кабели, гибкие тканевые ленты, а также нагреватели, изготовленные из нихромовой проволоки, композиции полимерных материалов с графитом (углеродные ленточные нагреватели) и токопроводящими элементами и др.

Размещают нагреватели на щите опалубки в зависимости от режимов обогрева и мощности: греющие провода и кабеля устанавливают вплотную к палубе, ТЭНы — на небольшом расстоянии от нее.

Перед бетонированием прогревают арматуру и ранее уложенный бетон. Для этого на непродолжительное время включают термоактивную опалубку, предварительно укрыв сверху блок бетонирования брезентом или полиэтиленовой пленкой.

3. Прогрев бетона электродами

Суть прогрева бетона электродами состоит в использовании электродов, представляющих собой отрезки арматуры или проволоки катанки 8–10 мм. Прогрев бетона происходит за негревания бетона при пропускании электрического тока по влаги в растворе. На электроды подаются три фазы с понижающего трансформатора. При прогреве колоны достаточно воткнуть один электрод, прогрев будет осуществляться за счет фазы трансформатора и земли от арматуры колоны.

Электродный прогрев удобен для заливки вертикали (колон, стен, диафрагм). После заливки необходимой конструкции в неё монтируются металлические стержни, являющиеся проводниками, на которые подается пониженное напряжение с понижающего трансформатора. Интервал между электродами, в зависимости от погоды, может быть разный от 0,6–1 метра.

Преимуществами электродного метода являются простота использования и быстрый монтаж системы прогрева.

Среди недостатков можно выделить большие энергозатраты, т. е. высокая стоимость прогрева. Также добавляются затраты на закупку арматуры или проволоки катанки, т. к. они являются одноразовыми и остаются в теле бетона [2].

Используемые электроды для электропрогрева:

– Стержневые электроды. Они изготавливаются из арматуры (6–12мм диаметра) и располагают их в теле бетона с расчетным шагом. Данные электроды позволяют прогревать конструкции самой сложной формы.

– Пластинчатые электроды навешиваются на внутреннюю сторону опалубки и в результате подключения противоположных пластинчатых электродов к разным фазам, в бетонной смеси образуется электрическое поле, под воздействием которого масса разогревается до требуемой температуры и его теплота поддерживается необходимое время.

– Струнные электроды, как правило, применяются для прогрева бетона колон.

– Полосовые электроды можно располагать как с одной стороны конструкции, так и с двух сторон.

4. Инфракрасный или индукционный обогрев;

Источником инфракрасных (тепловых) лучей служат ТЭНы (трубчатые электронагреватели) мощностью 0,6…1,2 кВт с рабочим напряжением 127, 220 и 380 В, керамические стержневые излучатели диаметром 6…50 мм, мощностью 1…10 кВт, кварцевые трубчатые излучатели и другие средства.

Для создания направленного потока инфракрасных лучей применяют отражатели параболического, сферического и трапецеидального типа. Инфракрасные установки в комплекте с отражателями и поддерживающими устройствами используют для прогрева конструкций, возводимых в скользящей опалубке, тонкостенных элементов стен, подготовке под полы, плитных конструкций, стыков крупнопанельных зданий.

При обогреве плитных конструкций используют излучатели с отражателями коробчатого типа, которые или устанавливают на бетонную поверхность, или подвешивают на расстоянии от нее. Чтобы предотвратить быстрое испарение влаги, поверхность бетона покрывают пленкой.

При возведении стен в щитовой и объемно — переставной опалубке применяют односторонний обогрев излучателями сферического типа. Для обеспечения прогрева всей плоскости стены отражатели располагают на разных уровнях на телескопических стойках и на расчетном расстоянии от стены.

Инфракрасные установки располагают на таком расстоянии друг от друга, чтобы прогревалась вся поверхность бетона. Инфракрасный обогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона при условии соблюдения теплового режима выдерживания бетона.

Преимущества — высокая эффективность метода, простота использования, малые энергозатраты.Недостатки — высокая стоимость инфракрасной установки, что невыгодно при больших объемах бетонирования

5. Прогрев нагревательными проводами

Сегодня технология прогрева бетона нагревательными проводами, освоена и широко применяется на практике многими крупнейшими отечественными и зарубежными строительными фирмами. Следует отметить, что при строительстве многих масштабных объектов на территории РФ, использовался в зимний период стройки именно этот способ.

Метод прогрева нагревательными проводами заключается в закреплении на арматурном каркасе провода нагревательного определенной длины непосредственно перед укладкой массы в опалубку. При данном способе подогрева в большинстве случаев используется провод ПНСВ 1,2. Он представляет собой токопроводящую жилу с изоляционным покрытием из поливинилхлорида или полиэстера (благодаря хорошей изоляции не происходит возгорание). А также у него минимальна вероятность перегибов или переломов внутренних жилок [3].

Выделяемая теплота такими проводами, при прохождении по ним тока, передается бетону и равномерно распределяется в нем путем теплопроводимости, что и позволяет разогреть бетон до +40С — +50С. Электропитание проводов ПНСВ осуществляется через подстанции типа КТП-63/ОБ или КТП ТО — 80/86, имеющие несколько ступеней пониженного напряжения. Одной такой подстанцией можно обогреть до 20–30м3 бетона. Для подогрева 1м³требуется приблизительно 60м провода нагревательного марки ПНСВ-1,2. Метод обогрева при помощи нагревательных проводов позволяет обогревать любой конструкции сложности при температуре воздуха до -30С [4].

Укладка провода для прогрева бетона является крайне ответственной процедурой, требующая пристального контроля. В упрощенном виде порядок выполнения работ имеет вид:

1. Поверхность будущего пола зачищается от строительного мусора, который может повредить изоляционную обмотку кабеля;
2. В процессе укладки кабель должен быть уложен без перегибов для недопущения переломов токопроводящих жил. Наиболее распространенным является способ «змейка».
3. В период пуска и эксплуатации необходимо минимизировать вероятность перепадов напряжения, иначе провод перегорит и его демонтаж будет невозможен.
4. После этого нагревательный кабель подводится к источнику питания и подключается к сети по схеме «звезда» или «треугольник».

Инструкция по прогреву:

1. Первый отрезок времени — бетон разогревается, при этом скорость должна быть не выше 10 градусов по Цельсию за 2 часа времени;
2. Нагрев по изотерме, это самый важный период, здесь нужно следить за тем, чтобы температура не достигла 80 градусов;
3. Последний — период остывания. Скорость остывания нагретого бетона должна быть не выше 5 градусов в час.

Несмотря на проработанность данного метода, разработки и научные исследования не прекращаются. Производится сравнительная характеристика различных греющий проводов, различных материалов в токопроводящих жилах, режимах прогрева и т. п. Это связано с появлением новых программных комплексов, способных достаточно точно смоделировать весь процесс прогрева с рассмотрением температурных кривых и выбора наиболее оптимальных режимов.

Заключение

В заключении хотелось бы отметить, что наиболее распространенным методом является комбинация методов обогрева. Целесообразность применения того или иного метода обогрева или же их комбинации зависит от таких факторов, как массивность конструкции, требуемой прочности, от метеорологических условий, а также от наличия энергоресурсов на строительной площадке.

Только набравший определенную прочность бетон, может отлично противостоять действию разрушительных «морозных сил» без малейшего разрушения его структуры, что и позволяет ему после оттаивания продолжить набор прочности.

Литература:

1. А. Б. Вальт, А. А. Овчинников. Способы термообработки бетона при возведении монолитных конструкций // Известия КГТУ. — 2008. — № 13. — С. стр. 109–112.
2. Т. А. Краснова, Т. А. Затворницкая, С. И. Усков, Д. А. Игнатьев, Б. Г. Носкин. Круглый стол: Зимнее бетонирование — продолжение сезона // Технологии бетонов. —2012. —С.стр. 11‐12.
3. М. О. Дудин, Н. И. Ватин, Ю. Г. Барабанщиков. Моделирование набора прочности бетона в программе ELCUT при прогреве монолитных конструкций проводом //Magazine of Civil Engineering. — 2015. —№ 2.—С.стр. 33–45.
4. М. О. Дудин, Ю. Г. Барабанщиков.Специфика монтажа электрического провода в технологии прогрева бетона // Строительство уникальных зданий и сооружений. —2015. —№ 9. —С.стр. 47–61.

Основные термины (генерируются автоматически): прогрев бетона, бетон, греющая опалубка, зимний период, конструкция, провод, электрод, метод термоса, обогрев, прогрев.

Электрифицированный цемент, созданный в рамках партнерства MIT-CNRS

Исследователи разработали цемент, который проводит электричество и выделяет тепло, чтобы сделать бетон более устойчивым и найти новые способы использования этого материала, включая напольное отопление.

21 апреля 2021 г.

Гиги Вуд

Новости Массачусетского технологического института

Пропуская ток через этот образец раствора, изготовленный из цемента, легированного наноуглеродом, Чанут и Солиман смогли нагреть его до 115 F (см. дисплей термометра справа).

Эндрю Логан / Новости Массачусетского технологического института

Новости Массачусетского технологического института сообщают, что партнерство между Центром устойчивого развития бетона Массачусетского технологического института и Французским национальным центром научных исследований (CNRS) привело к разработке цемента с электронной проводимостью. Целью исследования было создание более устойчивого бетона и поиск новых применений материала. Электронная проводимость, создаваемая добавлением в смеси наноуглеродной сажи в количестве 4% по объему, позволяет использовать цемент и бетон в новых областях применения.

Напряжение всего 5 вольт увеличило температуру поверхности их образцов (размером примерно 5 см ³ ) до 100 градусов по Фаренгейту.

Образцы токопроводящего цемента. Эндрю Логан / Новости Массачусетского технологического института

Новое применение цемента и бетона

«Эта технология может быть идеальной для лучистого обогрева полов внутри помещений», — говорит Николас Чанут, соавтор соответствующей исследовательской работы и постдок в MIT CSHub. «Обычно лучистое отопление помещений осуществляется за счет циркуляции нагретой воды в трубах, проходящих под полом. Но эту систему может быть сложно построить и поддерживать. Однако, когда сам цемент становится нагревательным элементом, система отопления становится проще в установке и надежнее. Кроме того, цемент обеспечивает более равномерное распределение тепла благодаря очень хорошей дисперсии наночастиц в материале».

Самонагревающийся бетон можно использовать не только для обогрева полов внутри помещений, но и для бетонных покрытий, которые подвержены повреждениям противогололедными солями.

«В Северной Америке мы видим много снега. Чтобы убрать этот снег с наших дорог, необходимо использовать противогололедные соли, которые могут повредить бетон и загрязнить грунтовые воды», — отмечает Солиман. Тяжелые грузовики, используемые для посыпания солью дорог, также являются мощными источниками выбросов и дорогими в эксплуатации.

Согласно пресс-релизу:

Обеспечивая лучистое отопление тротуаров, наноуглеродный цемент можно использовать для удаления льда с тротуаров без использования дорожной соли, что может сэкономить миллионы долларов на ремонте и эксплуатационных расходах, а также решить проблемы безопасности и защиты окружающей среды. В некоторых случаях, когда поддержание исключительного состояния дорожного покрытия имеет первостепенное значение, например, на взлетно-посадочных полосах аэропортов, эта технология может оказаться особенно выгодной.

Исследователи проверили механические свойства своих образцов с помощью тестов на царапанье. Результаты испытаний можно увидеть на поверхностях образцов. Эндрю Логан / MIT News

Проводка и извилистость

Достижение многофункциональности поставило множество технических задач. Например, без способа выровнять наночастицы в функционирующую цепь — известную как объемная проводка — внутри цемента, их проводимость было бы невозможно использовать. Чтобы обеспечить идеальную объемную проводку, исследователи исследовали свойство, известное как извилистость.

«Извилистость — это концепция, которую мы ввели по аналогии из области диффузии», — говорит Франц-Йозеф Ульм, руководитель и соавтор статьи, профессор кафедры гражданского и экологического проектирования Массачусетского технологического института и научный руководитель факультета. на CSHub. «В прошлом он описывал, как текут ионы. В этой работе мы используем его для описания потока электронов через объемную проволоку».

Ульм объясняет извилистость на примере автомобиля, путешествующего между двумя точками в городе. Хотя расстояние между этими двумя точками по прямой может составлять 2 мили, фактическое пройденное расстояние может быть больше из-за окружности улиц.

То же самое верно для электронов, путешествующих через цемент. Путь, который они должны пройти внутри выборки, всегда длиннее, чем длина самой выборки. Степень, в которой этот путь длиннее, и есть извилистость.

Достижение оптимальной извилистости означает балансировку количества и дисперсии углерода. Если углерод слишком сильно диспергирован, объемная проводка станет разреженной, что приведет к высокой извилистости. Точно так же без достаточного количества углерода в образце извилистость будет слишком велика, чтобы образовалась прямая эффективная проводка с высокой проводимостью.

Оптимизация смесей

Даже добавление большого количества углерода может оказаться контрпродуктивным. В определенный момент проводимость перестанет улучшаться и, теоретически, только увеличит затраты, если будет реализована в масштабе. Из-за этих сложностей они стремились оптимизировать свои миксы.

«Мы обнаружили, что путем точной настройки объема углерода мы можем достичь значения извилистости, равного 2», — говорит Ульм. «Это означает, что путь, который проходят электроны, всего в два раза превышает длину образца».

Количественная оценка таких свойств была жизненно важна для Ульма и его коллег. Цель их недавней статьи состояла не только в том, чтобы доказать, что многофункциональный цемент возможен, но и в том, что он пригоден для массового производства.

«Ключевым моментом является то, что для того, чтобы инженер мог разобраться, ему нужна количественная модель, — объясняет Ульм. «Прежде чем смешивать материалы, вы хотите иметь возможность ожидать определенных повторяющихся свойств. Это именно то, что описано в этой статье; он отделяет то, что связано с граничными условиями — [внешними] условиями окружающей среды — от того, что действительно связано с фундаментальными механизмами внутри материала».

Путем выделения и количественной оценки этих механизмов Солиман, Чанут и Ульм надеются предоставить инженерам именно то, что им нужно для внедрения многофункционального цемента в более широком масштабе. Путь, который они наметили, многообещающий и, благодаря их работе, не должен оказаться слишком извилистым.

Исследование было поддержано через Центр устойчивого развития бетона Ассоциацией портландцемента и Фондом исследований и образования товарного бетона.

Перезаряжаемые батареи из цемента теперь возможны

13 человек, удостоенных чести Признаны на Осенней конвенции ACI 2022

Не позволяйте плохой кромке испортить хороший полированный бетонный пол

Распиловка декоративного бетона 900 6

A Впервые за 13 лет: проекты PCA Снижение спроса на цемент

Не позволяйте плохой кромке испортить хороший полированный бетонный пол инструменты и правильный настрой для достижения успеха.

Резка декоративного бетона пилой — Искусство декоративной резки пилой

Резка геометрических фигур и узоров на бетоне — это больше, чем просто следование линиям.

Выбор и определение правильных бетонных опалубок

Не знаете, какая бетонная формовочная панель лучше всего подходит для работы? Нужна помощь в заказе форм? APA – Ассоциация производителей инженерной древесины предлагает рекомендации.

Награды ASCC за жизненные достижения и повышение прочности в 2022 году

Американское общество подрядчиков по бетонным работам наградило Джоуи Уорда из Allen Engineering, Рональда Симонетти (на пенсии) из Cleveland Cement Co. и Роберта Далримпла из North Coast Concrete.

Премия ASCC 2022 Concrete Awards

Признание отмеченных наградами декоративного бетона и усилий по обеспечению безопасности, предпринятых бетонными подрядчиками в 2022 году.

Аккумуляторные дрели и молотки DEWALT для строительных площадок

Аккумуляторные инструменты помогают выполнять сложные работы на строительных площадках, включая подготовку поверхности , бетон, снос, обслуживание дорог и строительство.

Производство бордюрного катка CM4600 Устройство для изготовления бордюров Badger

Устройство для изготовления бордюров Badger — это легкая машина с питанием от батареи, которая обеспечивает равномерные результаты при заливке бетона.

Настольная витрина EDCO

Настольная витрина EDCO предназначена для предприятий по аренде, которым необходимо информировать и обучать клиентов эффективному использованию шлифовальных машин EDCO. Она предоставляется бесплатно, пока есть запасы.

S3 Barrier SL, самовыравнивающийся материал на основе не портландцемента

Ограничения спецификаций номеров F знать, как изменить эти спецификации на более разумные требования.

Заливка бетона в холодную погоду

Вы можете укладывать бетон при отрицательных и отрицательных температурах, но это требует тщательной подготовки

закончится в ближайшее время. Сокращение резервов рабочей силы, высокая текучесть кадров и нехватка квалифицированной рабочей силы продолжают оставаться проблемами для всей отрасли. Это новое партнерство обещает работать вместе над инновационными решениями.

10 Худшие дороги в Америке

Какое место занимает ваш штат, когда речь идет о худшем состоянии дорог общего пользования? Исследование, проведенное Бюро транспортной статистики с использованием нескольких ключевых показателей, выявило 10 самых худших штатов, когда речь идет о дорожной инфраструктуре.

Противообледенительный бетон может повысить безопасность дорожного движения | Nebraska Today

Плита из, казалось бы, обычного бетона площадью 200 квадратных футов стоит рядом с Институтом Питера Кьюита, ​​когда снежинки начинают падать с парашютом в сторону Омахи холодным днем ​​в конце декабря.

Снег скапливается на траве вокруг плиты и сначала прилипает к бетону. Но по прошествии нескольких минут снег начинает таять только с ее поверхности, и плита раскрывает свой секрет: как до нее бритвы, печи и гитары, этот бетон стал электрическим.

Его дизайнер, профессор гражданского строительства UNL Крис Туан, добавил щепотку стальной стружки и немного углеродных частиц к рецепту, который веками буквально закладывался в бетон. Хотя новейшие ингредиенты составляют всего 20 процентов стандартной бетонной смеси Tuan, они проводят достаточно электричества, чтобы растопить лед и снег в самые сильные зимние бури, оставаясь при этом безопасными на ощупь.

Исследовательская группа Туана демонстрирует противообледенительные характеристики бетона Федеральному авиационному управлению на этапе испытаний, который продлится до марта 2016 года. Если FAA будет удовлетворено результатами, Туан сказал, что администрация рассмотрит возможность расширения испытаний путем интеграции технологии на взлетно-посадочной полосе крупного аэропорта США.

— К моему удивлению, они не хотят использовать его для взлетно-посадочных полос, — сказал Туан. «Что им нужно, так это расчистить асфальт вокруг закрытых зон, потому что им нужно разгрузить так много тележек — служба доставки багажа, служба питания, служба вывоза мусора, служба заправки — все они должны попасть в эти зоны.

«Они сказали, что если мы сможем нагреть такой асфальт, то будет (гораздо меньше) задержек, связанных с погодой. Мы настроены очень оптимистично».

Уникальный мост, расположенный примерно в 15 милях к югу от Линкольна, дал Туану повод чувствовать себя уверенно. В 2002 году Туан и Департамент автомобильных дорог штата Небраска построили 150-футовый мост Roca Spur Bridge — первый в мире мост из проводящего бетона. Мост, инкрустированный 52 токопроводящими плитами, которые успешно удалили лед с его поверхности в течение пятилетнего пробного запуска, является примером того целевого объекта, который Туан предполагает для технологии.

«Мосты всегда замерзают первыми, потому что они подвергаются воздействию стихии сверху и снизу», — сказал Туан. «Строить целые дороги с использованием проводящего бетона нерентабельно, но вы можете использовать его в определенных местах, где всегда есть лед или выбоины».

Выбоины часто возникают из-за чрезмерного использования соли или химикатов против обледенения, которые могут разъедать бетон и со временем загрязнять грунтовые воды, сказал Туан, что делает токопроводящий бетон привлекательной альтернативой с более низкими эксплуатационными расходами и затратами на техническое обслуживание. По его словам, энергия, необходимая для термического удаления льда с моста Рока-Спур во время трехдневного шторма, обычно стоит около 250 долларов, что в несколько раз меньше, чем грузовик с химикатами.

Туан сказал, что токопроводящий бетон также можно использовать для перекрестков с интенсивным движением, съездов, подъездных путей и тротуаров. Тем не менее, технология предлагает другое, совсем другое применение, для которого даже не требуется электрический ток.

Поймать следующую волну

Заменив известняк и песок, обычно используемые в бетоне, минералом под названием магнетит, Туан показал, что смесь может также защищать от электромагнитных волн. Электромагнитный спектр включает в себя радиочастотные волны, передаваемые и принимаемые сотовыми телефонами, что, по словам Туана, может сделать бетонную смесь полезной для тех, кто опасается стать мишенью промышленного шпионажа.

Используя бетон с добавлением магнетита, Туан и его коллеги построили в своей лаборатории небольшую конструкцию, которая демонстрирует экранирующие возможности материала.

«Мы приглашаем всех, кто заинтересован в этой технологии, пойти туда и попробовать использовать свои мобильные телефоны», — сказал Туан, который запатентовал свой дизайн через NUtech Ventures. «И они всегда получают сообщение об отсутствии обслуживания».

Хотя сотрудничество Туана заставляет его мечтать о будущем проводящего бетона, в настоящее время он пользуется его преимуществами гораздо ближе к дому.