Jaké napětí a proud se používá při ohřevu betonu?

Při stavbě monolitických betonových konstrukcí v zimě se k vytvoření potřebných teplotních podmínek používá několik technologií. Může to být instalace speciálních skleníků, použití tepelných rohoží nebo speciálního drátu pro ohřev betonu. První způsob je energeticky nejnáročnější, a tudíž ekonomicky nerentabilní, druhá možnost spočívá v instalaci tepelných stanic, které vyhřívají pouze horní vrstvy, což také přináší řadu omezení aplikace. Poslední možnost je nejoblíbenější a bude diskutována v této publikaci.

Proč je potřeba vytápění betonem?

V chladném období, kdy okolní teplota klesá pod bod mrazu vody, vznikají problémy s hydratací betonového roztoku. Jednoduše řečeno, směs spíše částečně zmrzne, než úplně ztuhne. Po zvýšení okolní teploty začíná proces rozmrazování, může dojít k narušení tuhosti směsi, což negativně ovlivní tuhost konstrukce, její odolnost proti pronikání vody, což povede ke snížení životnosti.

Následky lití malty za studena, v tomto případě nepomůže ani hydroizolace Aquabarrier nebo jiná hydroizolace

Aby se předešlo těmto důsledkům, je bezpodmínečně nutné betonovou směs v zimě ohřívat elektricky. Při tomto izotermickém procesu nedochází k poruchám v jeho struktuře, což má pozitivní vliv na pevnost budované konstrukce.

Druhy topných vodičů a kabelů

Nejčastěji se dráty PNSV používají k elektrickému ohřevu betonu. To je způsobeno relativně nízkou cenou a jednoduchou instalací. Níže je uveden vzhled tepelného drátu, jeho konstrukční vlastnosti a vysvětlení označení.

Vzhled drátu PNSV (A), vysvětlení označení (B) a provedení (C)

Alternativně lze použít analog – PNSP, jehož hlavním rozdílem je izolace; je vyroben z polypropylenu, což umožňuje mírné zvýšení maximálního tepelného výkonu.

Tabulka hlavních parametrů vodičů PNSV a PNSP

Vezměte prosím na vědomí, že dráty tohoto typu lze použít jako podlahové topení, které funguje na principu teplé podlahy.

Hlavním problémem spojeným s použitím tepelných drátů tohoto typu je potřeba vypočítat jejich délku. Malé chybné výpočty lze opravit úpravou úrovně napětí přicházejícího z zahřívacího transformátoru.

Podrobnosti o tom, jak probíhá montáž PNSV, a také popis souvisejících postupů (výpočet délky vodičů, schéma pokládky, vypracování technologické mapy atd.) bude uveden v jiné části.

Typy a vlastnosti kabelů KDBS a VET

Hlavní nevýhodou výše popsaných tepelných vodičů je potřeba dodatečného vybavení, které vám umožní regulovat výkon výroby tepla změnou napětí. Úlohu lze výrazně zjednodušit použitím dvoužilových sekčních samoregulačních tepelných kabelů, a to finských VET nebo domácích KDBS. Nevyžadují další vybavení pro vytápění a jsou připojeny přímo k síti 220 V. Struktura topného kabelu je zobrazena níže.

Hlavní prvky konstrukce topného kabelu

Označení:

• A – Výkony topných jader.
• B – Instalační kabel sloužící k připojení KDBS k síti 220V, k tomuto účelu lze použít jakýkoli propojovací vodič, např. APV.
• C – Spojka pro připojení topné sekce.
• D – Objímka koncového izolátoru.
• E – Topná sekce pevné délky.

Strukturálně se kabel VET prakticky neliší od domácího analogu diskutovaného výše, pokud jde o hlavní technické vlastnosti, jsou uvedeny v níže uvedené srovnávací tabulce.

Tabulka srovnávacích charakteristik kabelů VET a KDBS

Pokud jde o značení, domácí výrobky tohoto typu jsou kódovány v následujícím tvaru: ХХКДБС YY, kde ХХ je lineární výkonová charakteristika a YY je délka průřezu. Příkladem je označení 40KDBS 10, které udává výkon 40 W na metr a samotný úsek je dlouhý deset metrů.

Technologie ohřevu pomocí PNSV

Princip činnosti je poměrně jednoduchý: při použití napětí se drát zahřívá, což zase ohřívá betonovou směs. Vzhledem k tomu, že se doporučuje omezit ohřev na napětí 70 V, bude zapotřebí snižovací transformátor (dále jen PT) příslušného výkonu.

Trafostanice KTPTO 80 pro práci s tepelným vodičem

Před instalací je nutné vypočítat délku topného drátu. V tomto případě je nutné vzít v úvahu její typ a vlastnosti, napětí trafostanice, objem betonové směsi, okolní teplotu, ale i charakter konstrukce (zalití sloupu, nosníku je očekávané) atd. Abyste se ve výpočtech nepletli, můžete použít online kalkulačku pro výpočet topného vodiče PNSV nebo jiného kabelu (PNBS, PTPG atd.).

K ohřevu betonové směsi o objemu jednoho metru krychlového je potřeba cca 1200-1300 W. Pokud použijeme drát této značky o průřezu 1,20 mm, pak budeme potřebovat topné zařízení 30-45 m (pro přesný výpočet délky potřebujete znát teplotní podmínky).

Dále je nutné vzít v úvahu proudovou sílu, pro normální provoz kabelu ponořeného do roztoku je přípustných 14,0 – 18,0 A (podle schématu zapojení).

Elektrické schéma pro připojení PNSV A) hvězda B) trojúhelník

Instalace PNSV

Zde je stručný průvodce standardní metodikou:

1. Průměr drátu volíme podle technického listu, zpravidla je to 1,20-4,0 mm. Pokud plánujete ohřívat vyztužené konstrukce, doporučuje se použít izolaci z PVC, protože je odolnější. U nevyztužených konstrukcí je povoleno použít drát potažený polypropylenem.
2. Řezání se provádí v segmentech stejné délky, poté se stočí do spirály (Ø 30,0-45,0 mm).
3. Spirálové nitě jsou uloženy ve výztužném rámu nebo jsou umístěny v překližkovém nebo dřevěném rámu (bednění).
4. Charakteristiky PNSV neznamenají jeho provoz jako ohřívače mimo betonovou směs. Za takových podmínek okamžitě selže. Pro nápravu situace použijte libovolný montážní vodič většího průřezu, který se připojí na svorky segmentu. Příklad připojení PNSV pomocí studených konců
5. Po nalití bednění betonovou směsí počkejte, dokud nezačne tuhnout, a poté se zapne transformátorová stanice. S jeho pomocí se zvýšením nebo snížením napětí nastaví požadovaná teplota.

Upozorňujeme, že princip a uspořádání PNSP, PNBS, PTPG se prakticky neliší od PNSV.

Použití svářečky jako PT.

Tento způsob vytápění je docela možný, uvedeme příklad, jak lze tento způsob implementovat. Řekněme, že potřebujeme vyplnit desku o objemu 3,7 metru krychlového, při venkovní teplotě 10°C. K tomuto účelu budete potřebovat svařovací stroj 200,0-250 ampér, kleště na měření proudu, drát PNSV, studené konce a textilní izolační pásku.

Uřízli jsme osm segmentů po 18,0 metru, z nichž každý odolá proudu až 25,0 A. Ponecháme malou rezervu a vezmeme osm takových segmentů pro připojení ke svařovacímu stroji 250,0 A.

Ke každému výstupu segmentu připojíme kroucený instalační vodič (připojíme studené konce). Pokládáme PNSV, jeho schéma bude uvedeno níže. Je vhodné propojit studené konce (plus a mínus samostatně) pomocí svorkovnice umístěné na textolitu nebo jiném izolačním materiálu.

Připojení PNSV ke svařovacímu stroji

Po dokončení plnění připojíme přímý a zpětný výstup zařízení (na polaritě nezáleží), když jsme předtím nastavili proud na minimum. Měříme zatěžovací proud na segmentech, měl by být cca 20,0 A. Během procesu ohřevu může síla proudu trochu „klesnout“, když k tomu dojde, zvýšíme ji při svařování.

Klady a zápory PNSV

Zahřívání betonu tímto způsobem je docela výhodné. To je vysvětleno jak nízkou cenou drátu, tak relativně nízkou spotřebou elektřiny. Samostatně je třeba poznamenat odolnost drátu vůči alkalickým a kyselým vlivům, což umožňuje použití této metody při přidávání různých přísad do směsi.

Hlavní nevýhody:

• složitost výpočtů při výpočtu délky drátu;
• nutnost používat PT.

Snižovací stanice jsou poměrně drahé a vzhledem k délce procesu není rentabilní je pronajímat (takové služby stojí 10 % ceny produktu). Použití svařovacích strojů umožňuje ohřívat drobné konstrukce, ale protože není určeno pro tento režim provozu, je jeho porucha a následné nákladné opravy dost pravděpodobné.

Instalace sekčního topného kabelu

Protože takové ohřívače betonu nejsou dodávány ve svitcích, ale v hotových sekcích, odpadá problém řezání. K montáži zimní betonáže stačí vypočítat výkon segmentu podle toho, kolik kostek betonu je v konstrukci, a poté vybrat kabel vhodné délky.

Začněme stručným průvodcem výpočty a doporučeními pro malou instalaci:

• Návod k technologii betonu TMT uvádí, že ohřev kubického metru směsi vyžaduje od 500 do 1500 W (v závislosti na teplotě vzduchu). Spotřebu elektřiny lze výrazně snížit, pokud použijete několik jednoduchých technických technik:

1. Ke snížení bodu tuhnutí roztoku použijte speciální přísady do směsi.
2. Zaizolujte bednění.

• Pokud se zalévá trám nebo strop, vypočítá se topný kabel pomocí 4 lineárních metrů na 1 m2 plochy. Při konstrukci objemových prvků, jako jsou I-nosníky, je elektrické vytápění položeno ve vrstvách, přičemž vzdálenost mezi nimi není větší než 40,0 cm.
• Ochrana kabelu umožňuje jeho navinutí na armatury.
• Vzdálenost od povrchu konstrukce k elektrickému ohřívači umístěnému uvnitř musí být minimálně 20,0 cm.
• Aby se betonová směs zahřála rovnoměrně, musí být topidla umístěna ve stejné vzdálenosti.
• Mezi různými obrysy musí být alespoň 40,0 mm.
• Křížení topných vodičů je zakázáno.

Výhody a vlastnosti segmentovaného kabelu

Mezi nepochybné pozitivní vlastnosti produktů tohoto typu patří:

• K organizaci vytápění betonu pomocí této metody nepotřebujete drahé dodatečné vybavení (ET).
• Na rozdíl od sušení elektrodami je pravděpodobnost úrazu elektrickým proudem minimální.
• Snadná instalace a jednoduchý výpočet délky segmentu.

Vlastnosti:

Kabel VET je výrazně dražší než drát pro ohřev betonu PNSV. Tuzemské KDBS například z produkce firmy ETM v Krasnojarsku situaci poněkud zlepšuje, ale ne o mnoho. Proto se tyto kabely používají při stavbě malých betonových a železobetonových konstrukcí.

Jako závěr.

Popsali jsme pouze jeden způsob ohřevu betonu, ve skutečnosti je jich mnohem více. O nich bude pojednáno v dalších publikacích.

Závěrem považujeme za nutné zodpovědět otázku, která se opakovaně objevuje na internetu, proč nelze použít nichromové dráty k ohřevu betonu. Za prvé by toto potěšení bylo velmi drahé a za druhé je zakázáno bezpečnostními předpisy. To je důvod, proč není potřeba kalkulačka pro výpočet počtu závitů nichromu pro ohřev trubky nebo betonu.

Je široce používán pro betonářské práce v zimě. elektrické vytápění betonu, která je jednou z oblastí urychleného stavitelství s výstavbou monolitických železobetonových konstrukcí.

V současné době, při absenci spolehlivých a levných chemických přísad – urychlovačů tvrdnutí betonu – je technologie zimní betonáže založena především na použití metody ohřevu betonu pomocí speciálních betonových topných transformátorů s jeho následnou úpravou až na standardní hodnoty kritických a je dosaženo pevnosti bednění.

Tato technologie za cenu dodatečných nákladů na energii poskytuje možnost:

– zkrátit dobu výstavby 5-10krát;

– efektivně využívat pracovní zdroje a vybavení, zejména bednění;

– používat levnější betonové směsi bez přísad;

– zabránit zamrzání betonu v raném věku a zaručit požadovanou vysokou kvalitu realizovaných konstrukcí.

Jednou z nejúspornějších (z hlediska nákladů na energii) a dostupných metod elektrického tepelného zpracování betonu je metoda elektrického ohřevu. Pro ohřev se používají elektrody, které se podle způsobu instalace dělí na vnitřní a povrchové. Vnitřní elektrody jsou vyrobeny ve formě pásků a tyčí z betonářské nebo jakostní oceli nebo ve formě strun umístěných uvnitř vyhřívaného tělesa. Povrchové elektrody položené na jeho povrchu zahrnují elektrody deskové, páskové a našité. Tyčové a strunové elektrody jsou vyrobeny ze zbytků betonářské oceli o průměru 6–10 mm. Strunové elektrody se umisťují do bednění před betonáží rovnoběžně s osou konstrukce v délce 2,5–3 m. Tyčové elektrody se instalují kolmo k rovině betonáže. Konce elektrod by měly vyčnívat 5–6 cm z konstrukce pro připojení montážních vodičů. Při zahřátí je beton zařazen do elektrického obvodu jakoby vodič. V tomto případě se elektrická energie přeměňuje na tepelnou přímo v betonu samotném, což minimalizuje ztráty. V závislosti na síle elektrického proudu lze beton zahřát na teplotu 100 stupňů a na jakoukoli dobu – od několika minut do několika hodin. Je tak dostatek možností zvolit optimální režimy vytápění betonu a zajistit tak vysokou produktivitu technologických linek a monolitické konstrukce. Elektrodový ohřev malých železobetonových konstrukcí se nedoporučuje.

Na Obr. Obrázek 3.5 ukazuje umístění elektrod při ohřevu železobetonové konstrukce. Nosný rám konstrukce svařený z betonářských ocelových prutů 1 je uzavřen v prkenném bednění 6, do kterého se betonuje. Pro ohřev betonu jsou instalovány strunové elektrody 4 a tyčové elektrody 5. Při betonáži se beton zhutňuje pomocí vibrátorů. Po položení betonu se přikryje střešní lepenkou 2 a překryje vrstvou pilin 3.

Obr. 3.5. Umístění elektrod při ohřevu železobetonové konstrukce: 1 – kování; 2 – střešní lepenka; 3 – piliny; 4 – strunové elektrody; 5 – tyčové elektrody; 6 – bednění

K ohřevu betonu se používají třífázové transformátory, jejichž primární vinutí je připojeno do sítě o napětí 380 V, sekundární vinutí mají tři až čtyři napěťové úrovně v rozmezí 50–100 V. Při připojení elektrod na el. zdroj energie (do transformátoru pro ohřev betonu), snaží se jeho fáze zatěžovat rovnoměrně, proto musí být vzdálenost mezi elektrodami v řadě a mezi řadami rovnoměrná.

Na Obr. Obrázek 3.6 ukazuje umístění tyčových elektrod. Instalační vodiče se nesmí dotýkat bednění ani dřevěných částí konstrukce.

Obr. 3.6. Rozmístění tyčových elektrod:1 – tyčové elektrody; 2 – instalační vodiče; 3 – vodiče připojené k instalaci; 4 – pneumatiky pro instalaci betonového topení

Obrázek 3.7 ukazuje použití deskových elektrod. Ohřev betonu 3 se provádí v bednění 4. Pásové elektrody 1 o průřezu (40-80)×3 mm jsou našity na bednění ve vzdálenosti 20-30 cm od sebe. Uvnitř bednění je položena vrstva střešní lepenky 2. Po odstranění bednění lze elektrody znovu použít. Deskové elektrody lze nahradit kulatými ocelovými elektrodami o průměru 6 mm. Pro připojení vodičů jsou ohnuté konce elektrod vyvedeny.

Obr. 3.7. Aplikace pásových elektrod: 1 – elektrody; 2 – střešní lepenka; 3 – beton; 4 – bednění

Elektrický ohřev betonu se provádí pouze střídavým proudem, protože stejnosměrný proud způsobuje elektrolýzu vody ve vyhřívaném tělese. Velikost proudu procházejícího betonem závisí na použitém napětí, měrném odporu betonu, kontaktní ploše mezi elektrodami a betonem a vzdálenosti mezi elektrodami. Měrný odpor betonu při procesu tvrdnutí se zvyšuje, proud klesá, což vede k prodloužení doby tvrdnutí betonu. Tato okolnost si vynucuje použití urychlovačů tuhnutí betonu.

Obr. 3.8. Transformátory pro ohřev betonu a zmrzlé zeminy: a – TSDZ-63/0,38 U3; b – TSDZ-80/0,38 U3

Na Obr. Na obrázku 3.8 jsou transformátory pro ohřev betonu a zmrzlé zeminy typu TSDZ-63/0,38 U3 a TSDZ-80/0,38 U3. V tabulce 3.1 ukazuje technické charakteristiky těchto transformátorů.