Прогрев грунта в зимнее время электродами. Как прогреть грунт зимой на стройплощадке. Прогрев грунта в зимнее время термоматами

Наша страна находится в северных широтах. Зимний период с отрицательными температурами отнимает много времени у строителей. Однако можно и не останавливать капитальное строительство, если предпринять прогрев грунта. Такая процедура становится все более популярной. В данной статье мы расскажем об основных способах прогрева грунта.

Зачем нужен прогрев грунта зимой?

Какие бывают способы прогрева грунта?

1. Прогрев горячей водой. Такой метод подходит для разморозки небольших участков земли. По площади укладывают лабиринты гибких рукавов, которые укрывают полиэтиленом или любым теплоизолятором. По рукавам пускают нагретую до 70-90 градусов по Цельсию воду. Для этого используют тепловой генератор или пиролизный котел. Скорость размораживания — не более 60 см за сутки. Недостатки — высокая стоимость оборудования и низкая скорость прогрева.
2. Прогрев паром и паровыми иглами. На участке пробуривают скважины глубиной от полутора до двух метров для специальных металлических труб диаметром до 50 мм. Эти так называемые иглы имеют на концах отверстия размером не более 3 мм. Трубы расставляют в шахматном порядке через каждые 1-1,5 метра. В иглы подают насыщенный водяной пар (температура — более 100 градусов по Цельсию, давление — 7 атмосфер). Этот метод применяется только для глубоких котлованов — более 1,5 метра. Недостатки — сложные подготовительные работы, выброс больших объемов конденсата и необходимость в постоянном контроле процесса.
3. Прогрев ТЭНами. Этот метод схож с паровыми иглами применяемым инструментом. Также используются трубы длиной 1 метр и диаметром до 60 мм. Их устанавливают в пробуренные скважины на таком же расстоянии. Внутри труб находится жидкий диэлектрик с высокой теплопроводностью. ТЭНы подключают к электросети. Расход электроэнергии на 1 куб. метр земли — 42 кВт*ч. Недостатки — высокие затраты.
4. Прогрев электрическими матами. Метод подразумевает использование инфракрасных матов, работающих по принципу подобных матов для “теплого пола”. Электроматы нагревают грунт до температуры в 70 градусов. Глубина прогрева — не более 80 см за 32 часа. Расход электроэнергии — 0,5 кВт*ч на 1 квадратный метр. Недостатки — хрупкий материал, потребность в постоянном контроле.
5. Прогрев этиленгликолем с помощью установки Waker Neuson. Оборудование работает на дизельном топливе. С этой точки зрения оно является автономным и не зависит от подводки коммуникаций (электричества). По площади участка змейкой раскладывается шланг, по которому будет циркулировать нагретый этиленгликоль. Эта жидкость отличается высочайшей теплопроводностью и большей, чем у воды, температурой кипения. Шланги накрывают матами из теплоизоляции. Одна установка позволяет разморозить 400 квадратных метров на глубину до 1,5 метра за 8 суток.

Непрерывность монолитного строительства позволяет соблюдать обогрев бетона в зимнее время. Регламентация работ приводится в СНиП 3-03-01-87 (актуализировано СП 70.13330.2012). Там предписываются меры, не допускающие замерзания воды в растворе, образования льда на арматурном каркасе при среднесуточной температуре ниже +5°С, минимальной – меньше 0. Способы отличаются оборудованием, затратами средств и энергии.

Главное требование для получения гарантированного качества сооружения – это проведение работ в установленном темпе и четкой последовательности, без отступлений от проекта. При перевозке раствор не должен охлаждаться ниже расчетной температуры. Допускается увеличить время перемешивания на 25 %.

На вечномерзлых грунтах заливка конструкций происходит по СНиП II-18-76. Метод выбирают не столько по затратной части, сколько по качественным показателям изделия, получаемого в результате.

Во время застывания прогревание бетона осуществляется следующими основными способами:

1. Термос. В раствор на заводе добавляют горячую воду (40-70°С) и укладывают его в утепленную опалубку. При схватывании в процессе гидратации выделяется около 80 ккал тепла, которые складываются с имеющейся температурой смеси. Теплоизоляция удерживает массу от замерзания до набора нужного показателя прочности. Экзотермический эффект часто сочетают с другими методами.

2. Противоморозные добавки. Технология их использования и свойства, придаваемые бетону, указываются производителем в паспорте продукта. Опалубка должна предотвращать быструю потерю тепла. Этот показатель предусматривается проектным расчетом, в максимальном значении не превышает 10°С/ч. Фрагменты, которые могут остывать быстрее (выступы, сужения сечения), покрывают от ускоренного испарения гидроизоляцией, утеплителем или организуют их обогрев. Ведется постоянный контроль окружающей температуры, чтобы в случае ее снижения меньше разрешенной принять дополнительные меры.

3. Подогрев воздухом. В закрытом пространстве организовывается прогрев конвективным движением нагреваемого воздуха. Из брезентового полотна можно соорудить тепляк над заливаемой формой и поддерживать нужную температуру с помощью теплогенератора (дизель или электрокалорифер). Для равномерного распределения горячего воздушного потока, нагнетаемого вентилятором, применяют специальный рукав с перфорацией.

4. Пропаривание. Учитывая сложность оборудования и энергозатраты, массово его используют в заводских условиях для создания элементов сборных конструкций. Технология предполагает заливку бетона в опалубку с двойными стенками, по которым подают горячий пар. Он создает «паровую рубашку» вокруг раствора, обеспечивающую равномерную гидратацию. Применяется в комплексе с пластифицирующими добавками.

5. Греющая опалубка. Метод распространен при быстром возведении сооружений (монолитных зданий). Для этого бетон должен быть с высокой скоростью застывания. Электропрогрев происходит от границы контакта с опалубкой вглубь застывающего массива. Располагается греющий кабель по наружной поверхности формы. Чтобы не образовывалось прослоек воздуха, его удаляют вибратором. Способ используют для заливки зимой тонких и средних стен (с армированием или без него). Отличается требованиями к температуре – смесь и грунт на глубину 0,3-05 м предварительно нагреваются до +15°С.

К наиболее экономным методам относят технологии электропрогрева, которые охватывают весь объем смеси (электрод, трансформатор, кабель, собранные в определенную схему).

Электродный обогрев бетона

Принцип основан на выделении тепла при прохождении тока через жидкий раствор между стержнями, на которые подается напряжение от трансформатора. Способ не применяется в густо армированных конструкциях. Хорошо показал себя при возведении ростверков и ленточных фундаментов в зимнее время.

В качестве питания берут трансформатор переменного тока с напряжением от 60 до 127 В. Для изделий со стальным арматурным каркасом нужен точный проектный расчет схемы и параметров электрической цепи.

Электрод может быть разного вида:

• стержневого, размером Ø6-12 мм;
• струнного (проволока Ø6-10 мм);
• поверхностного (пластины шириной 40-80 мм).

Стержневые электроды применяют на удаленных фрагментах крупных и сложной формы конструкций. Их устанавливают не ближе 3 см к опалубке. Струнные варианты предназначаются для протяженных участков. Эта схема предпочтительна при контакте бетона с замерзшим основанием. Поверхностные ленты крепят непосредственно на опалубку, прокладываются рубероидом и не контактируют с раствором.

Глубина электропрогрева электродами составляет 1/2 расстояния между стержнями или полосами. Теплая масса у поверхности укрывает внутренние слои, где процессы протекают менее интенсивно. Увеличить выделение энергии в бетоне можно, подавая на электроды через трансформатор разные фазы.

После застывания монолита погруженные электроды остаются внутри, выступающие их части обрезают. Основное преимущество использования электродов – это способность длительного поддержания температуры, определенной технологией проекта, в конструкциях любой формы и толщины.

Прогрев трансформатором

Основывается на погружении греющего кабеля, подключенного к понижающему трансформатору. Для этого берут проводник марки ПНСВ от 1,2 до 3 мм. Его укладывают с шагом не менее 15 мм так, чтобы он полностью погружался в раствор. Выводные концы для подключения от трансформатора делают из алюминиевых АПВ-2,5; АПВ-4.

Расчет схемы производят исходя из того, что на обогрев 1м³ нужно около 1,3 кВт мощности. Величина зависит от температуры воздуха – чем холоднее зимой, тем больше нужно энергии.

На прогрев проводом ПНСВ каждого 1м³ бетона нужно 30-50 м кабеля. Более точно покажет расчет, так как при схеме подключения «звезда» в каждом куске провода требуется ток 15 А, «треугольник» (ПНСВ 1,2) – 18 А.

Выбор кабеля ВЕТ или КДБС позволит исключить трансформатор с электродами из технологии. К этому методу прибегают, если отсутствует возможность применить нужное количество аппаратов на удаленном объекте или нет питающей сети. ВЕТ-провод подключается к бытовой электросети, в комплект входят соединительные муфты. Для него берут схему подключения, аналогичную ПНСВ.

Поддерживать температуру нужно, используя трансформатор с плавной регулировкой силы тока. Для небольшого индивидуального строительства подходит привычный сварочный аппарат. Промышленные станции КТПТО-80/86, ТСДЗ-63, трансформаторы СПБ дают нагрев порядка 30 м³ бетона.

Новейшие методы прогрева

Совершенствование технологии дало возможность для обогрева колонн, балок перекрытий и других относительно тонких элементов применять инфракрасные устройства. Они выполнены в виде термоматов, которыми оборачивают снаружи застывающую форму. Прогрев происходит равномерно, по всей контактной поверхности. Для стандартных изделий используют цельные нагреватели, изготовленные по размеру.

Марочный бетон в естественных условиях набирает прочность за 28 суток, благодаря инфракрасному воздействию процесс гидратации проходит за 11 часов. Значительно упрощается монтаж и сложность конструкций, повышается скорость этой части строительства при работе зимой.

Следующей ступенью технологии прогрева трансформатором при изготовлении изделий относительно небольшого сечения (колонн, свай) стал индукционный метод. Рост температуры внутри формы происходит под влиянием электромагнитного поля, созданного опоясывающими витками кабеля. Такая индукционная обмотка разогревает металл опалубки и арматуры, выделяющееся тепло переходит в застывающий раствор. Характеризуется равномерностью, способностью предварительно поднять температуру опалубки и армирующего каркаса до начала заливки.

Сроки обогрева монолита до набора им заданной крепости устанавливаются в зависимости от класса: В10 набирает 50%, В25 – почти 30%.

Качество изделий из бетона, произведенных в зимний период, контролируется независимо от способов прогрева (погружение электрода или поверхностное воздействие) согласно СНиП 152-01-2003.

Основной целью прогрева бетона является соблюдение правильных условий вывода влаги при проведении работ в зимнее время или при их ограниченных сроках. Принцип действия технологии заключается в поддержке внутри или вокруг толщи раствора повышенной температуры (в пределах 50-60 °С), методы реализации зависят от типа и размера конструкций, марки прочности смеси, бюджета и условий внешней среды. Для достижения нужного эффекта обогрев должен быть равномерным и экономически обоснованным, лучшие результаты наблюдаются при комбинировании.

Обзор методов обогрева

1. Электроды.

Простой и надежный способ электропрогрева, заключающийся в размещении арматуры или катанки толщиной в 0,8-1 см во влажном растворе, образуя с ним единый проводник. Выделение тепла происходит равномерно, зона воздействия достигает половины расстояния от одного электрода к другому. Рекомендуемый интервал между ними варьируется от 0,6 до 1 м. Для запуска работы цепи концы подключают к ИП с пониженным напряжением от 60 до 127 В, превышение этого диапазона возможно только при бетонировании неармированных систем.

Сфера применения включает конструкции с любым объемом, но максимальный эффект достигается при подогреве стен и колонн. Расход электроэнергии в этом случае значительный – 1 электрод требует не менее 45 А, число подключаемых стержней к понижающему трансформатору ограничено. По мере высыхания раствора подаваемое напряжение и затраты возрастают. При заливке ЖБИ технология прогрева электродами требует согласования со специалистами (составляется проект их размещения, исключающий контакт с металлическим каркасом). По окончании процесса стержни остаются внутри, повторная эксплуатация исключена.

2. Закладка проводов.

Суть метода заключается в расположении в толще раствора электрического провода (в отличие от электродов – изолированного), нагреваемого при пропускании тока и равномерно отдающего тепло. В качестве рабочих элементов используется один из следующих видов:

• ПНСВ – изолированный поливинилхлоридом стальной кабель.
• Саморегулирующие секционные разновидности: КДБС или ВЕТ.

Применение проводов считается самым эффективным при необходимости заливки перекрытий или фундамента зимой, они практически без потерь преобразуют электрическую энергию в тепловую и обеспечивают ее равномерное распределение.

ПНСВ обходится дешевле, при необходимости он закладывается по всей площади конструкции (длина ограничена только мощностью понижающего трансформатора), для данных целей подойдет сечение от 1,2 до 3 мм. К особенности технологии обогрева относят потребность в использовании установочных проводов с алюминиевой жилой на открытых участках. Подходящими характеристиками обладает кабель АПВ. Схема ПНСВ 1.2 исключает перехлесты, рекомендуемый шаг между соседними кольцами и линиями составляет 15 см.

Саморегулирующие секции (КДБС или ВЕТ) эффективны при обогреве зимой без возможностей задействования трансформатора или подачи 380 В. Их изоляция лучше, чем у ПНСВ, но стоят они дороже. Схема укладки провода в целом аналогична предыдущей, но его длина ограничена, она подбирается из учета размеров конструкции, разрезать его нельзя. При добавлении в нее устройства контроля за силой тока прогрев осуществляется более плавно и экономно. В целом, оба варианта считаются эффективными при бетонировании зимой, к недостаткам относят лишь сложность укладки и невозможность повторного применения.

3. Тепловые пушки.

Суть технологии заключается в повышении температуры воздуха с помощью электрических, газовых, дизельных и других обогревателей. Обрабатываемые элементы закрывают от холода брезентом, создание такого шатра позволяет достичь внутри условий от +35 до 70 °C. Обогрев осуществляется за счет внешнего источника, который без проблем переносится на другое место без потребности в расходе провода или специальной аппаратуры. Из-за сложностей с закрытием крупных объектов и воздействия только на внешние слои этот способ чаще используется при небольших объемах бетонирования или при резком падении температуры. Энергозатраты в сравнении с электродами или ПНСВ приемлемые, при задействовании дизельных пушек возможен обогрев на объектах без электроснабжения.

4. Термоматы.

Принцип действия этой технологии основан на покрытии свежезалитого раствора полиэтиленом и полотнами инфракрасной пленки во влагостойкой оболочке. Термоматы подключаются к обычной сети, величина энергопотребления варьируется в пределах 400-800 Вт/м2, при достижении границы в +55 °С они выключаются, что позволяет снизить затраты на электропрогрев бетона. Максимальный эффект от применения достигается зимой, в том числе при комбинировании с химическими добавками.

Риск замерзания влаги внутри ЖБИ исключается через 12 часов, процесс полностью автономный. В отличие от проводов ПНСВ термоматы без проблем контактируют с открытым воздухом и влагой, помимо бетонных конструкций они успешно используются для прогрева грунта.

При правильном уходе (отсутствие нахлестов, выполнение изгибов строго по отведенным линиям, защите полиэтиленом) ИК-пленки выдерживают не менее 1 года активной эксплуатации. Но при всех плюсах технология плохо подходит для обогрева массивных монолитов, воздействие матов локальное.

5. Греющая опалубка.

Принцип действия аналогичен с предыдущим: между двумя листами влагостойкой фанеры размещается инфракрасная пленка или изолированные асбестом провода, выделяющие тепло при подключении к сети. Этот способ обеспечивает прогрев в зимнее время на глубину до 60 мм, благодаря локальному воздействию исключен риск растрескивания или перенапряжения. По аналогии с матами эти нагревательные элементы имеют термозащиту (биметаллические датчики с автовозвратом). Сфера применения включает конструкции с любым наклоном, лучшие результаты наблюдаются при заливке монолитных объектов, в том числе при ограниченных сроках строительства, но простой технологию назвать нельзя. При бетонировании фундамента в греющую опалубку заливают раствор с температурой не ниже +15 °C, грунт нуждается в предварительном обогреве.

6. Индукционный метод.

Принцип действия основан на образовании тепловой энергии под воздействием вихревых токов, способ хорошо подходит для колонн, балок, опор и других вытянутых элементов. Индукционная обмотка размещается поверх металлической опалубки и создает электромагнитное поле, в свою очередь оказывающее влияние на арматурные стержни каркаса. Обогрев бетона осуществляется равномерно и качественно при среднем расходе энергии. Подойдет также для предварительной подготовки щитов опалубки зимой.

7. Пропаривание.

Промышленный вариант, для реализации этого способа требуется двухстенная опалубка, не только выдерживающая массу раствора, но и подводящая к поверхности горячий пар. Качество обработки более чем высокое, в отличие от остальных методов, при пропарке обеспечиваются максимально подходящие условия для гидратации цемента, а именно – влажная горячая среда. Но из-за сложности эта методика используется редко.

Сравнение преимуществ и ограничений технологий прогревания

Земляные работы в зимний период осложняются необходимостью предварительной подготовки почвы. Применение отбойных молотков или иной вариант механического воздействия не всегда оправдан, а порой попросту невозможен. Существует вероятность повредить подземные коммуникации или нанести ущерб стоящим рядом зданиям. Поэтому широкое распространение получили термические способы воздействия.

Традиционные виды прогрева мерзлого грунта

Разработано множество технологий, основанных на различных принципах термического воздействия. Каждая из них имеет сои преимущества и недостатки.

Рефлекторная печь

Быстрый, удобный и мобильный метод хорошо подходит для работы в городской черте. В качестве генератора тепла служит нихромовая проволока толщиной 3,5 мм. Направление теплового излучения корректируется рефлектором из хромированного листа толщиной около 1 мм.


Сам отражатель защищен металлическим кожухом. Между стенками двух металлов существует воздушная подушка, которая исполняет роль термозащиты. Печь работает от сети 127/220/380В и способна отогреть 1,5 м2 грунта. Для отогрева кубического метра грунта необходимо порядка 50 кВт/час электрической энергии и 10 часов времени. Существенные изъяны метода:

1. высокая вероятность поражения электрическим током посторонних лиц. Требуется ограждения и охрана на время работы установки;
2. малая площадь охвата;
3. нужна система энергообеспечения мощностью порядка 20 кВт/час для работы комплекса из трех установок.

Электроды

Они изготавливаются из круглой или полосованной стали, загоняются в землю и подключаются к источнику энергоснабжения. Поверхность грунта устилается опилками и пропитывается соляным раствором. Этот слой служит и проводником и в качестве утеплителя.


Расход электричества на оттаивание кубического метра грунта составляет 40-60 кВт, а процесс занимает 24-30 часов. Среди недостатков метода нужно отметить:

1. высокая вероятность поражения электрическим током посторонних лиц;
2. нужна постоянная подача электричества;
3. размораживание грунта осуществляется очень долго;

Открытое пламя

Способ основывается на сжигании жидкого или твердого топлива в специальном устройстве, состоящем из открытых резервуаров. Конструкция предусматривает, что в первый короб служит камерой сгорания, а последний снабжен вытяжной трубой. Пользователи отмечают недостатки технологии:

1. существенные потери тепловой энергии;
2. предварительно нужно выполнить комплекс подготовительных работ;
3. вредные выбросы и необходимость постоянного контроля.

Химический способ

Для размораживания грунта при помощи химических реагентов в почве просверливаются шпуры. Затем в отверстия заливается хлористый натрий, который растворяет лед. Весь процесс длится от шести до восьми дней. Недостатки химического метода:

1. размораживание занимает много времени;
2. необходимость в обустройстве шурфов;
3. много вопросов вызывает экологичность процесса;
4. материалы не могут использоваться повторно.

Паровые иглы

Собственно, трубу длиной два метра и диаметром до 50 мм сложно назвать иглой. По ней в грунт подается водяной пар. Для установки игл предварительно нужно пробурить отверстия на глубину не менее 70% от высоты слоя оттаивания. Сами скважины после подключения к системе парообеспечения закрывают колпаками и засыпают слоем термоизолирующего материала.


Основными недостатками метода являются:

1. потребность в подготовке;
2. необходимость в генераторе пара;
3. образование и дальнейшее замерзание конденсата;
4. нужен щепетильный контроль над процессом.

Горячий теплоноситель

Почва отогревается от горячего минерала (100-200 градусов Цельсия), которым покрывается поверхность земли. Нередко применяются отходы дорожного производства – бракованный асфальт или бетонную крошку. Время размораживания составляет не менее 20-30 часов. Из недостатков данного способа необходимо отметить:

1. зависимость от субподрядчика;
2. потери тепла во время доставки теплоносителя;
3. необходимость уборки теплоносителя после отмораживания грунта;
4. длительный период оттаивания.

Трубчатые электрические нагреватели

Технология предусматривает передачу тепловой энергии контактным способом. В качестве рабочих элементов выступают электрические иглы. Они представляют собой метровые трубы диаметром 50-60 мм. Внутри установлены электрические нагревательные элементы.
ТЭНы располагаются в грунте горизонтально и подключаются к цепи последовательно. Недостатками данного метода являются:

1. необходимость постоянного контроля;
2. возможность поражения электрическим током;
3. небольшая площадь оттаивания;
4. потребность в подготовительных работах.

Прогрев грунта термоэлектроматами

Прекрасной альтернативой существующим методам прогрев грунта является его обогрев с использованием термоматов. Они обеспечивают равномерный прогрев грунта по всей глубине и поддерживают заданную температуру в автоматическом режиме.
Оборудование производится на основе теплоизлучающих пленок. Оно производятся различной площади и конфигурации. Толщина панели составляет около 10 мм. Она работает от однофазной сети и может генерировать температуру до 70 0С. Направленное действие инфракрасного излучения определяет высокую эффективность работы устройства.


Преимущества использования термоэлектроматов «ФлексиХит».