Прогрев бетонной смеси: расчет удельного электрического сопротивления

Задачи, связанные с расчетами электрических характеристик бетонов и бетонных смесей, возникают, прежде всего, в зимнее время. Режим твердения бетона требует положительной температуры (для протекания химических реакций) и при отрицательных температурах твердение невозможно в принципе, поскольку вода замерзает и прекращается процесс гидратации. Для обеспечения необходимых температурных условий в зимнее время применяют различные приемы, самые популярные и дешевые из которых – прогрев как самого бетона, непосредственным пропусканием через него тока, так и нагревательного провода ПНСВ, заложенного внутрь бетонной конструкции/смеси. Методика прогревания проводом ПНСВ включает в себя много тонкостей, в том числе, и расчетных – наш коллектив также оказывает необходимую консультационную поддержку в этих вопросах.

Суть прогрева бетонной смеси методом непосредственного пропускания электрического тока сводится к вычислению зависимости удельного электрического сопротивления от времени и величины плотности токи. Главная задача – выбрать наилучшие с экономической точки зрения режимы прогрева и параметры электродов при условии достижения требуемого результата –50% проектная прочность бетона. Бетонная смесь проводит электрический ток преимущественно благодаря наличию жидкой фазы и, сопротивление току резко возрастает, когда концентрация жидкости достигает критического значения.

В данном посте мы приведем несколько примеров расчетов удельного сопротивления бетонной смеси/цементного теста, которые могут оказаться полезными для оценки параметров прогрева.

Определим удельное электрическое сопротивление цементного теста ρ0 при водоцементном отношении В/Ц = 0,4 в начальный период электроразогрева: размер электродов 20x20 см, расстояние между ними – 20 см, напряжение – 60В, сила тока 12А. Для расчета используем стандартную формулу:

R = ρ0 L/S -> ρ0 = RS/L,

где, R – сопротивление участка цепи (Ом), ρ0 – удельное сопротивление (Ом·см), L – расстояние между электродами (см), S – площадь электродами (см2). Используя закон Ома в виде R = U/I, где U – напряжение на концах цепи, I – сила тока в цепи, получим для удельного сопротивления значение:

ρ0 = US/LI = 100 Ом·см.

В следующем примере подсчитаем сопротивление бетонной смеси в начальный и конечный периоды разогрева (ρmax и ρmin), а также определим среднее (ρср = 1,25ρmin) и расчетное (ρрасч) значения сопротивления, принимаемые для расчета мощности трансформатора (ρрасч = 0,8 ρmin) для прогрева. Удельное сопротивление цементного теста при В/Ц = 0,4 примем равным 100 Ом·см, расход на 1м3 бетонной смеси цемента составляет 300 кг, воды – 200 л.

После начала разогрева удельное сопротивление уменьшается и достигает минимума ρmin при температуре порядка 70оС, далее опять возрастает. Для тяжелых бетонов ρmin = 0,6ρmax, где ρmax – сопротивление при нормальной температуре. В начальный же период разогрева сопротивление бетонной смеси ρБС можно приближенно рассчитать по формуле:

ρБС = [ρ0 + A(В/Ц – 0,4)]·(3000 – В)/2В,

где ρ0 – удельное сопротивление жидкой фазы при В/Ц = 0,4 (типичные значения от 60 Ом·см до 130 Ом·см); А – эмпирический коэффициент, зависящий от вида цемента (от 100 до 150) – в нашем случае возьмем 120; В – расход воды в кг/м3, Ц – расход цемента. Подставив все значения в данную формулу получим:

ρ0 = ρmax = 925 Ом·см

Следовательно,

ρmin = 0,6ρmax = 555 Ом·см

ρср = 1,25ρmin = 695 Ом·см

ρрасч = 0,8ρmin = 444 Ом·см.

Если мы рассматриваем керамзитобетонную смесь, то нужно принять следующие соотношения (все они вычисляются из более строгой теории):

ρmin = 0,55ρmax (при t = 100оС)

ρср = 0,75ρ20С = 1,35ρmin

ρрасч = 0,9ρmin

Расход воды 180 л/м3, В/Ц = 0,8, удельное сопротивление цементного теста при В/Ц = 0,4 ρ0 = 100 Ом·см, коэффициент А = 120.

Рассчитаем удельное сопротивление в начальный период разогрева:

ρБС = [ρ0 + A(В/Ц – 0,4)]·(3000 – В)/2В = 1170 Ом·см.

Тогда остальные параметры:

ρmin = 0,55·1170 = 664 Ом·см

ρср = 1,35·644 = 870 Ом·см

ρрасч = 0,9·644 = 580 Ом·см

Анализируя и сравнивая данные для тяжелого бетона и керамзитобетона, мы видим, что электрические характеристики не отличаются существенным образом друг от друга.

Комментарии закрыты.