Урок занимательной математики, от человека, который думает, что он самый умный.
24.11.2021
Предположим, что вам понадобилось залить фундаментную плиту под дом. Но, как любой нормальный человек, вы конечно же не уложились в летний строительный сезон и последний шанс залиться – начало декабря.
Какие беды вам это предвещает? Есть теория, которая говорит о том, что если бетон замёрзнет до того момента, пока наберёт какую-то часть прочности, то его характеристики будут, мягко говоря, сильно хуже расчётных. Нам нет никакого повода не верить этой теории. Но заливаться нужно.
Говорят, что существуют противоморозные добавки. Но также говорят, что эти добавки работают только на первом этапе схватывания бетона, пока он переходит из жидкой фракции в относительно твёрдую. Дальше они работать уже перестают, хотя реакция гидратации всё ещё на закончена. И если бетонная конструкция замёрзнет, то процесс остановится и скорее всего обратно уже не запустится…
Значит единственный вариант, который остаётся – не дать бетону замёрзнуть. Значит нужно греть.
Самый перспективный вариант – шатёр! Если заливается что-то небольшое, то звучит достаточно правдоподобно. Можно поставить газовую пушку (или лучше несколько) и наслаждаться полученным результатом в тепле и сухости. Вот тут люди стараются: https://www.youtube.com/watch?v=f8humL4RVN8
Но этот вариант не всегда применим. Если фундаментная плита, которую вы заливаете 14х16м, то строительство шатра становится каким-то сложно вообразимым геморроем. А если у вас на участке ветер меньше 10м/с вообще большая редкость, то строительство шатра явно не два вас.
Греющий кабель. Старожилы придумали кабель ПНСВ, который вроде должен помочь. Но почему-то от подключается только от какой-то неимоверной трансформаторной подстанции, которая на выходе даёт странное напряжение (35-120VAC). Только вес одной из простых станций 365кг. Для частного домостроения – не самом мобильное устройство. И сечение проводов для его подключения – тоже нетривиальные. Чтобы получить 80кВт при 90 вольтах – это 296 ампер. Строительный калькулятор, которым я обычно пользуюсь – не знает какое сечение кабеля нужно использовать в таких случаях (выдаёт ошибку – кабель больше 120кв.мм.). Да и где вы на своём участке вообще найдёте 80квт? При этом заявляется, что трансформатор 80кВт греет от 25 до 60куб.м бетона. А если у вас больше, чем 60куб.м.? Две станции. Странное в общем какое-то решение.
Пишут, что есть ещё греющие кабели КДБС и ВЕТ. Я не справился с осмыслением их стоимости за погонный метр, поэтому они были исключены из конкурса.
Греющие маты для бетона. Говорят, что можно ими накрыть плиту сверху, и они будут работать. Не понятно как это должно выглядеть… Фундаментная плита подразумевает выпуски канализации, водоснабжения, да на худой конец – закладные арматурные выпуски под колонны и ростверк. Куда там класть маты? Не понял идею. Но говорят, что это работает. Вычеркнул.
Отдельно попалось какое-то предложение на Авито про "водяной тёплый пол" для прогрева бетона. Технология недалеко ушла от греющих матов, но за основу берётся некая установка, которая, сжигая дизельное топливо, нагревает теплоноситель, который нагнетается по "шлангу" уложенному поверх плиты. Шланг сверху укрывается утеплителем и таким образом нагревает плиту сверху. Выглядит, по-своему, просто и перспективно. Взял на заметку.
Много думал. Выбирал. Хотелось вроде и сэкономить, но и не попасть впросак. Стоимость арматуры, бетона, работ была априори сильно выше, чем любое решение по прогреву. И угробить плиту совсем не хотелось.
Выбор пал всё-таки на ПНСВ. Пришлось вспоминать закон Ома. Это было самое сложное…
Возник вопрос – зачем всем этим людям трансформатор, который делает низкое напряжение? Долгие размышления на этот счёт привели к мысли о том, что те люди пытаются как-то сохранить жизнь суровым строителям в случае утечки. Не то, чтобы я совсем не любил людей, но зачем для этого трансформатор? В двадцать первом веке утечку электричества ловят вообще-то с помощью очень бюджетного устройства – устройства защитного отключения (УЗО). И никаких сложностей дальше быть не должно. Зачем всё это усложнение?
Я прикинул площадь, которую мне нужно прогреть (250кв.м / 90куб.м). Прикинул количество электрической мощности, которой я располагаю и которой я готов пожертвовать на некоторое время (30кВт).
Знаете, цифра в 30кВт была выбрана эмпирически. Мне показалось, что этого количества электрической мощности должно хватить на то, чтобы плита точно не замёрзла. На большее я особо не рассчитывал.
Настоящие строители рассказывали мне, что на настоящей стройке зимой подключается такая мощность, которая разогревает бетон до 70-80 градусов, и к утру бетон достигает такого состояния, что утром можно уже можно возводить следующий этаж. Надеюсь, что мне соврали и такого быть не может. Но байка имела место быть.
Отчитываюсь по результатам: на фундаментную плиту ушло по расчётам 14 контуров приблизительно по 164 метра ПНСВ 1.2. Подключались они от обычной трёхфазной сети с общим нулём.
На этапе монтажа ПНСВ на арматурный каркас – из 14 контуров было угроблено 2. И осталось всего 12. Почему они были угроблены – осталось загадкой. Их могли порвать. Изоляция проводов могла не выдержать близости трущихся слоёв арматуры. Могли быть допущены ошибки соединения ПНСВ и ВВГ. Мог быть заводской брак изоляции. Трудно сказать. Но два контура из четырнадцати вызывали срабатывание УЗО. Остальные прекрасно работали. Суммарно 26квт.
Про сам провод ПНСВ 1.2. Это настоящая вещь уровня СССР. Не стоит почти ничего – на авито бухта в 1000м стоит 1500 рублей. Качество – соответствующее. Изоляция неравномерная, со следами перспективных мест пробоя (хотя тестирование "погружением в воду" под напряжением пробоев не показало). Сопротивление кабеля – крайне неравномерное. 14 бухт, одинаковой длины (около 170 метров), свободно показывали сопротивление от 19.5 до 26 Ом. Соответственно и равномерность прогрева тоже вызывает вопросы, но глобальной проблемы – не предвещает.
В инструкциях описан категорический запрет подключения ПНСВ к питающей сети на открытом воздухе. Запрет мне показался бессмысленным, поскольку я занизил выделяемую мощность до 11Вт на метр. Но включать я всё равно побоялся – вдруг я чего-то не додумал? Да и ценность в предварительном тестировании всё равно никакой не было – в отсутствии бетонной смеси и утечек быть не могло…
Весёлым было первое включение. Несколько раз перекрестившись (в надежде, что всё заработает с первой попытки) я подал питание на эту конструкцию. УЗО выбивало сразу и без вариантов. Пришлось отключать все контура и подключать их по одному, проверяя на которых именно выбивает защиту.
Итого потеряны два контура. Но поскольку контура я закладывал на нижний и на верхний уровни арматурного каркаса, то мне повезло – один битый оказался на нижнем уровне, а второй оказался на верхнем. И они были не рядом. Значит оно не замёрзнет!
Осталось 26квт мощности.
И где-то на этом этапе – меня заинтересовало, какая вообще производительность подобного обогревателя. То есть у нас есть, допустим, 90куб.м бетона. И мы решили его нагреть. Полез искать. Самое простое, что попалось на глаза – калькулятор расхода электричества на нагрев воды. Это явно наш случай. Бетон приблизительно в 3 раза плотнее воды. Значит значения завышаем в 3 раза. Задача – нагреть 270куб.м. воды с 8 градусов (такой бетон приехал) до 30 градусов. Простая задача?
Получается, что под такую простейшую задачу нам нужно 6900 кВт/ч электроэнергии. Не сложно предположить, что при текущем расходе в 26 кВт/ч – нагрев займёт приблизительно 11 дней! При условии того, что на улице минусовая температура и существуют огромные теплопотери с поверхности плиты (которая, конечно же позже будет укрыта сверху утеплителем) – скорее всего мероприятие растянется раза в 1.5-2. Итого 20 дней. Что-то в районе 60т.р. за подогрев.
Вывод – постарайтесь успеть закончить фундаментные работы до окончания строительного сезона!
UPD: По факту цифры оказались несколько несовпадающими с расчётными. Пока не знаю как именно так получилось, но факт остаётся фактом. Подумаю над этим позже.
При расчётах у меня получилось, что на нагрев плиты на 22 градуса должно уйти 11 дней. По два градуса в день (это без учёта теплопотерь!). Увидев такую цифру – я предположил, что никакая автоматическая терморегуляция мне не нужна и можно будет спокойно управлять таким медленным нагревом с помощью ручного рубильника (на день включили / на день выключили). Да и вообще не понятно – нужно ли будет "выключать", поскольку теплопотери будут съедать всё счастье. Но вышло по-другому.
Плиту после заливки утеплили парой слоёв полиэтилена и слоем экструдированного пенополистирола 100мм. И при прочих равных – за сутки плита нагревается на 6 градусов! Вначале я предположил, что этому поспособствовала экзотермическая реакция гидратации цемента, но если обогрев отключить, то за 6 часов температура проваливается на 3 градуса. То есть остывает она быстрее, чем нагревается. На улице в это время температура болтается между -5°С и 0°С. Где-то я просчитался в расчётах.
В итоге я подключил обогрев плиты к автоматике с контролем по датчику температуры и выставил поддерживаемую температуру в районе 40°С.