14.Ускорение твердения в бетонных и железобетонных изделиях:

- чем обуславливаемся необходимость ускорения твердения бетона? Понятие об отпускной и распалубочной прочности, способы ускорения твердения бетона нормальных, естественных условиях;

- выбор наиболее рационального способа ускорения твердения бетона, в т.ч. целесообразности ТО изделий, влияние на этот процесс металлоемкости форм и расхода теплоносителя;

Известно, что необходимую марочную прочность в естественных условиях бетон набирает в течение 28 суток в соответствии с ГОСТ, что затрудняет выполнение производственной программы ЖБИ, требуя больших складских площадей, дополнительного числа форм, оборудования и т.д. Поэтому требуются мероприятия по ускорению твердения бетона в течение суток. Как известно, прогрев ускоряет химические реакции. Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет процесс твердения бетона. При этом фазовый состав продуктов гидратации цемента, твердеющего при разных температурах, практически остается одинаковым. Наиболее распространенным видом ТВО является пропаривание бетона в пропарочных камерах непрерывного и периодического действия. При пропаривании отформованное изделие выдерживают в камере в среде насыщенного пара при t-60-ЮОС" до достижения заданной прочности бетона, которая составляет, как правило. 70% марочной прочности бетона, твердея в нормальных условиях в течение 28 суток.

Отпускная прочность бетона- это минимальная прочность бетона, при которой изделие может отпускаться потребителю, монтироваться, воспринимать временные нагрузки и иметь гарантию, что после 28 суток изделие наберет 100 %-ую прочность. ОПЬ должна быть разной для разных изделий. В соответствии с ГОСТ:

не менее 50 % для изделий из тяжелого бетона R_б > 15 МПа для В 12,5

70 % для изделий тяжелою бетона, В 7,5 и менее.

80 % для изделий легкого бетона, В 7,5 и менее.

100 % для силикатных бетонов, для бетонов, которые подвергаются полному нагружению после монтажа (сваи, и т.д.)

Зимой ОПБ увеличиваемся от 80 90 %, летом ОПБ минимальная.

Распалубочная прочность - это минимальная прочность, при которой изделие можно распалубливать без нарушения структуры и сплошности и перемещать внутри цеха, что дает возможность повысить формования и снизить металлоемкость.

Распалубочная прочность >передаточной прочности.

Способы ускорения твердения бетонов в нормальных условиях:

1. Использование БТЦ с повышенным содержание С₃S, ОБТЦ.

2. Использование цементов с повышенной удельной поверхностью + СП + модификаторы и ультра тонкие наполнители.

3. Использование химических добавок ускорителей твердения, лучше комплексные добавки (ускоритель + СП), использование СП.

4. Активизация цемента, которая заключается в дополнительном помоле цементных зерен в РПА.

5. Предварительный прогрев бетонной смеси паром или электроэнергией.

6. Активизация воды и поверхности заполнителя.

7. Использование жестких бетонных смесей с низким В/Ц .

8. Тепловлажностная обработка бетона при нормальном атмосферном давлении и повышенной температуре.

Возможно использование комбинаций этих способов. Эти способы применяются при нормальных условиях твердения бетона т.е. t ~ 20 ± 5 'С, относительная влажность 90 - 100 %.

Выбор способа и режима ТО производится на основе сопоставления приведенных затрат, связанных с ТО и затрат мри естественном твердении бетона.

Способ ТО зависит от:_

1. Расхода теплоносителя.

2. металлоемкости форм.

При МФ 1 кг/м³ изделий, ТО выгодна при расходе пара менее 400 кг/м³ если расход больше,то лучше естественное твердение.

С увеличением МФ резко возрастает расход пара:

при 2 т/м³ Т О выгодна для 600 кг/м³

при 2,5 т/м³ - до 900 кг/м³

Реально надо использовать комплексный способ ускорения твердения (ТО ⁺ естественное твердение).

Рациональные режимы.

- для В 15 - 25 Т_max= 80 %;

4-5 ч,- прогрев паром до Т_max + 15 ч твердение при остывании изд.

- для В 30 Т_max= 70 % : 3 - 4ч +15 ч.

- для В 40 - 45 , Т_max= 60 % : 2,5 - 3 ч 1-15 ч.

15. Тепловая обработка бетона с целью ускорения его твердения, виды энергоносителей, режимы тепловой обработки для тяжелых и легких бетонов, какими параметрами оценивается эффективность режима, какие факторы определяют режим ТО? (привести схемы ,графика и конкретные примеры): способы уменьшения длительности ТО.

Физико-механические процессы, происходящие в бетоне при ТО, деструктивные явления особенно во время 1 и 3 периодов ТО, мероприятия по снижению отрицательного воздействия ТО на качество железобетонных изделий.

Выбор способа и режима ТО производится на основе сопоставления приведенных затрат, связанных с ТО и затрат мри естественном твердении бетона.

Способ ТО зависит от:_

1. Расхода теплоносителя.

2. металлоемкости форм.

При МФ 1 кг/м³ изделий, ТО выгодна при расходе пара менее 400 кг/м³ если расход больше,то лучше естественное твердение.

С увеличением МФ резко возрастает расход пара:

при 2 т/м³ Т О выгодна для 600 кг/м³

при 2,5 т/м³ - до 900 кг/м³

Реально надо использовать комплексный способ ускорения твердения (ТО ⁺ естественное твердение).

Рациональные режимы.

- для В 15 - 25 Т_max= 80 %;

4-5 ч,- прогрев паром до Т_max + 15 ч твердение при остывании изд.

- для В 30 Т_max= 70 % : 3 - 4ч +15 ч.

- для В 40 - 45 , Т_max= 60 % : 2,5 - 3 ч 1-15 ч.

Виды ТО:

- Пропарка изделий, т.е. обработка паром при t - 60 100 ° при нормальном атмосферном давлении и влажности среды до 100 %.

- Обработка паром в автоклаве при Р=0,9... 1.3 МПа при t = 175… 191°С.

- Электропрогрев, пропуском электрического тока через бетонное изделие.

- Нагрев в закрытых формах с контактной передачей тепла бетону от различных источников через ограждающие поверхности форм

- Обогрев изделий лучистой энергией и инфракрасным излучением.

- Горячими газами или воздухом.

- Индукционный прогрев (в электромагнитном поле).

- Прогрев с применением солнечной энергии, энергии гидротермальных вод

Режим ТО устанавливается в лаборатории завода и определяется параметрами:

1) Мах. t-ра изотермического прогрева, t- ра энергоносителя;

2) Относительная влажность и давление среды;

3) Продолжительность тепловой обработки в целом и отдельных ее этапов;

4) Скорость нагрева конструкции,

5) Скорость движения изделия в тепловом агрегате.

Эффективность режима ТО определяется: 1) общей длительностью ТО, 2) относительной прочностью бетона после ТО, 3) Количеством тепловой энергии для обработки 1 м³ изделия.

Режим выбирается в зависимости от вида и активности вяжущего, его группы по отношению к пропариванию, жесткости, В/Ц, наличие з-к, t_см, от вида массивности изделия, требований к ним по долговечности, от R бетона перед ТО, от способа ТО и т.д.

Энергоносители: пар, горячие газы, воздух, лучистая энергия, эл/ток, индукционные токи, энергия солнца, гидротермальных вод.

ТО в 3 этапа: нагрев, пропаривание, охлаждение.

В виде цифр; например: 3 + 6 + 2 ч.;

Т_мах = 80 %°С.; графически это выглядит так:

Т_мах - для ПЦ: 60-80°С , На расширение Ц 50-60°С

-дляШПЦ 90-98°С

- для преднапряженных конструкций 80°С.

Скорость нагрева определенная: для малоподвижных смесей = 20 - 25°С/ч, для жестких смесей =25- 35 °С/ч, для изделий с повышенной МРЗ 15- 10° С/ч.

τ₁- предварительная выдержка;

τ₂ подъем температуры в камере;

τ_з - изотермический прогрев;

τ₄ охлаждение изделий.

Т ВО=2 +3 +6 +2ч

Д ля прогрева конструкционного лёгкого бетона в качестве теплоносителя лучше применять горячие газы и горячий воздух Т_{max среды}= 110-120 °С. После этого необходимо снизить температуру до 80°С

Также можно использовать лучистую энергию или электропрогрев.

Конкретный пример : График ТО 3-х слойных стеновых панелей в щелевой камере

1 - меняется температура среды;

2 - меняется температура изделия.

Способы уменьшения длительности ТВО;

I Использование разогретых бетонных смесей.

2. Ступенчатый режим ТО с прогрессивно нарастающей температурой.

3. Автоматизация и т.д.

4. Применение пленкообразующих составов. Физико-химические процессы в бетоне при его твердении.

1 период: 1 камера, 2 бетон, 3 воздушная пора. В камеру подается nap (t_и>t_бет), пар конденсируется на поверхности изделия и прогревает, увлажняет поверхностные слои бетона(за З ч на поверхности конденсируется - 1.2 кг/м²), т.о. поверхностные слой оказываются более нагретыми. По законам теплофизики влага от поверхностных слоев перемещается во внутренние и проделывает капилляры следовательно ухудшается структура. Все компоненты имеют разные коэффициенты объемного расширения (у воздуха в 20-40 раз > чем у воды и ~ в 100 раз > чем у твердых компонентов). Это отрицательно сказывается на структуре. Поэтому перед началом ТО не допускается чтобы вода находилась в свободном состоянии. Если в порах нет воды, то там есть воздух, который при нагревании расширяется и превращается в пар Т.к. поры имеют ограниченный объем и не дают паровоздушной смеси расширяться, то возникает внутреннее давление паровоздушной смеси 0,03 - 0,04 МПа. Если бетон не способен выдержать это давление, то его структура нарушатся, повышается пористость на 8- 15 %, снижается R, р, МРЗ. Страдают поверхностные слои конструкции.

Мероприятия но снижению отрицательного влияния ТО на структуру.

1. Предварительная выдержка nepel TO, чтобы бетон приобрел прочность достаточную для противодействия внутреннему давлению (R ⁼до 1 МПа).

2. Применение разогретых бетонных смесей.

3. Обработка изделий в малонапорных и индукционных камерах (Р = 0,03 МПа).

4. Применение ступенчатых режимов с прогрессивно нарастающей температурой.

5. Прогрев теплоносителей с различной влажностью

6. Прогрев изделий в полностью закрытых формах.

7. Вакуумирование изделий перед ТВО.

8 Быстро увеличивать Р до max в автоклавах.

9. ТО изделий, поверхность которых перед ТО покрывается пленкообразующими композициями.

I период

Наиболее интенсивно протекает взаимодействие компонентов цемента с водой, интенсивно формируется структура и набирается прочность. Отрицательных процессов нет.

II период При охлаждении изделий происходит интенсивное испарение влаги с поверхности; влага перемещается от внутренних слоев к поверхностным, что приводи! к нарушению структуры. Изделия следует охлаждать медленно (V_{нагрева} = V _{охлаждения}) 10-15°С/час - изделия с повышенными требованиями по МРЗ и долговечности; 20 °С/час при использовании подвижных бетонных смесей; 30 °С/час при использовании жестких бетонных смесей.

Температура охлаждения не боле чем на 40 "С выше температуры цеха. Во время охлаждения поверхностные слои охлаждаются быстрее внутренних. При резком охлаждении возможно появление температурных трещин. Интенсивно испаряется влага из бетона, что приводит к усадочным трещинам на поверхности. В автоклавах резкий сброс Р при охлаждении приводил' к вскипанию воды н порах и нарушению структуры. По ГОСТу после ТО следует 4ч охлаждаться и испытывать на R_сж. Но бетон еще интенсивно упрочняется в пропаренных конструкциях в течение 1 суток. Желательно испытывать через 12-24 часа после ТВО.