16. Ускорение твердения бетона в железобетонных изделиях:
предварительная выдержка изделий перед ТО, чем она обусловлена, какими факторами определяются, и в каких случаях в ней нет необходимости? (привести конкретные примеры);
особенности тепловой обработки легких бетонов, наиболее рациональные режимы их ТО, ТО бетонов в среде горячих газов (привести схемы, графики);
схемы установок для приготовления разогретых бетонных смесей, выбор материалов для приготовления горячих смесей, режимы ТО изделий, формуемых с использованием разогретых смесей;
контактный обогрев бетона, электропрогрев, обогрев лучистой энергией и индукционными токами (привести схемы установок, графики режимов);
- особенности тепловой обработки преднапряженных изделий.
Ускорить процесс твердения бетона в ЖБИ можно с помощью его тепловой обработки. В течение нескольких часов изделие набирает прочность, равную 70% (и выше) проектной, т.е. приобретаемой им лишь через 28 суток естественного твердения. Тепловая обработка паром или другими видами энергии - очень важная технологическая операция, т.к. свыше 90% изделий подвергается ТО, на что тратится очень много энергии. ТО занимает 80 ~ 90% времени на изготовление изделий. ТО нарушает структуру бетона, что приводит к снижению плотности и прочности бетона на ПЦ.
Для того чтобы понять, почему это происходит, рассмотрим физические процессы, которые протекают в бетоне при нагревании.
1. Камера ТО
2. Бетон
3. Воздушная пора
Подается пар в камеру и tпара> tбетона. В 1-й период пар конденсируется на поверхности изделия и прогревает поверхностные слои. В начальный период эти слои более прогретые и увлажненные.
Затем, по законам теплофизики влага и тепло перемещается в глубь материала, при этом влага проделывает капилляры, что влияет на структуру. При прогревании вода расширяется и оказывает разрушающие действие на материал. Так же при прогревании расширяется воздух, который увеличивается в объеме при t = 80°С в 2 раза, а т.к. он находится в замкнутом пространстве, то в порах бетона возникает давление (до 0,02МПа). Если бетон не способен противостоять этому давлению, то это приводит к нарушению структуры, к снижению плотности , прочности и долговечности. Для того чтобы этого избежать или свести к минимуму, необходимо выдержка изделий перед ТО, чтобы бетон набрал прочность I -2 МПа. Длительность выдержки определяется многими факторами - интенсивность твердения, наличие химических добавок, конструкции изделия и т.д. Выдержка изделий нужна еще потому, что свежеуложенная б.с. имеет коэффициент температурного расширения в 2 -3 раза выше, чем у стали и прогрев ЖБ без предварительной выдержки приводит к нарушению сцепления между бетоном и сталью. Время предварительной выдержки - 1 -3 ч, для морозост. изделий -4-5 часов.
Предварительная выдержка не нужна: при использовании разогретых бетонных смесей, малонапорных пропарочных камер, при нагревании изделий в кассетах, при использовании жестких и особо жестких б.с., ускорителей схватывания, при ТО с длительным периодом подогрева.
Особенностью ТО легких бетонов является то, что их целесообразно прогревать в среде горячих газов или воздуха, тэнами. При этом максимальная температура среды может быть 110-130 °С в момент нагрева. А потом, она снижается до температуры несколько меньшей температуры изделия.
1
— температура среды;
2 - температура изделия.
Такой режим позволяет существенно снизить влажность изделия, следовательно, плотность, и в итоге теплопроводность.
Наиболее целесообразно прогревать легкие бетоны горячими газами. Нет необходимости их доувлажнять или предохранять бетон от высыхания. Горячие газы получают от сжигания природных газов в специальных установках ТОК - 1; 1а. После этого газы смешиваются с воздухом с целью обеспечения заданной температуры.
Схема ТО легкобетонных изделий газами в ямной камере.
1
.
Установка ТОК-1, где происходит
сжигание природного газа
2. Смесительная камера
3. вентилятор для подачи горячего газа в камеру 4
5. Изделие
6. Вентилятор для удаления отработанных газов
Обычно, режим ТО устанавливается в лаборатории завода и определяется такими параметрами как: максимальная температура изотермического прогрева, влажность среды, продолжительность ТО и отдельных его периодов, скорость подъема температуры. Режим ТО записывается так: 3+6+2ч, Tmax = 80 °С, или графически:
I
- период подъема температуры;
II - период изотермической выдержки;
III - период охлаждения.
Наиболее опасными и ответственными для бетона являются 1 и III периоды.
Эффективность режима ТО определяется продолжительностью процесса и относительной прочностью, которая достигается в результате этого. А в конечном итоге расходом энергии на I мл бетона. Режим ТО зависит от вида, тонкости помола, активности вяжущего и группы цемента по отношению к пропариванию, от В/Ц, жесткости, наличия добавок, массивности конструкции; требование к конструкции по долговечности; начальной температуры; прочности материала к моменту начала ТО, его средней плотности, наличия вовлеченного воздуха и др. факторов. Нагрев должен осуществляться строго с определенной скоростью: для бетонов малоподвижных 20-25%; для жестких - 25-35%; для изделий с повышенными требованиями по морозостойкости 10-15 °С/ч. Охлаждение производится точно с такой же скоростью. Температура изотермического прогрева должна быть: для бетонов на ШПЦ Tmax = 60-85 °С; на ШПЦ Тmax - 90-98 °С; для преднапряженных изделий Ttnax - 80 °С.
Разные цементы по-разному ведут себя при пропаривании. Поэтому ввели коэффициент активности, в зависимости от которого все цементы делятся на три группы: I гр Какт>= 0,68; II гр Какт = 0.57-0.68; III гр Какт < 0,56. при использовании цементов I гр бетон набирает 70% прочности при длительности ТО до 15ч; II гр - 70% прочности достигается при более продолжительной ТО больше 15ч; III гр - цементы не желательно использовать для ТО.
Для ТО желательно использовать высокомарочные ПЦ, содержащие повышенное количество СзS. Желательно производить домол цемента до удельной поверхности 6000 см2/гр. При возможности надо использовать комплексные добавки - ННК, ННХК; использовать ШПЦ на клинкере с повышенным содержанием СзS, но при этом нужна большая температура пропаривания до 100°С.