7.3 Разновидности режимов тепловлажностной обработки

Тепловую обработку изделий следует производить в тепловых агрегатах с применением режимов, обеспечивающих минимальный расход топливно-энергетических ресурсов и достижение бетоном заданных распалубочной, передаточной и отпускной прочности. При этом не допускается увеличение расхода цемента для достижения требуемой прочности в более короткие сроки по сравнению с необходимым для получения заданного класса (марки) по прочности бетона, установленным при подборах соста­ва.

Значения передаточной и отпускной прочности бетона должны соот­ветствовать указанным в стандартах или проектной документации на изде­лия. Значение распалубочной проч­ности, условия и сроки достижения распалубочной, передаточной и отпуск­ной прочности, для каждого вида изделий следует устанавливать в соот­ветствии с конкретными условиями производства.

При тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона кроме требований по обеспечению распалубочной и отпускной прочности без увеличения расхолда цемента, должны быть обеспечены отпускная влажность бетона в изделиях, не пре­вышающая допустимую, а для изделий из напряга­ющего бетона — заданное самонапряжение.

При тепловой обработке паром напорных виброгидропрессованных труб необходимо во время изотермичес­кой выдержки обеспечивать температуру паровоздушной среды в полости внутреннего сердечника и под чехлом, которым накрывается форма, не менее 90—95 °С, а в полости наружной формы (паровой рубашке ) - до 110°С не позднее чем через 1 ч после начала подачи пара. Время тепловой обработки выбирается из условия получения необходимой величины пере­даточной прочности.

Для сокращения цикла тепловой обработки изделий и увеличе­ния оборачиваемости форм следует применять химические добавки-уско­рители, быстротвердеющие цементы, предварительный пароразогрев или электроразогрев бетонных смесей, двухстадийную тепловую обработку и другие приемы при соответствующем технико-экономическом обосно­вании применительно к конкретным условиям и технологическим схемам производства. Для предварительно напряженных конструкций, изготовляемых в силовых формах, двухстадийная обработка допускается при специальном обосновании.

Тепловая обработка сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций проводится с применением режимов, обеспечивающих минимальный расход топливно-энергетических ресурсов и ускоренное достижение бетоном заданных значений передаточной, распалубочной отпускной и проектной прочности. При этом должны быть обеспечены соответствующие температурно-влажностные условия для достижения при последующем складировании и хранении проектной прочности в установленные сроки (обычно в 28 суток).

Режимы тво зависят от многих факторов, только при учёте всех факторов режим тво обеспечивает получение качественных конструкций. Основные причины, влияющие на выбор режима тво:

• начальная прочность бетона перед тво,

• прочность бетона после тво,

• массивность изделия по величине модуля поверхности М=S/V, где S – площадь поверхности всех граней, м², V–объём изделия, м³.

• избыточное давление в камере тво, относительная влажность,

• скорость разогрева, температура и длительность изотермического или термосного выдерживания,

• вид, минералогический состав, активность цемента, наличие, вид и количество добавок,

• В/Ц и подвижность бетонной смеси,

• требования к бетону по морозостойкости и водонепроницаемости и др.

Наиболее распространён режим тво, включающий в себя три этапа:

- подъём температуры с постоянной или с переменной скоростью, более предпочтительна прогрессивно возрастающая скорость подъёма температуры, как бы следующая за набором прочности бетона. Теплоноситель обеспечивает разогрев камеры и изделия примерно с постоянной скоростью,

- изотермическая выдержка, при которой поддерживается постоянная температура в камере, теплоноситель подаётся для компенсации теплопотерь,

- отключение подачи теплоносителя, сравнительно непродолжительное остывание изделий в камере, из которой может отбираться теплоноситель.

Пример краткой записи этого режима – 3 + 6 + 2 при 80 ^оС. На всех этапах тво обязателны контроль температуры и влажности в камере.

Для ответственных железобетонных изделий особенно с применением предварительно напряжённой арматуры может использоваться двухступенчатый режим: 1 этап ­– медленный разогрев до 40 ^оС, 2 этап – выдержка при постоянной температуре для обеспечения хорошего сцепления бетона с арматурой, 3 этап – более интенсивный подъём температуры до 70…80 ^оС, 4 этап – короткая выдержка при максимальной температуре, 5 этап – отключение подачи теплоносителя, отсос пара из данной камеры тво, непродолжительноеостывание изделий вместе с камерой. Этот режим способствует снижению потерь предварительного напряжения арматуры. Пример краткой записи этого режима: 2 + 3(40^оС) + 2 + 4 (80^оС) + 2.

Для менее ответственных конструкций можно допустить двухэтапный режим: разогрев с определённой скоростью до максимальной температуры и выдержка при этой температуре, а охлаждение осуществляется без контроля температуры.

Для изделий из лёгкого бетона может быть одноэтапный режим, то есть разогрев с заданной скоростью, затем отключение подачи теплоносителя и медленное остывание изделия в камере. Благодаря низкому коэффициенту теплопроводности лёгкого бетона процесс этот будет проходить достаточно медленно, поэтому его можно проводить и вне камеры, так как изделия из лёгкого конструкционно-теплоизоляционного бетона должны иметь низкую остаточную влажность, то испарение влаги при этом допускается.

Режим с предварительной выдержкой может быть одноступенчатый и двухступенчатый. Предварительная выдержка упрочняет бетон и составляет для жёстких бетонных смесей до 2 часов, для подвижных – до 6 часов. Благодаря первоначальной прочности бетона изделие можно прогревать по более жёстким режимам (с большей скоростью подъёма температуры и при более высокой температуре) не опасаясь развития деструктивных явлений.

Режимы тепловой обработкой с прогрессивно возрастающей или ступенчатой скоростью подъёма температуры позволяют на 2…3 часа сократить общую продолжительность тво, что равноценно снижению себестоимости изделий на 6…12 %.

Режим тепловой обработки должен подбираться в каждом конкретном случае экспериментально и назначаться лабораторией предприятия с учётом фактического ритма работы формовочного цеха и тепловых установок.

В целях снижения расхода тепловой энергии следует максимально использовать следующие возможности:

• тепловую инерцию установок и осуществление за счёт этого термосного выдерживания разогретых изделий,

• набор бетоном прочности в период межсменных перерывов, включая выходные, праздничные дни, и снижение за счёт этого максимальной температуры разогрева изделий,

• учёт набора прочности бетона, в том числе после распалубки изделий, при выдерживании в цехе на специальных площадках или в камерах «дозревания», а также в период храненя на складе готовой продукции,

• применение цементов с более высокой активностью при пропаривании, а также быстротвердеющих цементов,

• применение химических добавок, интенсифицирующих твердение бетона при тепловом воздействии.

Для снижения расхода тепловой энергии необходимо оперативно его учитывать, увеличивать коэффициет заполнения тепловых установок, и максимально снизить непроизводительные затраты. При строительстве новых и реконструкции действующих тепловых установок для тепловой обработки жби следует предусматривать специальные меры по экономному расходованию тепловой энергии и устранинию её потерь путём:

- теплоизоляции ограждений камер, элементов термоформ и кассетных установок,

- герметизации камер и тепловых отсеков,

- теплоизоляции и герметизации трубопроводов с теплоносителем и запорной арматуры,

- надёжного уплотнения торцевых проёмов в туннельных и щелевых камерах.

Кроме этого, необходимо предусматривать дополнительные площади для выдерживания изделий в формовочном цехе после тво, камеры «дозревания», утеплённые склады готовой продукции, технические решения по утилизации отработанного теплоносителя и др. Это позволит при некотором увеличении капитальных вложений сократить удельные энергозатраты на тепловую обработку, повысить оборачиваемость формовочной оснастки и тепловых агрегатов и тем самым снизить эксплуатационные расходы.

Сокращение при необходимости длительности тепловой обработки с целью увеличения оборачиваемости форм или тепловых агрегатов следует осуществлять за счёт применения БТЦ, добавок ускорителей твердения, предварительного электро или пароразогрева бетонной смеси, двухстадийной тепловой обработки с выдерживанием на второй стадии распалубленных изделий в камерах «дозревания» и других технологических приёмов, не приводящих к увеличению расхода цемента и тепловой энергии.

7.4 Влияние вида и минералогического состава цемента на выбор режимов тво. Активность цемента при пропаривании.

Для производства бетонных и железобетонных изделий, подвергаемых тепловой обработке, могут применяться портландцементы, быстротвердеющие цементы, шглакопортландцеметны, соответствующие требованиям ГОСТ 10178 и 31108. Сульфатостойкие и пуццолановые портландцементы применяются только в случаях, указанных в ГОСТ 22266. По темпу роста прочности бетона при тепловлажностной обработке цементы делятся на следующие разновидности.

1. Низкоалюминатные портландцементы, содержащие С₃А не более 5 % по массе. Бетоны на таких цементах характеризуются замедленным ростом прочности при коротких режимах тво с общим циклом до 8 часов и достаточно интенсивным приростом прочности при удлинении тепловлажностной обработки и последующем нормальном твердении. Наиболее целесообразны режимы с общей продолжительностью 13…15 часов, при этом R²⁸_проп равно или на 10…15 % выше R²⁸_нт.

2. Среднеалюминатные портландцементы с С₃А свыше 5 до 9 %. Они обеспечивают ускоренный рости прочности бетона в начальный период твердения и медленный при удлинении продолжительности тво. Наиболее эффективны режимы тво продолжительностью до 13 часов, при этом R²⁸_проп примерно равно R²⁸_нт.

3. Высокоалюминатные портландцементы С₃А свыше 9 % обеспечивают наиболее интенсивный рост прочности бетона в ранние сроки тепловлажностной обработки и резко замедляют прирост прочности при удлинённых режимах тво и последующем твердении. Как правило R²⁸_проп менее R²⁸_нт., поэтому применение этих цементов для тепловлажностной обработки сборных железо бетонных изделий нецелесообразно.

4. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) наиболее эффективен при коротких режимах тепловлажностной обработки (до 10 часов), обеспечивает интенсивный прирост прочности при пропаривании и высокие абсолютные значения прочности.

5. Шлакопортландцементы рядовые, содержащие более 30 % доменного гранулированного шлака, как правило вызывают необходимость в удлинении продолжительности и в повышении температуры тепловлажностной обработки. Если это не делать, то равнозначная прочность достигается при повышенном на 10…15 % по массе расходе цемента. Тепловлажностная обработка должна осуществляться в среде с повышенной относительной влажностью воздуха (желательно не менее 90 %), так как при меньшей относительной влажности при тепловой обработке железо-бетонных изделий рост прочности бетона после тво значительно замедляется или полностью прекращается.

6. Быстротвердеющие шлакопортландцементы (содержание шлака менее 30 % по массе) влияют на скорость набора прочности бетона при тво примерно так же, как срдне алюминатные портландцементы 2 разновидности.

7. Пуццолановые портландцементы (ППЦ) для сборного железобетона не рекомендуются, так как они повышают водопотредность бетонных смесей, что отрицательно сказывается на прочности бетона после тво (для получения равнопрочных бетонов требуется повышенный расход цемента) увеличиваются усадочные деформации и ползучесть бетона. Поэтому ППЦ применяются только для получения бетона изделий с повышенной соле и водостойкостью. Ликвидировать отрицательные последствия применения пуццолановых цементов можно введением необходимого количества водоредуцирующих добавок.

8. Пластифицированные цементы из-за медленного начального роста прочности бетона требуют предварительную выдержку до 6 часов, а также пониженную скорость подъёма температуры желательно под пригрузом или в напорной камере тепловой обработки.

9. Не допускается тво бетона изделий на глинозёмистом цементе, так как в этом случае формируются при температуре выше 20…25 ^оС кубические кристаллы С₃АН₆, не обеспечивающие сцепления друг с другом и с заполнителем, что отрицательно сказывается на прочность бетона. Не допускается также применение любых цементов с температурой более 40 ^оС, так как нагрев сопровождается интенсивным повышением водопотребности бетонной смеси постоянной удобоукладываемости.

Одним из основных показателей качества цемента для бетона железобетонных изделий, подвергаемых тепловлажностной обработке, является активность его при пропаривании, определяемая по ГОСТ 310.4.

Образцы для определения активности цемента при пропари­вании изготавливают также, как при определении марки цемента. Для пре­дохранения поверхности образцов от попадания конденсата фор­мы с образцами накрывают пластинами, выполненными из коррозионно стойких материалов и не оказывающими давления на образцы. Фор­мы с образцами помещают в пропарочную камеру, где выдержи­вают в течение (120 ± 10) мин при температуре (20 ± 3)°С (при отключенном подогреве). Пропарку ведут по следующему режиму:

- равномерный подъем температуры до (85 ± 5)°С ......... (180 ± 10) мин,

- изотермический прогрев при температуре (85 ± 5)°С ... (360 ± 10) мин,

- остывание образцов при отключенном подогреве …... (120 ± 10) мин.

Затем открывают крышку камеры, через (24 ± 2) ч с момента изготовления образцы расформо­вывают и сразу же испытывают на изгиб и половинки балочек – на сжатие.

Учёт активности цемента при пропаривании позволяет предприятиям стройиндустрии оптимизировать составы бетона по расходу цемента и режимы тепловой обработки – по продолжительности и удельному расходу энергоресурсов.

В целях учёта активности цемента при пропаривании следует определять значение коэффициента его эффективности при тепловой обработке, К_э:

К_э= R_n/R²⁸_ц ,

где R_n – активность цемента при пропаривании, МПа, по ГОСТ 310.4,

R²⁸_ц – активность цемента при стандартном твердении, МПа, в возрасте 28 суток.

Распределение цементов по прочности при сжатии после пропаривании приведено в табл. 62.

Таблица 62

Группа эф-фективности при пропа-ривании	Вид Цемента	Предел прочности при сжатии после пропаривания, МПа, для цемента марок
		300	400	500	550-600
1	ПЦ ШПЦ	Более 23 Более 21	Более 27 Более 25	Более 32 Более 30	Более 38 ––
2	ПЦ ШПЦ	От 20 до 23 От 18 до 21	От 24 до 27 От 22 до 25	От 28 до 32 От 26 до 30	От 33 до 38 —
3	ПЦ ШПЦ	Менее 20 Менее 18	Менее 24 Менее 22	Менее 28 Менее 26	Менее 33 —

Примечание. Для портландцемента и шлакопортландцемента режим пропаривания принят одинаковым в соответствии с ГОСТ 310.4—81: общая продолжительность 12—13 ч при температуре 80°С (в отличие от СНиП 82-02-95, где для шлакопортландцемента принят режим пропаривания общей продолжительностью 16—18 ч при температуре 90—95°С).

При экспрессном определении коэффициента эффективности за величину R²⁸_ц следует принимать гарантированную марку цемента, указанную в паспорте.

В зависимости от значения К_э цементы всех заводов подразделяются на три группы (табл. 63)

Таблица 63

Группа цемента	Цемент	Кэ
1	Высокоэффективный	0,68 и более
II	Среднеэффективный	0,57…0,67
III	Низкоэффективный	0,56 и менее

Цементы 1 группы характеризуются высоким темпом набора прочности и обеспечивают, как правило, получение 70 % прочности от класса (марки) бетона при режимах тепловой обработки с общей продолжительностью менее 15 часов.

Цементы II группы характеризуются средним темпом набора прочности и обеспечивают получение 70 % прочности от класса (марки) бетона при более длительных режимах тепловой обработки.

Цементы III группы характеризуются низким темпом набора прочности. Применение этих цементов для производства сборного железобетона требует увеличения расхода цемента и поэтому не рекомендуется.

Распределение цементов по группам эффективности при тепловой обработке распространяется как на портландцементы, так и на шлакопортландцеметы, но при применении последних получение 70% прочности достигается при температурах 90…95 ^оС и длительности прогрева на 30 % большей, чем при применении равномарочных портландцементов.

При использовании шлакопортландцементов в условиях тво следует иметь в виду, что для обеспечения последующего роста прочности необходима среда с высокой относительной влажностью. В условиях пониженной влажности рост прочности бетона на шлакопортландцементе значительно замедляется.

Применение пуццолановых портландцементов вследствие повышенной водопотребности бетонной смеси приводит к повышенному расходу цемента при получении равнопрочных бетонов, росту усадки, ползучести бетона и понижению морозостойкости. Для снижения водопотребности бетонных смесей на пуццолановых портландцементах рекомендуется применение водоредуцирующих добавок, которые замедляют схватывание и ранний набор прочности бетона. Прочность бетонов на таких цементах при последующем твердении в воздушно-сухих условиях практически не увеличивается.

Применение пластифицированных цементов позволяет уменьшить водопотребность бетонной смеси. Однако вследствие замедления сроков схватывания и начального твердения, а также дополнительного воздухововлечения тепловлажностную обработку бетонов на таких цементах следует осуществлять по режимам с более длительным предварительным выдерживанием (не менее 4…6 часов), с замедленной скоростью подъёма температуры, либо проводить тепловую обработку под пригрузом или в напорных пропарочных камерах.

5. Камеры тво периодического действия. Требования к современным ямным камерам.

По СНиП 3.09.01-85 тепловые агрегаты (камеры периодического или непрерывного действия, в том числе ямные, туннельные, щелевые, термоформы, кассеты, стенды, гелиоформы и т.п.) и теплоносители (водяной пар, горячая вода, электроэнергия, горячий воздух, продукты сгорания природного газа, высокотемпературные масла, солнечная энергия и т.п.) следует выбирать исходя из технико-экономической целесообразности в зависимости от типа технологических линий (конвейерные, поточно-агрегатные, кассетные, стендовые), конструктивных особенностей изделий и климатических усло­вий в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.

Тепловую обработку изделий из конструкционно-теплоизоляцион­ного легкого бетона необходимо производить в камерах сухого прогрева или термоформах, а предварительно напряженных конструкций, изготов­ляемых в силовых формах, — в туннельных или одноярусных ямных ка­мерах.

С целью соблюдения нормативного расхода тепловой энергии при тепловой обработке в соответствии с СН 513-79 необходимо обеспечить опе­ративный учет расхода энергии, максимально использовать рабочее прос­транство камер, увеличить коэффициент их заполнения и осуществлять мероприятия по максимальному снижению теплопотерь.

Тепловые установки должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими подачу требуемого количества тепла и заданные режи­мы тепловой обработки, а также приборами автоматического учета рас­хода тепловой энергии, регулирования, контроля температуры и влажностного режима.

При создании новых и реконструкции действующих агрегатов для тепловой обработки следует предусматривать специальные меры по эконом­ному расходованию тепловой энергии и устранению ее потерь: теплоизоляцию ограждений камер, элементов термоформ и кассетных установок; выполнение ограждающих конструкций камер из легкого бетона; гидро­защиту теплоизоляционного слоя в ямных камерах, термоформах, кассе­тах, стендах; надежное уплотнение торцевых проемов в туннельных и щелевых каме­рах и т.п.

Тепловлажностная обработка при агрегатно-поточной схеме производства сборных жби в основном осуществляется в среде насыщенного водяного пара или паровоздушной смеси в камерах периодического действия – ямных или туннельных. При этом может использоваться широкая номенклатура жби с близкими размерами, изделия пропариваются в формах, которые штабелируются с зазаром при установке в камеру, или при загрузке камеры с помощью самоходной тележки.

Наиболее широко распространены ямные камеры, которые отличаются простотой и надёжностью в эксплуатации, в ямных камерах производится свыше 60 % от общего объёма производства сборного железобетона. Схема ямной камеры приведена на рис.137

Рис 137 Ямная пропарочная камера. 1 – утеплённые стены камеры, 2 – паровой коллектор с соплами, 3 – электромагнитный клапан подачи пара, 4 – гидрозатвор, 5 – крышка камеры, 6 – гидравлический клапан, 7 – вентиляционные коллекторы, 9 ­ – электромагнитный клапан, 10 – венти-ляционный канал, 11– вентиляционный затвор, 12 – датчики температуры.

Для повышения эффективности ямных камер и снижения расхода тепловой энергии необходим целый ряд мероприрятий:

• Ямная камера, загружаемая сверху, герметизируется с помощью водяного затвора. Для этого по периметру стен устанавливается швеллер рёбрами вверх, а на крышке – уголок, который за один бок приваривается к крышке, а второй бок опускается между рёбер швеллера. При тепловой обработке водяной пар конденсируется на крышке камеры и стекает в лоток, образованный рёбрами швеллера, таким образом обеспечивается плотный стык стен с крышкой,

• Стенки, крышка и днище камеры утепляются минераловатными плитами, которые изнутри защищаются от пара сварной оболочкой из нержавеющей стали, что обеспечивает надёжную теплоизоляцию камеры.

• В камере по углам устанавливаются автоматические стойки и при загрузки сверху форма с изделием устанавливается на нижние отсекатели, которые поворачивают ряд отсекателей на ступеньку выше. Благодаря автоматическим стойкам и автоматической траверсе процесс загрузки форм с изделием и обеспечение горизонтального зазора между формами обеспечивается автоматически.

• Камеры должны быть оборудованы автоматическими клапанами для сброса конденсата и устройствами для отсоса паро-воздушной смеси, которая перебрасывается в другие камеры, где начинается подъём температуры,

• Пар в камеру подаётся через перфорированные трубы, расположенные по верхнему периметру стен. Подаётся пар через паровой регистр и выжимается воздух через обратный клапан, в результате повышается содержание пара в паровоздушной смеси, что улучшает теплопередачу и позволяет сократить продолжительность тепловой обработки.

• Помимо паровых регистров предлагается также подавать в камеру пар через сопла Ловаля, которые представляют собой трубку диаметром 15…25 мм, постепенно расширяющуюся к выходу под углом 25^о. Такие сопла устанавливают вдоль продольных стен камеры на расстоянии 500 мм друг от друга на расстоянии 0,6…0,7 от высоты стен камеры. Струи пара из сопел вовлекают всю греющую среду в циркуляционное движение, что улучшает теплообмен и равномерность прогрева, так как теплоноситель быстрей проникает в узкие полости между формами с изделиями. Давление пара перед соплами не менее 0,25 МПа. Для уменьшения гидравлических потерь углы камер рекомендуется скруглять.

Схема современной ямной камеры для тепловлажностной обработки жби острым паром приведена на рис.138

Рис.138 Схема ямной камеры.

1 – утеплённые стенки, 2 – сопло пароподачи, 3 – магнитный клапан, 4 – пароизоляция крышки,

5– водяной замок, утеплённая крышка камеры, 6 – обратный клапан, 7 – вентитляци-онные окна, 8 – клапан сброса конденсата, 9 – датчики температуры

Характеристики типовых напольных камер, оборудованных утеплителем с паронепроницаемым слоем, с подачей пара чарез сопла Ловаля, с обратным клапаном для выпуска воздуха и системой перепуска пара приведены в табл.64.

Таблица 64

Характеристики напольных камер (типовой проект 409-10-26)

Показатели	Камеры типа
	1	2	3
1 Внутренние размеры, м длина ширина глубина	7 2,5 3	7 3,75 3	14,5 4 4
2 Отметка пола камеры, м	-0,5	-0,5	-1,2
3 Марка стоек для пакетирования	СМЖ 298	СМЖ 293	СМЖ 294
4 Объём бетона, загружаемого в камеру, м3	6,7-9,2	6-12	20-23
5 Число камер в одном блоке	1-4	1-3	4
6 Длина блока, м	7,6	7,6	29,9

7.6 Разновидности ямных камер

Ямные малонапорные камеры позволяют сокращать продолжительность тво на 3-5 часов за счёт прогрева при избыточном давлении паровоздушной среды 0,02…0,06 МПа. В этих камерах механизированная верхняя крышка снабжена замками и резиновым уплотнителем, обеспечивающим герметизацию внутреннего пространства, имеется также вентиляционный обратный клапан, позволяющий удалять воздух. Избыточное давление создаётся паром и сжатым воздухом или только паром, конденсат удаляется автоматическим клапаном. Для охлаждения изделий и переброса теплоносителя из камеры по окончании тво предусмотрены приточный и вытяжной вентиляционные затворы, снабжённые электромеханическими приводами.

Гидроаэроциркуляционные камеры ямного типа оснащены взамен системы пароснабжения водяным термобассейном, устройством для нагрева воды и системой принудительной циркуляции паровоздушной среды в объёме камеры (рис.139)

Эта система, обеспечивает помимо увеличения интенсивности теплоотдачи подогрев и влагонасыщение среды путём отбора воздуха из верхней зоны камеры и нагнетания его через слой горячей воды. Замкнутый цикл циркуляции среды и возможность её перемещения в смежную камеру тво сводит к минимуму потери тепла и повышает коэффициент полезного использования тепла. Тво железобетонных изделий в этой камере осуществляется за счёт конденсации и конвективной теплопередачи циркулирующей между формами влагонасыщенной среды, нагреваемой от находящейся в бассейне в состоянии псевдокипения горячей воды.

Рис. 139 Схемы гидроаэроциркуляционных камер тво жби: а) – с эжекторной системой циркуляции, б) – с напорным вентилятором

1 – ямная утеплённая камера, 2 – термобассейн (лоток) с водой, 3 – нагреватели воды, 4 – гидронасос, 5 – водовоздушный эжектор, 6 – перфорированная труба, 7 – циркуляционный водопровод, 8 – воздухозаборник, 9 – воздуховоды, 10 – напорный вентилятор.

Пузырьки воздуха, проходя через слой горячей воды, насыщаются влагой, отбирают тепло у горячей воды и замещают находящийся там воздух. В камере создаётся влагонасыщенная среда с отнорсительной влажностью близкой к 100 % и с температурой горячей воды в термобассейне. Система таплоснабжения замкнутая, без сброса воды в канализацию, управление автоматическое. Нагрев воды в бассейне производится электронагревателями, может использоваться гелеоколлектор или подключение к горячему водоснабжению. Перепад температуры в камере не превышает 6 градусов, скорость подачи воды через эжектор регулируется в пределах 1,4…4 м³/час. Расход электроэнергии составляет 80…100квт.ч/м3 жби (9,6…12 кг условного топлива).

Длительность предварительного выдерживания может быть до 8 часов. Допускается предварительная выдержка отформованных изделий в нагретых до 45 ^оС камерах. При температуре бетона 15…20 оС и среды 25 оС время предварительной выдержки для цементов: 1 группы эффективности при пропаривании – 1…2 часа, II группы – 3 часа, III группы – 3,5 часа. Чем выше класс бетона по прочности при сжатии и марка используемого цемента, тем короче предварительная выдержка.

Для исключения дефектов на поверхности бетона жби скорость нагрева не более 20 градусов в час, а при толщине изделий не менее 40 см – 10…15 градусов в час. Максимальная температура для бетона на портландцементе 80…85 ^оС, а на шлакопортландцементе 90….95 ^оС. Для снижения энергозатрат следует снижать температуру нагрева: при 1 цикле тво в сутки 50…70 % от марочной прочности обеспечивается при температуре 50…60 ^оС термосного прогрева. При изотермическом прогреве его длительность выбирается по табл.65.

Таблица 65

Класс бетона	Группа цемента	t, оС изо-цикла	Rсж в % от R28 при выдержке час.
			4	6	12	18
В15 (М200)	1	80	52-60	60-67	67-72	73-76
		60	30-39	40-48	50-56	60-64
		40	11-20	22-31	33-40	44-49
	II	80	47-55	56-64	63-69	70-74
		60	25-33	34-43	44-51	55-60
		40	-	19-29	28-36	38-44
В22,5 (М300)	1	80	57-65	65-71	71-75	75-77
		60	38-46	47-54	55-60	64-67
		40	16-25	30-38	41-47	52-56
	II	80	51-59	60-67	67-72	72-75
		60	30-39	40-48	50-56	60-64
		40	11-20	26-35	35-42	45-50
В30 (М400)	1	80	65-70	70-75	77-80	80-81
		60	44-50	53-59	62-66	73-75
		40	26-34	38-45	50-55	62-65
	II	80	58-64	65-70	73-77	78-80
		60	37-45	46-53	57-62	67-70
		40	16-25	35-43	44-50	52-56
В37,5 (М500)	1	80	69-74	74-78	81-83	83-84
		60	49-56	58-63	67-71	73-76
		40	34-42	45-51	56-61	65-67
	II	80	64-70	70-75	76-79	81-82
		60	45-53	53-60	61-65	70-72
		40	42-49	42-49	50-55	57-60

Примечание к табл. Предварительная выдержка 2 часа, скорость подъёма температуры 15 ^оС в час, охлаждение в камере 2 часа, испытание образцов – через 4 часа после окончания тво.

При термосном режиме длительность его зависит от числа оборотов камеры тво в сутки, при этом за температуру прогрева принимают среднюю температуру за период выдерживания:

t_cр = ,

где t_р –­ максимальная температура бетона к концу периода разогрева , ^оС,

v – средняя скорость остывания камеры с изделиями, ^оС/час,

продолжительность операций по распалубке, подготовке, форм, формованию изделий, отделки их поверхности, ч,

, продолжительность предварительного выдерживания и периода подъёма температуры, ч.

По окончанию изотермического или термосного прогрева изделия должны остывать в камере при отключенной подаче горячей воды в течение не менее 2 часов. При выгрузке из камеры перепад температуры между поверхностью бетона и окружающей средой допускается не более 40 ^оС. После распалубки изделия зимой выдерживание в цехе или на тёплом складе должно быть не менее 12 часов, при этом следует учитывать прирост прочности бетона в течение этого периода.

Контроль распалубочной прочности бетона жби осуществляется испытанием образцов – кубов, твердевших в камере вместе с изделиями и испытываемых через 2…4 часа после распалубки. Допускается использование неразрушающих методов контроля прочности бетона в изделиях. Отпускная прочность контролируется перед отгрузкой изделий с предприятия.

Контроль режима тво осуществляется по температуре горячей воды в термобассейне, по длительности работы циркуляционной системы, по времени открытия камеры и выгрузке изделий.

Тепловая обработка в среде продуктов сгорания природного газа позволяет экономить до 40 % тепловой энергии по сравнению с паропрогревом за счёт устранения и сокращения различных видов потерь и предполагает возможность использования обычных камер ямного типа. Для успешного применения этого вида тво необходима разработка эффективных теплогенераторов или технологических приёмов, устраняющих обезвоживание (сушку) бетона жби. Каждая камера снабжается компактным парогенератором, состоящим из рециркуляционного вентилятора, камеры сгорания и пульта автоматического управления процессами.

Теплогенератор размещается непосредственно у камеры тво для забора теплоносителя из одного участка камеры и подачи его после подмешивания продуктов сгорания газа в другой участок. Температура теплоносителя регулируется подачей газа к горелке и составляет 90…110 ^оС, так чтобы температура поверхности бетона не превышала 80…85 ^оС. Результаты сравнения данного способа прогрева жби из керамзитогазобетона с паропрогревом при неизменной длительности тепловой обработки (8 часов в обоих случаях, ) приведены в табл. 66

Таблица 66

Показатели	После пропаривания		После прогрева
	Через 1 сутки	Через 28 суток	Через 1 сутки	Через 28 суток
ест. влаж. Кг/м3	1177	1126	1159	1155
Коэф.вар., %	0,82	1,80	0,87	1,55
Rсж, МПа	5,7	10,1	7,2	9,7
Коэф.вар., %	25	13,1	9,3	9,5
Rр, МПа	0,82	1,05	0,78	1,07
Коэф.вар., %	6,9	14,5	7,9	7,2
Rизг, МПа	1,61	1,74	1,51	1,81
Коэф.вар., %	18,5	18,2	6,6	3,1
Е прп	-	8800 МПа	-	12500 МПа
Влажность, %	9,6	5,2	7,5	4,2

При практически неизменных характеристиках бетона расход топлива снижается в 6 раз: при прогреве керамзитогазобетона на 1 м³ изделий расходуется 10,5 тыс м³ газа (около 90000 ккал на 1 м³), а при пропарке расход пара составляет 660 кг на 1 м³, для чего в котельной сжигалось 65,6 тыс. м³ газа (562000 ккал на 1 м³).

Этот метод опробован и для изделий из тяжёлого бетона, влажность которого после прогрева снизилась на 1,4 %, но при этом скорость роста прочности практически не снизилась.

Кинетика нарастания прочности тяжёлого и лёгкого бетонов классов В15-В40 в среде продуктов сгорания природного газа при температуре 80…90^оС с увлажнением в период изотермической выдержки или защитой открытых поверхностей изделий от высушивания приведена в табл. 67.

Таблица 67

Класс ( Марка)	Группа цемета	Rб в % от Rм через 0,5 ч после тво по режимам
		11,5(0,5+3+6+2)	17, 5(),5+3+12+2)	23,5(0,5+3+18+2)
В15 (200)	1	56	65	70
	11	51	59	66
	111	38	48	56
В25 (300)	1	65	74	79
	11	57	64	72
	111	49	61	69
В30 (400)	1	67	72	83
	11	59	67	75
	111	43	63	72
В40 (500)	1	69	77	85
	11	62	71	79
	111	56	66	75

При режимах с суточным оборотом и применением цементов 1 и 11 групп по активности при пропаривании температура изотермического прогрева может быть снижена до 60…65 ^оС.

В камерах с хорошей теплоизоляцией при термическом сопротивлении теплопередаче не менее 1,32 м^2оС/Вт и цементах 1 и 11 групп целесообразно применять термосные режимы прогрева с укороченной до 2…4 часов изотермической выдержкой при 80…85 оС и относительной влажностью среды 80…95 % с последующим твердением в условиях медленного остывания без подачи тепла.

Для лёгких бетонов классов не более В7,5 для стеновых ограждающих конструкций, к которям предъявляются требования по отпускной влажности лёгкого бетона, тепловая обработка будет совмещать ускорение твердения и сушку. Оптимум при этом достигается в продуктах сгорания природного газа при температуре 90…95 ^оС и относительной влажности 20…60 %, допускается повышение температуры до 110 ^оС.

Электропаропрогрев используется также для тво изделий в ямных камерах. На дне камеры собирается конденсат, разогрев которого осуществляется пропусканием через него переменного электрического тока напряжением 380 в. В качестве электродов используются обычные водопроводные трубы. Нагреватели включаются на 2…4 чпаса в зависимости от загрузки камеры а после достижения заданной температуры отключаются. Внедрение электропаропрогрева вместо пропаривания за счёт экономии до 30 % энергоресурсов уменьшает стоимость тво и позволяет заводам жби отказаться от капитальных затрат на сооружение котельной и тепловых сетей. Получение технологического пара и обогрев помещений становится полностью электрофицированным и легко автоматизируется.

Камеры тво с регулируемой влажностью теплоносителя. При существующих режимах пропарки в период разогрева после включения пара влажность среды в камере тво резко повышается, что приводит к образованию конденсата на поверхности жби. В этот период термоградиентный влагоперенос приводит к миграции конденсата внутрь изделий, чему способствует и развивающееся контракционное снижение давления внутри изделия. Это премещение влаги является одной из причин образования направленной открытой пористости бетона жби.

На этапе охлаждения после отключения пара влажность среды в камере значительно понижается, что вызывает мигруцию воды в бетоне к поверхности изделия. Это дополнительно приводит к развитию направленной пористости, особенно в периферийных зонах открытой поверхности пропариваемого изделия.такие действия влаги вызывают рост неоднородности структуры и свойств бетона. Наибольшая морозостойкость и прочность бетонов наблюдается для жби изделий, пропариваемых в камерах с регулируемой относительной влажностью паровоздушной смеси в камере тво, которая составляет примерно 60…80 %: в период подъёма температуры и около 100 % в период охлаждения изделий. В результате сократился режим тво с 2+3+8+3 =16ч до 2+3+4+2=11ч, перепад температуры при разогреве уменьшился с 27^о до 7^о, в период изотермической выдержки с 16^о до 5^о, препад влажности при разогреве уменьшился с 18 % до 3 %, прочность при сжатии после пропарки практически не изменилась, водопоглощение уменьшилось с 2,56 % до 1,64 %, расход цемента сократился с 480 кг/м³ до 390 кг/м³.

Твердение бетона в среде водного аэрозоля. В процессе тво прп твердении жби в среде насыщенного водяного пара с примесью водуха наиболее сложными с позиции тепло и массообмена являются стадии подъёма температуры и охлаждения. На стадии разогрева жби происходит конденсация водяного пара на поверхности изделий, часть конденсата переносится в материал, повышая его интегральное водосодержание. На стадии охлаждения конвективный теплообмен между изделием и паровоздушной средой сопровождается парообразованем в толще материала и испарением влаги с открытой поверхности, при этом уменьшается водосодержание и создаётся система сообщающихся открытых пор.

Традиционная тво в паровой среде неэкономична, так как на 1 м³ жби расходуется до 500 тыс ккал тепла, в то время как необходимо всего не более 80 тыс. ккал. Кроме того, при пропаривании могут протекать деструктивные процессы, что затрудняет возможность получения высококачественного бетона.

При ускоренном твердении бетона в среде водного аэрозоля разделяются процессы увлажнения и нагревания среды в камере тво. В этом случае в замкнутом объёме камеры тво проходят все процессы – предварительная выдержка, нагрев, изотермическое или термосное выдерживание и охлаждение происходят в аэрозольной среде. Частицы воды до размеров 1.10^-3…1.10^-4 см измельчаются механическим путём минуя процесс кипячения. Наряду с этим бетон изделий нагревается независимо от увлажнения с помощью любых источников тепла –термоэлектронагревате-лями (ТЭНами), продуктами сгорания газа, солнечной энергией и др. частицы водного тумана размером 1.10^-3…1.10^-4 см в отличие от дождевых капель находятся в хаотическом (Броуновском) движении и свободно плавают в воздухе. Скорость их падения, обусловленная гравитационным полем, ничтожно мала и поэтому они испаряются, не достигнув какой либо поверхности и не образуя плёнки воды на поверхности твердеющего бетона. Эти каплииспаряются в первую очередь, создавая повышенную упругость паров воды в окружающем их пространстве, определяемую в соответствии с законом Кельвина:

,

Где поверхностное натяжение жидкости,

, – плотности жидкости и пара,

R– радиус капли.

При определённом способе тво бетон будет твердето при упругости водяного пара:

,

где р – давление, при котором пар и жидкость, имеющая плоскую поверхность, находятся в равновесии при данной температуре,

дополнительное давление пара при испарении воды с поверхности капель радиусом R c температурой t^оС, при которой эта капля находится.

Следовательно, в основу данного метода тво положено физическое явление, позволяющее получить повышенную упругость паров воды над поверхностью твердеющего бетона. капли с размером более 1.10-3 см не должны применяться в процессе твердения бетона, так как они при столкновении с поверхностью жби дают избыточное давление (гидравлический удар), способствующее разрушению поверхности изделия.

Благодаря распылению воды до размера капель 1.10-4 см появляется возможность увеличить давление упругости насыщенных паров воды, например, при 20 ^оС и нормальном давлении на 0,15 %.

Применение данного способа тво исключает обмен водой между окружающей средой и твердеющим бетоном, а расход воды на образование достаточного количества водяного тумана при 85 оС не превышает о,5л. При понижении температуры в камере тво количество распыляемой влаги уменьшается.

Дополнительное давление следует рассматривать как «щит», который предотвращает испарение воды затворения из бетона при любой температуре во время тво. При этом дождевание не проявляется и твердеющий бетон не будет находится в контакте с водой и не будет впитывать её. Расчётное В/Ц при этом способе изменяться не будет, что положительно сказывается на формирование капиллярно-пористой структуры цементного камня и контактного слоя. При этом есть возможность выбирать и поддерживать оптимальные режимы твердения, благодаря раздельному и независимому введению процессов увлажнения среды и нагревания твердеющего бетона без проявления деформаций и внутренних напряжений, превышающих его прочность в данный момент времени. Улучшение макро и микроструктуры бетона способствует повышению его эксплуатационных свойств.

При отсутствии водяной плёнки на поверхности бетона, твердеющего по данному способу, возникает явление адсорбции. В этой связи в бетоне появляется всекстороннее давление 0,1 МПа, обусловленное капиллярными силами и внутренним контракционным разряжением, которое действует как наружный пригруз, предохраняя твердеющий бетон от деструкции.

Новый способ предполагает нагрев камер тво любым способом, кроме открытого (острого) пара, вместо которого впрыскивается водяной «тьуман» через воздуховодяные форсунки, дающие факел около 2 м, то есть, для больших камер форсунки ставятся через 2,5…3 м.

Высокая экономичность данного способа тво заключается в том, что :

1. применение его не связано со строительством и эксплуатацией громоздких установок для получения пара (котельных, парогенераторов),

2. независимость пропарочных камер – возможность их организации и эксплуатации даже на стройплощадках,

3. тво проходит при ограниченном расходе воды,

4. предохраняется окружающая среда от загрязнения (не сжигается топливо для парообразования),

5. повышение производительности труда, улучшение условий труда.

6. улучшается качество бетона и его поверхности, сокразщается время твердения,

7. снижается себестоимость жбк на 12…15 %.

Подача тумана идёт импульсно по программе от автоматического регулятора, поддерживающего относительную влажность 95…100%, через форсунки подаётся дозированный расход тумана. Форсунки устанавливаются в количестве 2…3 штук на ямную камеру и по 2…4 штуки на каждую зону туннельной камеры. Если камера проектируется заранее, то следует предусмотреть пространство в 20…40 см для факела под крышкой камеры у стены и между изделиями. Для создания необходимых зазоров между изделиями применяются автоматические стойки или прокладки толщиной 20…30 см.