Виды тепловой обработки.

Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий является одним из наиболее длительных и ответственных процессов в технологии их производства. Сущность ее состоит в том, что при повышении температуры до 80 100°С скорость реакции гидратации вяжущих веществ увеличивается.

Тепловая обработка сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий производится с применением режимов, обеспечивающих минимальный расход тепловой энергии и ускоренное достижение заданной прочности бетона.

На заводах ЖБИ нашли широкое распространение следующие виды тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий: пропаривание в камерах периодического или непрерывного действия при нормальном атмосферном давлении и температуре 60-100 °С; запаривание в автоклавах при температуре насыщенного водяного пара 175-190°С и давлении 0,9-1,3 МПа; нагрев в закрытых формах с контактной передачей тепла бетону от различных теплоносителей через ограждающие поверхности форм; электропрогрев бетона; прогрев в электромагнитном поле, а также с использованием солнечной энергии. При применении в качестве источника теплоты электроэнергии нагрев изделия осуществляют при непосредственном прохождении электрического тока через бетон или при помощи различных нагревателей и излучателей.

Тепловая обработка тяжелого бетона может осуществляться в тепловых установках периодического и непрерывного действия (пропарочные камеры периодического и непрерывного действия, кассетные установки, термоколпаки, пузырьковые камеры).

В качестве теплоносителя в этих камерах могут применяться насыщенный водяной пар, паровоздушная смесь, аэрированная горячая вода.

Во избежание значительных влагопотерь при тепловой обработки изделий с открытыми поверхностями обязательным является обеспечение влажности среды не менее 90 - 96 % или защита открытых поверхностей изделий влагонепроницаемыми материалами или пленкообразующими составами.

Период предварительного выдерживания изделий не предусматривается. Он должен приниматься равным 1 - 2 час.

Скорость нагрева бетона на поверхности изделий не должна превышать 20 °С/ч. Исходя из этого условия следует назначать скорость подъема температуры среды в камере.

Рекомендуемая температура бетона к концу периода нагрева не должна превышать 60 - 65°С.

При нагреве изделий до 80 °С рекомендуется применять ступенчатые режимы с повышением температуры в камере первые 1 - 1,5 ч до 40 - 50 °С, выдерживанием изделий при этой температуре без подачи пара в течение 1 - 1.5 ч и интенсивным подъемом температуры в течение 1 ч до 80 °С.

При применении предварительно разогретых до температуры 60 °С бетонных смесей с осадкой конуса 5 - 9 см суммарное время подъема температуры и изотермической выдержки по сравнению с расчетными данными сокращается для изделий толщиной:

-300-400мм на 4 ч.

-160-300мм на 3 ч.

-до160мм на 2 ч.

Нарастание прочности бетона при тепловой обработке зависит от температуры изотермического прогрева, вида применяемого цемента, его минералогического состава и удельной поверхности, значения В/Ц в бетоне и жесткости смеси.

На скорость твердения бетона значительное влияние оказывают условия пропаривания свежеотформованного изделия. При пропаривании в закрытых формах прочность бетона повышается за счет уменьшения деформаций, нарушающих структуру твердеющего цементного камня, что позволяет сократить продолжительность изотермического прогрева, время предварительного выдерживания и подъема температуры, особенно при высоких ее значениях. Продолжительность пропаривания изделия в форме, укрытой резиновым листом или полиэтиленовой пленкой, может быть сокращена до 15 %, а в форме, укрытой металлическим листом, до 20 % по сравнению с продолжительностью пропаривания в открытой форме.

В заводских условиях тепловая обработка осуществляется тремя способами: в воздушной среде при температуре до 60— 80°С; в среде насыщенного пара при нормальном давлении и температуре 95—100 °С; в среде насыщенного пара при давлении от 8 до 12 атм и температуре от 174 до 225 °С. Способ тепловлажной обработки выбирают в зависимости от метода изготовления, вида бетона, консистенции смеси и типа изделия.

В кассетных установках изделия обрабатывают; с помощью пара, подаваемого в паровые отсеки. В кассетах имеется паровой отсек, который обогревает изделие с двух сторон или пакет из двух изделий. Равномерность тепловой обработки в кассетах позволяет достичь распалубочной прочности через 3—4 ч и тем самым увеличить оборачиваемость до 6 раз в сутки. В связи с незначительной площадью открытой поверхности бетона в кассетах допускается высокая скорость повышения температуры (в тепловом отсеке до 60—70°С в 1 ч).

В процессе тепловой обработки в бетоне происходят сложные физические процессы, вызывающие появление деформаций способствующих образованию трещин.

При изотермическом прогреве затвердевший бетон увеличивается в объеме и вследствие разницы коэффициентов линейного температурного расширения его компонентов образуются микродефекты.

При подъеме температуры и в начале изотермического прогрева температура и давление пара в изделии более низкие, чем окружающей среды и наружные более нагретые его слои увеличиваются в объеме в большей степени, чем внутренние. Кроме того, разница температуры в различных слоях бетона создает в них разность парциальных давлений. Это вызывает перемещение влаги из наружных слоев во внутренние и расширение находящейся в порах паровоздушной смеси, создающей внутри бетона избыточное давление. В этот период, особенно при быстром подъеме температуры, в бетоне возникают значительные напряжения и образуются трещины и нарушается контакт между цементным камнем и заполнителем.

Таким образом, в бетоне в период тепловлажностной обработки наблюдаются остаточные объемные деформации, возникающие в начальной стадии твердения при нагревании изделий из еще недостаточно прочного бетона, образование направленной капиллярной пористости, в связи с перемещением влаги и паровоздушной смеси, пониженной плотности цементного камня в бетоне, вызванной недостаточной степенью гидратации и образованием более крупных кристаллогидратов, приводящих к появлению многочисленных дефектов, вызывающих снижение эксплуатационных характеристик изделий и конструкций.

Итак, в процессе тепловой обработки наряду с рядом положительных факторов, ускоряющих твердение, имеют место факторы отрицательно влияющие на формирование структуры бетона в изделии. Задача технологов сводится к тому, чтобы усилить влияние положительных факторов и ослабить или исключить влияние отрицательных. Это осуществляется путем оптимизации режимов тепловой обработки.

Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий проводится до достижения распалубочной, отпускной, а для предварительно напряженных изделий передаточной прочности. Под распалубочной прочностью подразумевается необходимая прочность бетона, по достижению которой возможны выемка изделия из формы без повреждений и безопасное транспортирование к месту хранения. Отпускная прочность бетона согласно ГОСТ 13015.0 должна быть не менее: для изделий из тяжелых бетонов всех классов и легких бетонов класса В7.5 и выше 70%; для легких бетонов класса ниже В7.5 80%; для бетонов автоклавной обработки 100% проектной прочности. В холодное время года отпускная прочность бетона назначается равной его проектной прочности.

Необходимо также сказать несколько слов о твердении бетона в естественных условиях. Нарастание прочности бетона при твердении в естественных условиях подчиняется логарифмическому закону:

быстротвердеющие цементы обеспечивают более интенсивную скорость нарастания прочности бетона в первые сроки твердения, зато в дальнейшем, после 28-суточного возраста, дают малый прирост прочности. Алитово-алюминатные портландцементы обладают высокой скоростью твердения в начальные сроки. Шлакопортландцемент, пуццолановые, а также белитовые портландцементы отличаются замедленной скоростью твердения в ранние сроки и более интенсивным нарастанием прочности при длительном твердении (90, 180 дней).

Увеличение удельной поверхности цемента повышает прочность бетона, особенно в короткие сроки, и, следовательно, увеличивает скорость твердения бетона.

Прочность бетона нарастает также с уменьшением В/Ц и увеличением жесткости бетонной смеси. Нарастание прочности бетона после 28 суток с увеличением удельной поверхности цемента, снижением В/Ц и повышением жесткости бетонной смеси заметно уменьшается.