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 t_пара> t_бетона. 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, T_max ⁼ 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 м^л 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 T_max ⁼ 60-85 °С; на ШПЦ Т_max - 90-98 °С; для преднапряженных изделий T_tnax - 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 К_акт>= 0,68; II гр К_акт = 0.57-0.68; III гр К_акт < 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 С_зS. 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 С_зS, но при этом нужна большая температура пропаривания до 100°С.

Разогрев бетонных смесей

Использование разогретых б.с. дает возможность: -формовать изделия на полигонах на открытом воздухе, зимой при небольших отрицательных температурах до -10°С; -повысить качество бетона; -значительно сократить или совсем исключить ТО изделий. Если использовать б.с. с суперпластификатором и подогревать их до t = 65-70°C, а в дальнейшем отформованные изделия сохранять при положительной температуре, то можно через сутки получить прочность бетона в изделии 65% от требуемой, т.е. избавиться от ТО изделий. Нагревать б.с. на ГЩ можно до 65°С на ШПЦ до 75°С. Разогрев может производиться как в смесителях, так и в подогревающих устройствах паром или электрическим током.

Разогрев б.с. паром.

Во вращающийся смеситель с б.с. со стороны подачи материалов вводится пар. Пар, соприкасаясь с частицами б.с. конденсируется на них, а следовательно, их увлажняет и нагревает. В начальный период, когда есть большая разница между t_napa и t_б.с. процесс нагрева протекает наиболее интенсивно. Но по мере нагревания б.с. и увеличения t^ _c интенсивность процесса снижается, т.к. на поверхности частиц образуется водяная пленка, которая препятствует теплопередаче.

Т.о. за 2-3 мин можно нагреть б.с. до нужной температуры. Расход пара при этом 90-95 кг на м³ б.с.

В отдельных случаях пар может подаваться в б.с. через полые лопасти, которые перемешивают б.с. (струйные смесители). В смесителях с горизонтальным рабочим валом принудительного действия пар может подаваться непосредственно в нижнюю часть корпуса для подогрева смеси.

При пароразогреве б.с., состав б.с. изначально проектируется таким образом, чтобы учесть количество конденсата, которое поступит в смесь при ее нагреве.

Более эффективно прогревать б.с. непосредственно перед укладкой в форму. Для этого применяется специальные устройство: вибролотки или др. подогревающие устройства.