Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

Как видно из графика, время прогрева уменьшается при пО]Вышении жесткости смеси, уменьшении В/Ц и повышении

температуры.

Существование указанных зависимостей вызвало мно­ гочисленные попытки облечь их в математическую фор­ му. Были предложены функции «интенсивность» и «зрелость» тепловой обработки, представляющие произведение темпера­ туры на время, а также формулы, связывающие температуру изотермического прогрева с интенсивностью пропаривания, для получения требуемой прочности. Однако ввиду многооб­ разия факторов, влияющих на время изотермического прогре­ ва, неравномерности нарастания прочности, а также недоуче­ та деструкции в бетоне при достижении температуры изотер­ мического прогрева предложения не нашли практического применения. Поэтому длительность пропаривания назначается на основе имеющихся опытных данных, с последующей произ­ водственной их проверкой.

Пропаривание бетонов на алитовых цементах рекоменду­ ется производить при температурах около 80°, так как даль­ нейшее повышение температуры может вызвать недобор конечной прочности. Пропаривание при температурах, близ­ ких к 100°, целесообразно только для бетонов из жестких сме­ сей на портландцементе и бетонов с применением смешанных цементов. При использовании прочных, полностью закрытых фор*м (контактный прогрев), исключающих деструктивные процессы в изделии, тепловая обработка при температурах, близких к 100°, может быть применена и для подвижных бе­ тонных смесей ,на портландцементах.

Ю. С. Малинин и М. М. Капкин исследовали влияние про­ должительности пропаривания на процесс гидратации цемен­ та. После начала пропаривания в различные сроки определяли количество химически связанной воды, выделившегося гид­ рата окиси кальция и контракции цементного теста. Резуль­ таты исследования приведены на графике (рис. 52).

Как следует из графика, через шесть-восемь часов пропа­ ривания количество связанной воды, выделяющейся извести и контракция достигли практически постоянных значений. Петрографическое исследование цементного камня показало, что к указанному моменту, т. е. через шесть-восемь часов, прореагировало 40% зерен цемента. В микрошлифе были видны зерна цемента, окруженные гелеобразной массой. Пос­ ле 22 часов пропаривания количество прореагировавших зерен цемента почти не изменилось (42%), но гелеобразная масса

оказалась пронизанной кристаллами. На основании этих исследований сделан вывод, что гидратация и гидролиз закан­ чиваются в период подъема температуры и первые часы, изо­ термического прогрева. В остальное время происходят уплот­ нение геля и перекристаллизация новообразований.

Рис. 52. Влияние продолжительности пропаривания на процесс гидра­ тации цемента.

Превышение сроков оптимального изотермического про­ грева может снизить прочность пропаренного бетона из-за дальнейшего развития процессов перекристаллизации новооб­ разований. При перекристаллизации возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин и спаду прочности. Затем вследствие продолжающейся гидратации трещины залечиваются и обусловливают новое повышение прочности. Чередование указанных спадов и возрастаний прочности в бетонных изделиях, прогреваемых длительное время, имеет вид, представленный на рис. 53.

Как слишком продолжительный изотермический прогрев, так и повышение температуры прогрева бетонов на обычных портландцементах способствуют созданию вокруг зерен це-

148

мента плотных малопроницаемых оболочек, затрудняющих дальнейшие процессы гидратации, что отрицательно сказыва­ ется на дальнейшем нарастании прочности бетона.

После изотермического прогрева бетона температуру сни­ жают и изделия охлаждают. Как уже было сказано, возни­ кающие при этом температурные перепады приводят к обра­ зованию растягивающих напряжений. Чем массивнее изделие

§

I

Рис. 53. Влияние продолжительности пропаривания на проч­ ность бетона.

и чем быстрее оно охлаждается, тем больше величина этих напряжений. Поэтому скорость снижения температуры в ка­ мере не должна превышать 30—40° в час, а для массивных изделий желательно 20—30° в час. Выгрузка изделий из ка­

149

меры разрешается только при разнице между температурам)! наружного воздуха и изделия не более 40°.

Ориентировочное назначение режима пропаривания бе­ тонных изделий следует производить пользуясь рекоменда­ циями «Инструкции по пропариванию бетонных и железобе­ тонных изделий на заводах и полигонах», разработанной НИИЖБ.

Весьма эффективным может оказаться сочетание пропар­ ки с методами ускорения твердения без тепловой обработки. Применение БТЦ, химических добавок, домол цемента позво­ ляют получить некоторое упрочнение бетона еще до пропари­ вания и уменьшить деструктивные явления при подъеме тем­ пературы, что дает возможность сократить общую продолжи­ тельность тепловой обработки.

При использовании 'поверхностноактивных добавок в бе­ тонных смесях необходимо учитывать их замедляющее влия­ ние на процесс .твердения в первоначальные сроки. При про­ паривании по обычным режимам в неокрепшем бетоне при этом могут сильно развиваться деструктивные процессы. Не­ обходимо применять предварительное выдерживание и мед­ ленный подъем температуры либо вводить одновременно с ПАД добавки — ускорители твердения.

Паропрогрев при повышенном давлении в автоклавах

Паропрогрев бетонных изделий в автоклавах при давле­ нии пара 8—42 атм (запарка) позволяет сохранить воду в бетоне в капельно-жидком состоянии при температуре 160— 180°.

Существенного различия в реакциях твердения минералов портландцемента и составе новообразований при запарке в автоклаве и при паропрогреве при атмосферном давлении нет. Повышенные температуры только значительно ускоряют твердение бетона, а его прочность при четырех-шести часах изотермического прогрева может превысить марочную, при этом цементный камень будет отличаться большей закристаллизованностью, а следовательно, и еще меньшей интенсив­ ностью твердения в последующие сроки, чем при пропарке при атмосферном давлении.

Отличительной особенностью бетонов автоклавного твер­ дения является взаимодействие поверхности зерен заполни­ телей из кислых горных пород с гидролитической известью

150

портландцемента, развивающееся при температурах выше 100°. Это значительно улучшает структуру и технические свойства бетонов. Однако ввиду сложности технологии запар­ ки и дефицитности оборудования запарка обычных цемент­ ных бетонов распространения не получила.

Еще в 1934 г. было установлено, что добавка молотого кварцевого песка к портландцементу при автоклавной обра­ ботке бетонов может значительно увеличить их прочность за счет реакций синтеза гидросиликатов. Поэтому для автоклав­ ной обработки целесообразно применять песчанистые портландцементы, т. е. цементы, содержащие 30—60% молотого песка либо других дисперсных силикатных или алюмосили­ катных компонентов. Бетоны автоклавного твердения на та­ ких цементах обладают более высокой прочностью, плот­ ностью, а иногда и большей долговечностью, чем бетоны на «чистом» портландцементе.

Для бетонов автоклавного твердения целесообразно при­ менять смешанное вяжущее на основе портландцемента и и извести с кремнеземистой добавкой. В этом случае рацио­ нально объединяются положительные технические свойства цементных и силикатных бетонов, что дает значительный эко­ номический эффект.

Физические процессы при запарке бетонов аналогичны процессам, проходящим при.пропаривании, и связаны с раз­ витием термических деструкций, в последующем снижающих

ведены на рис. 54,1, где на диаграммах показаны линейные деформации образцов бетона при подъеме температуры и изотермическом выдерживаний. Остаточные деформации пос­ ле спуска давления и охлаждения образцов не замерялись, так как они не, характеризуют дефектность структуры, полу­ ченной в первый период запарки. Подъем температуры среды до 100° вызывает значительные деструктивные процессы в бетоне, которые наиболее интенсивно протекают в интервале температур 40—100°.

Согласно рекомендуемым режимам запаривания пар впускать следует в -разгерметизированные автоклавы для удаления из них воздуха. При достижении температуры сре­ ды в автоклаве 100° проводится его герметизация и поднятие давления. Этот момент характеризуется некоторым уменьше­ нием деформаций бетона вследствие его обжатия, однако

151

абсолютная величина деформации остается достаточно высо­ кой и сохраняется на протяжении всего периода изотермиче­ ского прогрева. Предварительное выдерживание изделий до набора ими некоторой критической прочности позволяет зна­ чительно уменьшить температурные деформации бетона и практически избежать температурных деструкций (рис. 54, 2).

Необходимая критическая прочность бетона перед запа­ риванием зависит от принятой скорости подъема температу­ ры; значения ее — от 3 кГ/см2 при скорости 20° в час до 7— 8 кГ/см2 при скорости 80° в час. Критическая прочность долж­ на -быть набрана бетоном до достижения им температур 40—50°, что может быть обеспечено предварительным выдер­ живанием изделий, применением химических добавок — уско­ рителей твердения и прогрессивно возрастающих или ступен­ чатых режимов подъема температуры, то есть д л я ’ухменьшения деструктивных явлений при запарке бетона в автоклавах принципиально применимы те же мероприятия, что и при пропаривании при атмосферном давлении.

Специфическим технологическим мероприятием для умень­ шения деструктивных явлений в бетоне при запарке изделий в автоклавах является разработанный в НИИЖБ метод быстрого впуска пара в предварительно загерметизирован­ ный автоклав. При этом за счет парциальных давлений воз­ духа и поступающего насыщенного пара возникает избыточ­ ное давление паровоздушной смеси при температурах менее

раньше возникает избыточное давление и тем значительней оно по абсолютной величине. Практически рекомендуется производить подъем давления до максимального значения за один-два часа. При этом бетонное изделие оказывается в ус­ ловиях всестороннего обжатия, противодействующего разви­ тию температурных деформаций, что позволяет сократить до минимума сроки предварительного выдерживания, запаривать уже распалубленные изделия и сократить продолжитель­ ность общего цикла тепловой обработки.

Электропрогрев

Ускорение твердения бетона нагреванием его электриче­ ским током было внедрено в практику монолитного бетони­ рования в нашей стране еще в 1934 г.

155