11.2. Режимы и классификация процессов термовлажностной обработки

Эффективными следует считать режимы тепловой обработки, которые позволяют получать бетон заданной прочности без существенных нарушений его структуры при минимальных удельных расходах вяжущего и тепловой энергии.

В общем виде полный цикл термовлажностной обработки изделий состоит из следующих периодов (рис. 11.1, а): предварительного выдерживания τ_пред; нагрева изделия τ₁ ; изотермического выдерживания τ_II; охлаждения τ_III.

Длительность предварительного выдерживания, скорость нагрева, температура и продолжительность изотермического выдерживания и т.д. зависят от характеристик материала, условий эксплуатации изделия, конструкций тепловых установок.

Важнейшими показателями, определяющими как режимы изготовления изделий, так и их эксплуатационные свойства, являются теплофизические свойства бетонов.

На длительность тепловой обработки также оказывает влияние массивность изделий. С увеличением массивности возрастает температурный перепад между наружным и внутренними слоями бетона, увеличивается величина температурных напряжений и вероятность возникновения температурных деформаций.

Для предотвращения этого явления применяют ступенчатый режим обработки (рис. 11.1, в). В период нагрева и охлаждения вводят промежуточные выдерживания ( τ"_I; τ"_III ), позволяющие довести температурный перепад Δt до допустимых величин. Повышенные прочностные характеристики бетона обеспечиваются применением ступенчатых режимов: подъемом температуры в течение 1 ч на 15...20 °С, выдерживанием при этой температуре (1...2 ч), затем прогрев (1... 1,5 ч) до максимальной температуры, принятой при прогреве.

При хорошей теплоизоляции тепловых установок возможно применение «пикового» режима (рис. 11.1, а, режим III), при котором в период изотермического выдерживания подача теплоносителя в установку не производится, что позволяет значи­тельно экономить тепловую энергию.

Допускаемая скорость снижения температуры колеблется в пределах 25...50 °С/ч в зависимости от полученной прочности и толщины изделия. Перепад температур между поверхностью изделий и окружающей средой не должен превышать 40 °С. При охлаждении изделий, как и при нагреве, возникает нестационарное температурное поле, но поток теплоты направлен из изделия. Поэтому необходимо учитывать требования к допустимым температурным перепадам, регулировать длительность охлаждения, а для массивных изделий применять ступенчатые режимы обработки.

Тепловая обработка бетонов в герметически закрытых формах позволяет предохранить бетон от значительных потерь воды и обработать его паровой средой, создаваемой испаряющейся из него влагой. Малые свободные размеры герметичной формы обусловливают быстрое заполнение свободного объема выделяющимся паром, относительно равномерный прогрев всей массы бетона и качественную его обработку.

Вакуумирование ячеистых бетонов производят в автоклавных установках до начала запаривания или в период охлаждения, после того, как давление снизится до атмосферного.

Условия ускоренного твердения бетона за счет повышения его температуры могут быть созданы в тепловых установках периодического или непрерывного действия при использовании различных способов тепловой обработки.

Прогрев бетона при атмосферном давлении при непосредственном соприкосновении теплоносителя с материалом проводят горячим воздухом, газовоздушной смесью или продуктами сгорания газа в ямных камерах, тоннельных, щелевых и вертикаль­ных камерах непрерывного действия, прокатных станах.

Тепловая обработка в среде с избыточным давлением осуществляется в малонапорных пропарочных камерах или авто­клавных установках в среде чистого насыщенного пара.

Тепловая обработка в жидкой среде производится с целью уменьшения вредного воздействия процессов массообмена и повышения прочности бетона. Изделия помещают в камеру, заполненную водой и герметизируют ее. Давление, возникающее при прогреве воды, и тепловое гидравлическое обжатие бетона приводят к уплотнению его структуры и повышению качественных характеристик.

Контактный нагрев изделий (через разделяющую металлическую стенку) осуществляют в индивидуальных термоформах или пакетах термоформ. Способ характеризуется высоким качеством поверхности изделий в сочетании с ускоренным нагревом (60...70 °С/ч) за счет ограничения температурных деформаций поверхностных слоев.

Электродный (сквозной) прогрев осуществляется путем пропускания тока через толщу бетона сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций.

Электрообогрев сборных изделий производят с помощью вмонтированных в опалубку жестких электронагревателей.

Нагрев бетона в электромагнитном поле (индукционный) применяют для сборных изделий линейного типа с равномерно распределенной по сечению арматурой путем устройства индуктора вокруг элемента.

Обогрев инфракрасными лучами применяют в камерах непрерывного действия щелевидного типа с использованием трубчатых металлических излучателей.

Установки для термовлажностной обработки бетонных и желе­зобетонных изделий классифицируют по следующим признакам:

режиму работы (периодического и непрерывного действия);

виду теплоносителя (пар, воздух, паровоздушная смесь, вода, газ, масло, электроэнергия);

давлению рабочей среды (вакуум, атмосферное давление, выше атмосферного);

способу передачи теплоты (контактный, конвективный, тепловое излучение, индукционный);

конструкции (ямные камеры, стенды и колпаки, термоформы индивидуальные, горизонтальные, вертикальные, вибропрокатные станы).