книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

обработке, ниже, чем бетонов нормального твердения. Иск­ лючение составляют бетоны на пуццолановых и шлакопортландцементах, в которых при температурах около 100° раз­ виваются реакции синтеза гидросиликатов, упрочняющие бетон, и их прочность к 28-суточному возрасту может быть

даже выше марочной.

Из обычных портландцементов непригодны для тепловой обработки белитовые и высокоалюминатные —: первые из-за медленного набора прочности, вторые, .наоборот, из-за слиш­ ком быстрого насыщения цементного теста непрочными алюминатными новообразованиями,' затрудняющими развитие

прочных силикатных структур.

Лучшими для тепловой обработки следует признать высокоалитовьГё среднеалюминатные портландцементы.

На большинстве заводов ЖБИ установлена • отпускная прочность изделий 70% марочной, которую изделие должно набрать непосредственно после тепловой обработки. Если же задан отпуск изделий с ’марочной прочностью, го состав бето­ на надо пересчитать по формуле

o^=A-R»(-r±c)

и пойти на полученный в результате пересчета перерасход цемента. Необходимо отметить, что применять зависимость Боломея — Скрамтаева к бетону, подвергаемому тепловой обработке, можно только после точного экспериментального установления расчетной формулы, так как цементы одной и той же марки после тепловой обработки покажут различные прочности в зависимости от их минералогического состава и введенных гидравлических дрбавок. •

В настоящее время имеются предложения по определению активности цементов после пропарки и использованию полу­ ченных данных в расчетах. Кардинальным решением вопроса был бы выпуск специальных цементов для сборного железо­ бетона, обладающих высокими техническими свойствами и нормированными показателями этих свойств в условиях теп­ ловой обработки.

В соответствии со схемой, приведенной в начале раздела, рассмотрим различные методы тепловой обработки бетона.

Паропрогрев при атмосферном давлении

Наиболее распространенным видом тепловой обработки бетона на' заводах ЖБИ является прогрев изделий насыщен­ ным паром в камерах пропаривания.

141

Весь цикл тепловой обработки может быть разбит на че­ тыре периода (рис. 50).

Отформованное бетонное изделие некоторое время будет неизбежно выдержано при обычной температуре (период а). При этом бетон несколько упрочняется в зависимости от дли­ тельности его выдерживания.

Затем изделие помещают в камеру, пускают пар, и оно на-

Гс

142 -

чинает прогреваться от наружных слоев к внутренним (пе­ риод б) и .насыщается водой за счет конденсации пара при соприкосновении его с холодными поверхностями в порах бетона. Реакции твердения цемента ускоряются с повышени­ ем температуры1.

В этот период получают наибольшее развитие деструктив­ ные процессы вследствие различного теплового расширения компонентов в неокрепшем бетоне. Деструкции усугубляются неравномерностью нагрева различных слоев бетона, давле­ нием водяных паров, направленным внутрь объема, и образо­ ванием слоя конденсата на верхней, открытой поверхности изделий. Особенно сильно деструктивные процессы развива­ ются при температурах выше 50° вследствие увеличения ко­ эффициентов объемного расширения воды и воздуха. При достижении максимальной температуры прогрева во всем объеме изделия деструктивные явления уже не наблюдаются и происходит интенсивный рост прочности (период в)12.

После изотермического прогрева происходит охлаждение изделия. Наружные слои бетона, охлаждаясь, сжимаются, вода в виде пара выходит из дела изделия наружу, поверх­ ность бетона, высыхая, делается белой (период г). При мед­ ленном равномерном охлаждении этот период не опасен для затвердевшего бетона. Однако резкая смена температур, особенно при невысоких марках бетона, может привести к образованию трещин в изделии.

Качественная картина структурообразования бетона и деструкций при прогреве отражена в' нижней части диаг­ раммы.

1 Согласно исследованиям В. В. Помазкова с сотрудниками при тем­ пературах до 40—50° в ранний период твердения портландцементов при повышении температуры на каждые 10° скорость процесса их гидратации увеличивается примерно вдвое. В этот период твердейтея цемента главную роль играют кинетические факторы процесса. При повышении температуры от 40—50 до 80° преобладающее значение в процессе гидратации имеют уже диффузионные факторы и скорость гидратации цемента при повыше­ нии температуры на каждые 10° возрастает приблизительно на 20%. Это явление связано с увеличением толщины и плотности слоя новообразова­ ний вокруг цементных частиц. Температурный коэффициент скорости гид­ ратации в рассматриваемых интервалах различается по величине примерно в 10 раз. Различие в .скорости процессов твердения бетона, в .указанных температурных интервалах способствует также его неоднородности.

2 Небольшие деструктивные процессы могут проходить и при изотер­

мическом прогреве, так как вследствие экзотермии цемента температура в бетоне будет выше температуры камеры, что вызовет явления тепломассопереноса из изделия наружу.

143

Т а б л и ц а 23

Влияние режимов пропаривания на свойства бетонов

t С

144

ют в период изотермического прогрева. Ориентировочные про­ должительности прогрева при пропарке бетонов на портлаидцементах в зависимости от температуры прогрева и жестко­ сти бетонных смесей приведены на графике (рис. 51), состав­ ленном по данным исследований, проведенных в НИИЖБ.

t°C

Рис. 51. Продолжительность прогрева при пропарке бетонных изделий, сформованных из:

1 — особожестких смесей; 2 — жестких смесей; 3 — подвижных смесей; пунктирная часть кривой — только для бетонов на пуццолановых портландцементах и шлакопортландцементах.

146

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