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

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

Широкое применение этот метод нашел в период Великой Отечественной войны при строительстве промышленных объектов на Урале и в Сибири. Электропрогрев бетона исполь­ зуется как основной метод зимнего бетонирования монолит­ ных конструкций, а также для изготовления сборных железо­ бетонных конструкций.

Свежеуложенный бетон вследствие значительного коли­ чества воды с растворенными щелочами представляет собой проводник 2-го рода. При электропрогреве через свежесформованное бетонное изделие пропускают переменный ток про­ мышленной частоты, который, проходя через тело бетона, вы­ деляет определенное количество тепла, определяемое по за­ кону Джоуля — Ленца:

Q=864I2Rt,

где Q — количество тепла в ккал\

I —■сила тока в амперах;

R —• сопротивление в омах; t — время в часах.

Включение бетонного изделия в цепь переменного тока производят с помощью стержневых, пластинчатых, полосовых или сеточных электродов. Стержневые электроды из образцов арматурной проволоки закладывают я тело бетона и оставля­ ют там после затвердения, пластинчатые и сеточные плотно прижимают к противоположным поверхностям изделия.

Вначальный период после приготовления бетонной смеси

еесопротивление уменьшается вследствие процессов раство­ рения клинкерных веществ, а после схватывания начинает увеличиваться, что объясняется уменьшением количества во­ ды, расходуемой на реакции с клинкерными минералами, и

частичным ее испарением.

Поддержание определенной температуры регулируется изменением напряжения тока, которое обычно в начале нагре­ ва составляет 50—60 вольт и затем увеличивается до 150— 220 вольт. Равномерная плотность тока в изделии, обеспечи­ вающая равномерный прогрев, достигается соответствующим расположением электродов.

Принципиальной разницы в сущности физических и хими­ ческих процессов ускорения твердения бетона при электро­ прогреве и других методах тепловой обработки нет. В то же время в отличие от паропрогрева, при котором в первую оче­ редь нагреваются наружные слои изделия, при электропрогре­ ве одновременно и равномерно нагревается вся масса бетона, что уменьшает деструкционные процессы. Коэффициент ис­

154

пользования тепла при электропрогреве в 2,5—2,8 раза боль­ ше, чем при паропрогреве.

Однако при "электропрогреве тепловые и влажностные градиенты направлены из изделия в окружающую среду и могут вызвать пересушивание бетона. В связи с этим при прогреве изделий в открытых формах необходимо применять «мягкие» режимы электропрогрева с пониженной температу­ рой. Открытые поверхности изделий необходимо укрывать

•слоем мокрого песка, опилок или пленочными материалами. Не следует применять электропрогрев в открытых формах для изделий с модулем поверхности1 более 20, а также для изде­ лий. сильно насыщенных арматурой.

Рекомендуемые скорости подъема температуры и макси­ мальные температуры изотермического прогрева для различ­ ных изделий приведены в табл. 25 и 26.

Т а б л и ц а 25

Скорость подъема температуры при электропрогреве

155

Пользуясь данными таблиц, можно предварительно назна­ чать режимы электропрогрева бетонных изделий.

Ввиду того' что мягкие режимы электропрогрева стимули­ руют последующий набор прочности бетона в естественных условиях, распалубочная прочность при электропрогреве обычно составляет 50% марочной.

Для уменьшения деструктивных явлений при электропро­ греве пригодны все мероприятия, рассмотренные при паропрогреве. Исследования последних лет показали, что при ис­ пользовании закрытых форм и бетонных смесей с повышен­ ной жесткостью можно успешно применять и жесткие режи­ мы электропрогрева. При подъеме температуры до 100° за полтора-два часа, кратковременном изотермическом выдер­ живании (во избежание пересушивания) и медленном осты­ вании изделие за шесть-восемь часов набирает 70% марочной прочности.

Горячее формование

Метод горячего формования разработан в СССР С. А. Арбеньевым и др. Бетонную смесь перед укладкой разогревают до температуры 80—90° в специальных бункерах, оборудо­ ванных электродами, подключенными к сети электрического тока напряжением 380 вольт; время разогрева восемь-десять минут. Затем разогретую смесь быстро укладывают, уплот­ няют и выдерживают в теплоизолированных формах или ка­ мерах. Общая длительность твердения бетона меньше, чем при пропаривании. Уменьшаются до минимума деструктив­ ные процессы в изделии, так как расширившийся воздух и водяной пар удаляются из смеси при ее укладке. В свежеуложенном бетоне отсутствуют деформации расширения; осты­ вая, бетонное изделие сжимается, что повышает его плот­ ность и прочность. Преимущество горячего формования перед электропрогревом заключается также в меньшем расходе электроэнергии, возможности его применения при любой си­ стеме армирования бетона, в отсутствии необходимости слож­ ной изоляции форм и арматуры.

Методы укладки горячей бетонной смеси в определенных условиях эффективны и для производства монолитных кон­ струкций. Технологический недостаток, сдерживающий широ­ кое распространение этого метода,— быстрая потеря удобоукладываемости смеси после ее нагрева в период укладки. Поэтому при горячем формовании необходимо применять низ-

156

коалюминатные портландцемента с добавками ССБ. По дан­ ным В. И. Сорокера, особенно эффективно применение ССБ с химическими добавками — ускорителями твердения СаС12 и Na2S04. Дальнейшим развитием метода горячего формо­ вания является разработанная в НИИЖБ новая технология термообработки бетона. По этой технологии бетонная смесь укладывается в форму, уплотняется, затем быстро разогре­ вается до 80—95° и немедленно повторно уплотняется.

Другие методы тепловой обработки

В последнее время начинают применять методы электро­ прогрева изделий индукционными токами и инфракрасным облучением.

Индукционный метод основан на введении железобетон­ ного изделия внутрь камеры-соленоида. Возникающие в арма­ туре паразитные токи разогревают ее и, следовательно, массу бетона. По мнению многих специалистов, эффект1' твердения бетона усиливается омагничиванием воды, находящейся в магнитном поле соленоида.

Прогрев инфракрасными лучами применяют для тонко­ стенных изделий. В качестве источников излучения использу­ ют специальные лампы либо нихромовые спирали, намотан­ ные на огнеупорный изолятор-сердечник. Нагреватели снаб­ жены отражателями параболической формы из листовой стали с блестящей поверхностью. Метод инфракрасного облу­ чения бетона очень прост, экономичен, позволяет легко изме­ нять интенсивность нагрева, однако действие его распростра­ няется на небольшую глубину, примерно до 20 см. При этом способе тепловлажностной обработки поверхности прогревае­ мых изделий желательно укрывать полиамидными пленками во избежание высушивания бетона.

X. ЗИМНЕЕ БЕТОНИРОВАНИЕ

При замерзании свежеуложенного бетона содержащаяся в нем свободная вода превращается в лед; активность воды, оставшейся в микропорах в жидком состоянии, резко падает; практически считают, что твердение прекращается при темпе­ ратуре 0°7 хотя очень медленно оно продолжается и до —10°. Замерзающая вода из-за значительного увеличения объема развивает силы внутреннего давления, которые разуплотняют структуру неокрепшего бетона; кроме того, замерзшая вода

157

£

Рис. 55. График нарастания прочности бетона, замороженного в раз­ ное время после укладки и затем снова твердевшего в нормальных усло­

виях:

образует на поверхности заполнителей ледяные пленки, нару­ шающие сцепление между заполнителями и раствором.

Если бетонную смесь заморозить сразу после укладки в опалубку, то она будет обладать прочностью при отрицатель­ ных температурах только за счет сил смерзания. При наступ­ лении положительных температур гидратация цемента возоб­ новится и бетон будет твердеть, но вследствие разуплотнения структуры прочность его значительно ниже прочности бетона того же состава, твердевшего без замораживания. Только бе­ тон, набравший определенную прочность, может противосто­ ять действию «морозных сил» без разрушения структуры и после оттаивания продолжить набор прочности.

Конечные прочности бетона, подвергнутого заморажива­ нию в различные сроки после укладки смеси и затем снова твердевшего в нормальных условиях, приведены на'рис. 55.

Из кривых набора прочности бетона после заморажива­ ния, построенных на основании большого количества экспе­ риментов, следует: 1) бетон, набравший в результате предва­ рительного твердения прочность около 70% марочной, после (замораживания при последующем оттаивании продолжает твердеть, набирая нормальную марочную прочность; замора­ живание' не вызвало в бетоне деструктивных изменений, а только из-за замерзания воды приостановило на время его твердение; 2) при замерзании бетона, предварительно набрав­ шего 50% марочной прочности, деструкции замораживания еще невелики; бетон при оттаивании и последующем тверде­ нии теряет около 10% прочности; 3) замораживание бетона до набора им 50% марочной прочности вызывает значитель­ ные потери конечной прочности после оттаивания и после­ дующего твердения.

Прочность бетона, равная 50% марочной, принята за кри­ тическую, -при достижении которой бетон может быть замо­ рожен без ощутимого воздействия замораживания на свой­ ства конструкции (СНиП ПЕВ 1-62). Для ответственных кон­ струкций, например пролетных строений мостов, критическая прочность установлена* в 70% марочной. За минимальное зна­ чение критической прочности для низкомарочных бетонов принято 50 кГ[см2.

Таким образом, сущность зимнего бетонирования сводит­ ся к обеспечению набора критической прочности бетона до его замораживания. Для набора необходимой критической прочности при зимнем бетонировании применяют способы ускорения твердения бетона, связанные с использованием

159

внутреннего тепла бетона (способ термоса), подачей тепла извне (бетонирование в тепляках, паропрогрев, электропро­ грев) и применением химических добавок — ускорителей твердения, одновременно понижающих температуру замерза­ ния воды в бетоне (холодное бетонирование).

Целесообразность применения того или иного способа или их комбинации зависит от метеорологических условий, мас­ сивности .конструкции, требуемой прочности и наличия энер­ горесурсов.

Использование внутреннего тепла бетЬна (способ термоса)

Сущность способа термоса заключается .в укладке нагре­ той бетонной смеси в утепленную опалубку. Времени до осты­ вания смеси с учетом экзотермии цемента должно быть до­ статочно для набора бетоном критической прочности.

Обычно бетонную смесь приготовляют на воде, нагретой до 90°, и подогретых заполнителях, температура смеси на вы­ ходе из смесителя 35—45°. Большие значения температур нагрева смеси соответствуют менее активным цементам. За время транспортировки и укладки, в зависимости от темпе­ ратуры наружного воздуха, 'условий перевозки и укладки,- температура бетонней смеси понижаебся еще на 5—10°.

Расчет режима остывания бетонной смеси может быть про­ изведен по уравнению теплового баланса, предложенному

Б. Г. Скрамтаевым.

Количество тепла в бетонной смеси в результате ее нагре­ ва. и экзотермин цемента Qi равно

Qi = СсДб-н4"Эц'Ц,

где Со — объемная теплоемкость бетона в ккал/м3-,

te.n — 1 начальная температура бетона после укладки в °С; Эц— тепловыделение 1 кг цемента за период твердения

бетона в ккйл.

Теплопотери Q2 в бетоне при остывании его до 0° составят

Qt = т- К • Мп Цб.ср tH.B)1

где т — время остывания бетона от to-cp до 6° в часах; tn.n — температура наружного воздуха в °С;

tn.cp — средняя температура бетона за время остывания в °С;

160