Твердение железобетонных изделий

Процесс твердения ЖБИ выступает в качестве финальной операции при производстве изделий из железобетона, и сопровождается набором необходимых прочностных характеристик. Показатели отпускной прочности допускаются, как в соответствии с классом бетона, но в меньших значениях. При осуществлении отгрузок конструкций, выполненных из портландцемента, допускается наличие более 70% от необходимой прочности. 

. Для конструкций из силикатного или ячеистого бетона требуется 100-процентное соответствие нормативным показателям. Отдельные отпускные нормы предусматриваются для ж/д шпал и мостовых пролетных изделий. Они устанавливаются на уровне 70% и 80% от нормативных показателей класса бетона соответственно.

Снижение данного показателя определяется исключительно экономической целесообразностью, так как за счет сокращения цикла производства изделий удается увеличить общую производительность предприятия. В тоже время, никакой опасности для качества строительства подобное отступление не представляет, так как недостающие показатели будут набраны бетоном в процессе доставки к месту и установки непосредственно на строительном объекте. 

Соответственно, к моменту начала полноценного воздействия нагрузками, железобетонная конструкция будет полностью соответствовать по прочности нормативам.

 

 

Существует три режима твердения, различающиеся между собой температурными показателями:

  1. Нормальный режим при температурах не более 20 градусов;
  2. Термовлажностная обработка бетона, осуществляется под воздействием температур около 100 градусов;
  3. Пропаривание бетона, осуществляется не только при значительных температурах до 200 градусов, но и повышенном давлении 0,8-1,5МПа;

 

Во всех случаях требуется соблюдение уровня влажности воздуха в 100%. В противном случае одновременно начинается процесс сушки, негативно сказывающийся на наборе материалом прочностных показателей. Обусловлено это процессами гидратации цемента, вступающего в химическую реакцию с влагой.

Твердение в нормальных условиях не предусматривает дополнительных трат тепловой энергии, и проводится при естественных температурах. Основными преимуществами подобной технологии выступают минимальные материальные затраты и предельная простота исполнения. В тоже время, экономически обоснованным данный способ назвать нельзя. Заявленных 70% прочности бетон наберет не ранее, чем через неделю после заливки. 

Для сравнения технологии дополнительной термической обработки предусматривают получение нужного результата уже через 10-16 часов, многократно увеличивая оборачиваемость. Существенно снижаются и потребности в площадях для размещения форм. Именно поэтому подавляющее большинство заводов по производству железобетонных изделий пользуются технологиями искусственного твердения.

В тоже время необходимо отметить, что современные бетоны, выполненные с использованием разнообразных добавок, способны за первые 24 часа жизни набирать около 40-50% нормативной прочности, что позволяет. В результате есть все основания предполагать, что уже через несколько лет появятся бетоны, делающие технологии искусственного твердения не нужными в производственном процессе.

Тепловлажностная обработка бетона осуществляется при естественных показателях давления, и может реализовываться различными методами. Наибольшее распространение получили:

  • Пропаривание в специальных камерах;
  • Прогрев электрическим током;
  • Контактный обогрев;
  • Прогрев в газовоздушной среде;
  • Лучевое прогревание;
  • Горячая формовка.

 

 Из всего представленного выше перечня технологий наибольшей эффективностью отличается пропаривание в камерах, а также воздействие газовоздушной средой. В свою очередь камеры классифицируются на: непрерывного и периодического воздействия. Первые предусматривают подачу бетонных конструкций внутрь на вагонетках, когда по мере медленного продвижения конструкция подвергается пропариванию и набирает прочность. На выходе получается полностью готовое к дальнейшему применению изделие.

Технология предусматривает постепенный прогрев бетона, максимальный изотермический прогрев и последующее охлаждение. Данная технология отличается в первую очередь высокой производительностью и максимальным количеством обрабатываемой продукции на каждый метр камеры. В тоже время, камеры непрерывного действия представляют собой сложный, громоздкий механизм, отличающийся сложностью повседневной эксплуатации, что существенно ограничивает возможности их применения на предприятиях. 

В результате свое применение камеры данного типа нашли только на заводах, осуществляющих выпуск железобетонных конструкций конвейерным способом. Сегодня к числу наиболее перспективных образцов подобных камер для пропаривания выступают камеры, обладающие вертикальной загрузкой.

Наибольшее распространение среди камер, обладающих периодическим действием, занимают модели ямного типа. Они обладают глубиной в 2 метра, при этом над полом цеха выступают на 500-700мм. Геометрические размерения камеры полностью соразмерны производимым изделиям, или имеют кратно увеличенный размер, позволяющий за один прием выпускать несколько деталей. 

В случае, если размеры камеры и конструкции идентичны, обеспечивается более высокая производительность, но накладываются дополнительные требования по количеству камер и потребных площадей.

Проведенные исследования показывают, что с экономической точки зрения оптимальным вариантом является выбор камер, рассчитанных на два железобетонных элемента. В качестве основного материала стенок выступают бетон или кирпичная кладка. Закрывается камера мощной теплоизолированной крышкой, исключающей теплопотери в технологическом процессе. Исключение пробивания пара обеспечивается своеобразным затвором, создаваемым особыми пазами на крышке и специальными канавками непосредственно на стенке камеры.

Загрузка изделий производится при помощи крана поярусно. Если каждая конструкция помещена в отдельную форму, то формы укладываются друг на друга, с обязательной деревянной проложкой. Для образцов с немедленной распалубкой установка поддона осуществляется через выступы, обустроенные на боковых поверхностях камеры, и в нерабочем положении, находящиеся закрытыми.

В процессе пропаривания могут использоваться различные режимы. Они определяются длительностью температурного воздействия, предельной величиной температуры, длительностью предельного температурного воздействия, сроками охлаждения и так далее. Выбор конкурентного режима осуществляется на основе технических характеристик бетона и цемента, использованного в процессе производства ЖБИ, их размеров и так далее.

Одним из наиболее типичных режимов тепловлажностной обработки бетона можно признать увеличение температуры бетона со скоростью 25-35 градусов в час до уровня 80-90 градусов, удержание его на протяжении шести – восьми часов, и последующее охлаждение изделий со скоростью около 30-40 градусов ежечасно. В общей сложности вся процедура укладывается в 12-15 часов времени, после чего железобетон приобретает необходимые показатели прочности.

Необходимо признать, что процесс твердения является наиболее продолжительным, и одной из основных задач признается сокращение сроков пропаривания элементов, что позволяет повысить производительность труда, оборачиваемость средств и выпуск готовой продукции. Для успешного решения подобной задачи необходимо знать основные моменты, оказывающие влияние на процессы твердения.

Одним из главных факторов, определяющих скорость твердения, является тип используемого для приготовления бетона цемента. Например, портландцемент с высокой скоростью твердения позволяет сократить вдвое сроки изотермической обработки бетона. Кроме того, подобный цемент прогревается должным образом уже при температурах 70-80 градусов, что позволяет сократить временные потери во время процессов прогрева и охлаждения материала. 

Таким образом, при использовании подобных цементов (алитоалюминатные и алитовые) сроки обработки бетонных конструкций сокращаются до шести – восьми часов. За это время бетон успевает набрать около 70-80% своей проектной прочности.

В тоже время бетон на основе пуццоланового или шлакопортландцемента, обладающие меньшей скоростью твердения, требуют значительно большего изотермического воздействия, достигающего 10-14 часов, а также увеличенных до 95-100 градусов температур. В результате приготовление конструкций из такого бетона требуется уже не меньше 16 часов времени.

Сокращается время пропаривания и за счет сокращения водосодержания в бетоне. За счет этого есть возможность обеспечить экономию времени в среднем на 15-20%. Несмотря на то, что формирование жестких смесей обходится на 10-15% затратнее по трудовым ресурсам и энергии, с учетом экономии цемента при производстве, существует выраженная экономическая целесообразность применения подобных растворов в производственном процессе. 

В свою очередь легкие бетоны, обладающие повышенными теплоизоляционными свойствами, требуют большего времени для организации их прогрева, что увеличивает общую продолжительность производственного цикла.

Еще одним способом сокращения сроков пропаривания бетона является «горячая формовка», когда в формы для изготовления конструкций укладывается прогретая до 75-85 градусов смесь. За счет этого отпадает необходимость проведения прогрева, и можно практически сразу приступать к изотермической обработке. Необходимо отметить, что в данном случае фактически пропаривание в классическом понимании не производится.

Технология предусматривает укладку изделий в камеру, после чего они в течение 4-6 часов набирают потребную прочность. Подогрев при этом осуществляется посредством пропускания электрического тока продолжительностью не более 8-12 минут.

На фоне других видов прогрева использование электрической энергии обеспечивает несколько важных преимуществ. В тоже время, используется этот метод недостаточно активно, что связано в первую очередь с высокими показателями расхода электроэнергии и ее значительной рыночной стоимостью. 

В среднем расход энергии на каждый кубический метр создаваемых конструкций составляет в пределах 80-100кВт-ч. Прогрев обеспечивается путем пропускания через бетон электротока. В результате за счет разницы сопротивлений происходит нагрев бетона с превращением электроэнергии в энергию тепловую.

Для изделий, обладающих значительными размерами, используется прогрев электричеством в формах открытого типа, в то время как более мелкие элементы прогреваются при помощи специальных кассет, исключающих возможность пересыхания бетона. Технология предусматривает первоначальную подачу напряжения на уровне 65-90В с постепенным увеличением до 150-220В. 

Рост напряжения связан с тем, что в процессе твердения бетон значительно хуже проводит электрический ток, и для успешного продолжения операции требуется приложение больших усилий.

Разновидностью прогрева является контактный прогрев. Данная технология предусматривает наличие непосредственного контакта между бетонной конструкцией и нагревательными элементами, чаще всего встроенными в стенки форм. При этом требуется полное укрытие изделия с целью минимизации потерь влаги. Создание высокой влажности достигается за счет наличия излишней воды, формирующей смесь с высокими показателями удобоукладываемости. 

Теплоноситель может быть различным, это и пар, и вода, и масло. Наибольшей эффективностью данная технология отличается при работе с тонкостенными конструкциями при обеспечении должной степени их герметизации. Например, при использовании кассет, обладающих значительной глубиной, но небольшой шириной, удается достичь максимальных температур прогрева в течение не более получаса, при этом структура бетона остается постоянной, и не разрушается.

Кроме того, формируется среда с высоким насыщением паром, что создает некоторый избыток давления, положительно влияющий на скорость твердения и набора прочности бетоном.

Обработка в термобассейнах используется исключительно в ситуациях, когда от получаемого изделия требуются высокие показатели водонепроницаемости. Размещение бетона в горячей воде признается оптимальным решением. Укладка в воду допускается изделий, уже частично затвердевших, после чего они находятся в воде до набора нормативной прочности.

Данная технология предлагает превосходные условия для твердения бетона, но требует его последующей сушки, что значительно усложняет производственный процесс. Именно поэтому применение термобассейнов носит минимальное распространение.

Одним из наиболее эффективных способов пропаривания бетона выступает автоклавная технология. Она предусматривает воздействие на материал не только высокими температурами, но и давлением. Воздействие паром под давлением (в среднем 0,8-1,5МПа) позволяет обеспечить пару температуру на уровне 170-200 градусов при необходимой влажности. В результате на полный набор прочности бетону требуется не больше 8-10 часов в зависимости от типа используемого бетона.

Необходимо отметить и еще одно преимущество автоклавной технологии. Под воздействием высоких температур песок в составе бетона активно взаимодействует с известью, что обеспечивает увеличение показателей прочности бетона до уровня 20МПа и даже больше. В результате даже из бетонов с небольшим содержанием обычного цемента можно выпускать высокопрочные конструкции, способные переносить значительные нагрузки.

При автоклавном производстве целесообразно использовать портландцемент с низкой скоростью твердения. Они обладают не только меньшей стоимостью, но и обеспечивают больший прирост прочностных характеристик бетона. Достаточно сказать, что заменит песком можно до 30-40% потребного объема цемента, не уменьшая при этом качество бетона, но повышая экономическую эффективность.