Тепловлажностная обработка цементно-песчаных смесей

27.06.2016

Нормативные документы по тепловлажностной обработке бетонных и железобетонных изделий не выделяют песчаные бетоны из числа тяжелых, устанавливая закономерности нарастания прочности, в первую очередь, в зависимости от Ц/В. И если такое положение можно считать достаточно справедливым для конструкций, изготавливаемых из цементно-песчаных смесей с удобоукладываемостью, определяемой осадкой конуса, то для изделий, изготавливаемых по технологиям интенсивного уплотнения, режимы TBO могут значительно отличаться от стандартных.
Основные отличия связаны как с особенностями структуры материала — высокой удельной поверхностью песка (единственного заполнителя в песчаном бетоне), тонкими прослойками цементного теста между песчинками, так и с особенностями технологии изготовления — стремлением как можно скорее освободить от изделий формовочные поддоны, поскольку их стоимость составляет значительную часть стоимости линии. От готовых изделий желательно освободить не только поддоны, но и камеры TBO и сам формовочный цех.
Это означает, что для мелкоштучных изделий, изготавливаемых по технологиям интенсивного уплотнения, тепловлажностная обработка в камерах может быть завершена на этапе достижения распалубочной прочности, т.е. прочности, позволяющей проводить с изделиями операции транспортировки и пакетирования.
Дополнительным резервом повышения производительности линий является использование «горячих» смесей для сокращения времени TBO либо полного отказа от тепловлажностной обработки паром.
Традиционно режим TBO бетона включает: предварительную выдержку, подъем температуры, изотермический прогрев, остывание.
Несмотря на гигантский опыт, обширную литературу и наличие рекомендаций по тепловлажностной обработке надежного механизма по оценке длительности каждого из этапов не существует. Рекомендации о целесообразности опытной их проверки требуют длительных и квалифицированных экспериментов и, как правило, на предприятиях не проводятся.
Предварительная выдержка

Процессы структурообразования в цементном тесте начинаются с момента затворения. По мере адсорбционного и химического диспергирования зерен цемента и выкристаллизования частиц происходит нарастание прочности цементного теста во времени.
Зависимость Pm=f(τ), описывающая кинетику нарастания пластической прочности при структурообразовании, позволяет разделить процесс твердения цементного теста на 2 этапа. Во время первого периода в тесте образуется коагуляционная структура, характеризующаяся наличием пространственной сетки, образованной беспорядочным сцеплением частиц дисперсной фазы через прослойки дисперсионной среды. Время, в течение которого заканчивается медленный набор прочности и начинается ускорение роста пластической прочности, названо «периодом структурообразования» (τк).
На этой стадии кристаллизация проявляется лишь в виде появления отдельных кристаллов, в основном, гидрата окиси кальция, гидроалюмината кальция и отдельных их сростков. Такие коагуляционные и коагуляционнокристаллизационные структуры обладают низкой прочностью и низкой способностью тиксотропного восстановления после разрушения.
На второй стадии структурообразования, характеризующейся быстрым нарастанием прочности, происходит интенсивное кристаллообразование с появлением кристаллических сростков, создающих пространственный каркас. При этом цементное тесто приобретает свойства твердого тела. В этот период структура цементного камня является коагуляционно-кристаллизационной со свойствами упруго-хрупкого тела.
Для определения оптимального времени предварительного выдерживания перед подъемом температуры были изготовлены вибропрессованием и испытаны на сжатие образцы-кубы с ребром 7 см, отличающиеся временем предварительной выдержки в процессе тепловлажностной обработки (табл. 5.6). Режим TBO — предварительная выдержка при температуре 20 °С, подъем температуры с 20 до 80 °С в течение 3 ч, изотерма t = 80 °С — 8 ч, остывание — 2 ч. Образцы после TBO находились в камере нормального хранения и испытаны на 28-е сутки.
Результаты экспериментов показывают, что прочности бетонов серий 3-7 близки друг к другу и к прочности образцов, не подвергавшихся ТВО. Это означает, что временем предварительной выдержки следует считать период структурообразования. Последний может быть установлен в результате построения графика зависимости пластической прочности от времени с использованием конического пластометра МГУ. Образцы построения кривых процесса структурообразования для жестких (1) и подвижных (2) цементно-песчаных смесей приведены на рис. 5,10.
Тепловлажностная обработка цементно-песчаных смесей

На пластограмме твердения отмечается время начала интенсивного упрочнения структуры смеси. Эта точка характеризуется переходом криволинейного участка пластограммы в прямолинейный. Время, прошедшее от окончания уплотнения смеси до появления точки перехода, является рекомендуемым временем выдерживания свежеотформованного изделия перед подъемом температуры.
Применение разогрева жестких цементно-песчаных смесей

Одним из резервов повышения эффективности производства является разогрев жестких цементно-песчаных смесей, используемых в технологиях интенсивного уплотнения.
Применение «горячих» смесей при формовании изделий — хорошо известный технологический прием, позволяющий сократить время тепловлажностной обработки. Однако в практике изготовления железобетонных изделий, где временной интервал от приготовления смесей до их уплотнения может быть значительным и, как правило, не поддается регулировке, этот прием используется чрезвычайно редко.
При изготовлении мелкоштучных изделий из песчаных бетонов и, в первую очередь, для технологии вибропрессования, этот прием может оказаться весьма эффективным:
— уплотнению подвергается небольшой объем цементно-песчаной смеси, который может быть разогрет непосредственно перед формованием;
— при разогреве смеси в объемах, близких к объему разовой формовки, длительность транспортировки измеряется секундами.
Наконец, тепловлажностная обработка изделий, изготавливаемых вибропрессованием, ставит основной целью получение распалубочной прочности, позволяющей транспортировку и пакетирование изделий на территории цеха. При такой постановке задачи существует возможность вообще отказаться от TBO в привычном понимании — пропарка изделий в камерах ограничиться использованием термоколпаков без подвода пара. Реализация этого предложения существенно упростила бы технологический процесс, позволив уменьшить количество поддонов, избежать строительства камер ТВО, исключить потребность в паре.
В любом случае разогрев цементно-песчаной смеси позволяет сократить цикл тепловлажностной обработки на время предварительной выдержки и подъема температуры, т.е. на 4-5 ч, что может оказаться весьма существенным, например, для камер TBO непрерывного действия.
Для оценки целесообразности и эффективности использования разогрева цементно-песчаной смеси в технологиях интенсивного уплотнения была изготовлена лабораторная установка. Смесь состава Ц = 500, П = 1660, B = 185 (в кг/м3) загружалась в установку и подвергалась пароразогреву. Расход воды — 145 кг/м3, и 40 кг/м3 поступало в смесь за счет конденсации пара, используемого при разогреве. Разогрев осуществлялся паром под давлением 0,2 атм в течение 15 сек, что обеспечивало температуру смеси 90 °С. При изготовлении образцов-кубов смесь перед укладкой в формы имела температуру 82 °С, а свежеотформованный бетон 69-75 °С.
Из указанной смеси изготавливались 3 варианта образцов-кубов с ребром 10 см.
Эталонные образцы из бетона указанного состава без пароразогрева, подвергнутые тепловлажностной обработке по режиму (2) + 3 + 6 + 2 = 13 ч: подъем температуры с 20 до 70 °С производился в течение 3 ч (15 + 15 + 20°С), изотермический прогрев — при температуре 70 °C и влажности 96-100% — 6 ч, остывание в камере — 2 ч.
Образны, отформованные из смеси, подвергнутой пароразогреву, с температурой после изготовления 70 °С. Режим TBO образцов: изотерма при t = 70 °C и W= 100% — 6 ч с остыванием в камере без подачи пара в течение 2 ч. Цикл TBO — 8 ч.
Образцы, изготовленные в соответствии с п. 2 и помещенные в камеру-термос без подвода тепла. Соотношение объема образцов и камеры 1:2,5.
Тепловлажностная обработка цементно-песчаных смесей

Результаты испытания образцов приведены в табл. 5.7.
Таким образом, тепловлажностная обработка цементно-песчаных смесей, подвергнутых пароразогреву, практически не повлияла на прочность бетона по сравнению со смесями, тепловлажностная обработка которых производилась по стандартным режимам. Прочность песчаных бетонов, изготовленных из смесей, подвергнутых пароразогреву и помещенных в термосную камеру на 8 ч, составила около 30 % марки, что вполне достаточно для проведения транспортных операций с изделиями без поддона и операций по пакетированию с использованием механизмов.