СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF THERMAL TREATMENT FOR CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE ARTICLES

Изобретение относится к способам тепловой обработки бетона при атмосферном давлении в среде насыщенного пара и может найти применение в строительстве при изготовлении сборных бетонных или железобетонных изделий и конструкций.
Известен способ тепловлажностной обработки бетонных изделий при атмосферном давлении в среде насыщенного пара, включающий подъем температуры до 80-100°С в течение 1-2 ч, снижение температуры в течение 1-2 ч до 70-50°С, изотермическую выдержку при данных температурах 2-6 ч, подъем температуры до 100°С в течение 1-2 ч и охлаждение изделий (SU №290020, С04В 40/02, 1970).
Недостатком такого способа тепловлажностной обработки является недостаточная скорость набора прочности бетона, в том числе, содержащего пластифицирующую добавку на основе эфиров поликарбоксилатов. Это связано с высокой скоростью подъема температуры, что способствует возникновению чрезмерных внутренних напряжений, приводящих к нарушению сплошности бетона и снижению его прочности после тепловлажностной обработки и в возрасте 28 суток.
Наиболее близким аналогом для заявленного способа тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий является способ тепловой обработки с ограниченным тепловым воздействием в пропарочной камере при атмосферном давлении, включающий циклический прогрев путем подачи насыщенного пара до достижения температуры среды 80-100°С отключение подачи пара, выдерживание изделий, повторную подачу пара до достижения температуры 80-100°С, отключение подачи пара и выдерживание изделий до их охлаждения, выдерживание изделий в первом цикле тепловой обработки проводят сначала до достижения бетоном максимальной скорости роста прочности, а затем выдерживание в течение 0,5-1,5 ч, а во втором цикле подъем температуры осуществляют с максимально возможной скоростью и выдерживание изделий в течение 0,5-2 ч. (RU №2052431, С04В 40/02 опуб. 20.01.1996).
Недостатком такого способа тепловлажностной обработки является недостаточная прочность бетона после тепловлажностной обработки и в возрасте 28 суток, в том числе бетона содержащего пластифицирующую добавку на основе эфиров поликарбоксилатов.
Задачей настоящего изобретения является повышение прочности бетона после тепловлажностной обработки и в возрасте 28 суток.
Технический результат достигается в способе тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий, включающем циклический прогрев путем подачи насыщенного пара, отключение подачи пара, выдерживание изделий, повторную подачу насыщенного пара, отключение подачи пара, выдержку изделий до их охлаждения, в первом цикле подачу насыщенного пара производят до достижения температуры среды равной 30°С в течение 0,5 часа, изотермическую выдержку изделий производят при температуре 30°С в течение 2,5 часов, во втором цикле подачу насыщенного пара производят до достижения температуры среды равной 40°С в течение 0,5 часа и осуществляют изотермическую выдержку изделия при температуре 40°С в течение 5,5 часа.
Новым в данном техническом решении является новое сочетание известных приемов, используемых при тепловлажностной обработке сборных бетонных или железобетонных изделий и конструкций, при новых температурных режимах, что позволяет получить указанный выше технический результат.
По мнению заявителя, данный способ тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий не известен, и можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности ″новизна″.
Так как заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее получить изменение количественной меры результата, а именно: повышение прочности бетона после тепловлажностной обработки, а также повышение прочности бетона в возрасте 28 суток, то можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности ″изобретательский уровень″.
Заявляемое изобретение применимо и может быть использовано в промышленном, гражданском и транспортном строительстве. Основное потребление энергоресурсов при производстве сборных железобетонных изделий и конструкций связано с необходимостью их тепловлажностной обработки, поэтому разработка энергосберегающих режимов, обеспечивающих требуемую прочность бетона, в том числе бетона с пластифицирующими добавками, после тепловлажностной обработки, является актуальной задачей.
Для исследования свойств бетона после тепловой обработки, по заявляемому способу, были приготовлены бетонные смеси с осадкой конуса 2 см; в качестве заполнителей использован щебень фракции 5-20 и песок речной с модулем крупности 2,02; в качестве добавки на основе эфиров поликарбоксилатов - Sika Viscocrete 20 Gold. Для приготовления составов использовали портландцемент марки ПЦ-500Д0-Н. Осадку конуса определяли по ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний». Определение прочности образцов - кубов с ребром 10 см - в соответствии с ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» на серии образцов, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава, хранившихся в условиях, установленных ГОСТ 18105. Пересчет значений прочности к кубам с ребром 15 см производился умножением на коэффициент, равный 0,95. Были также проведены испытания бетона без добавки и с добавкой, подвергнутого тепловой обработке по способу в соответствии с прототипом. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице.
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что прочность бетона без добавки, подвергнутого тепловой обработке по способу согласно данному изобретению, выше на 8,6% по сравнению с прототипом после тепловлажностной обработки, и выше на 6,9% в возрасте 28 суток. Прочность бетона с добавкой, подвергнутого тепловой обработке по способу согласно данному изобретению, выше на 24,4% по сравнению с прототипом после тепловлажностной обработки, и выше на 14,5% в возрасте 28 суток.
Таким образом, наибольший прирост прочности бетона при использовании предложенного способа тепловой обработки, можно получить у образцов, содержащих добавку на основе эфиров поликарбоксилатов, по сравнению с образцами бетона без добавки.
Известно, что на прочность бетона после тепловлажностной обработки кроме характеристик цемента и водоцементного отношения значительное влияние оказывают параметры паропрогрева, такие как продолжительность предварительной выдержки, скорость подъема температуры, максимальная температура изотермической выдержки и скорость охлаждения. Наиболее рациональными режимами тепловлажностной обработки являются режимы, учитывающие процессы структурообразования бетона.
Для ограниченных по продолжительности режимов тепловлажностной обработки большое значение имеют не только сроки схватывания цемента, но и влияние добавок, которое они оказывают на сроки схватывания цементного теста. С увеличением расхода пластифицирующих добавок на основе эфиров поликарбоксилатов происходит удлинение сроков начала и конца схватывания цементного теста, несмотря на снижение содержания воды в изопластичных пастах, что необходимо учитывать при назначении режимов тепловлажностной обработки. Движение в бетоне газообразной фазы под действием нагрева осуществляется в основном вверх, в сторону открытой поверхности изделия, что приводит к деформированию и расслоению верхних слоев. Этот процесс наблюдался при тепловлажностной обработке свежеотформованных изделий с короткой предварительной выдержкой и быстрым подъемом температуры.
Повышение температуры предварительной выдержки бетона до 30°С ускоряет процессы гидратации цемента и способствует ускоренному структурообразованию бетона, что в дальнейшем позволяет снова повысить температуру прогрева бетона. Применение режимов со ступенчатым подъемом температуры дает улучшение прочностных показателей бетона. Выдерживание бетона в пропарочной камере при температуре изотермической выдержки 40°С способствует повышению прочности бетона после тепловой обработки в отличие от выдерживания бетона в камере твердения с обеспечением его саморазогрева и достижением температуры на его поверхности 15-40°С при условии одинаковой продолжительности выдерживания.
ТАБЛИЦА
№
Условия твердения
В/Ц
Расход на 1 куб.м, кг
Состав бетона
Добавка, %
Прочность в возрасте, МПа
Ц
П
Щ
После тепловлажностной обработки
28 сут.
1 прототип
Время предварительного выдерживания изделий 2 ч. Подъем температуры до 80°С 3 ч. 1-й цикл выдерживание изделий в камере без подачи тепла 3 ч. Вновь подъем температуры до 80°С 1 ч. 2-й цикл выдерживание изделий в отключаемой камере 1 ч. Продолжительность тепловой обработки 10 ч.
0,33
500
692
1148
1:1,38:2,30
-
36,1
64,1
2
Подача пара до температуры среды 30°С в течение 0,5 часа и изотермическая выдержка при этой температуре в течение 2,5 часов; затем подача пара до температуры среды 40°С в течение 0,5 часа и изотермическая выдержка при этой температуре в течение 5,5 часов; охлаждение 1 час. Продолжительность тепловой обработки 10 ч.
0,33
500
692
1148
1:1,38:2,30
-
39,2
68,5
3 прототип
Время предварительного выдерживания изделий 2 ч. Подъем температуры до 80°С 3 ч. 1-й цикл выдерживание изделий в камере без подачи тепла 3 ч. Вновь подъем температуры до 80°С 1 ч. 2-й цикл выдерживание изделий в отключаемой камере 1 ч. Продолжительность тепловой обработки 10 ч.
0,31
480
686
1185
1:1,43:2,47
Sika Viscocrete 20 Gold 0,3%
37,3
61,3
4
Подача пара до температуры среды 30°С в течение 0,5 часа и изотермическая выдержка при этой температуре в течение 2,5 часов; затем подача пара до температуры среды 40°С в течение 0,5 часа и изотермическая выдержка при этой температуре в течение 5,5 часов; охлаждение 1 час. Продолжительность тепловой обработки 10 ч.
0,31
480
686
1185
1:1,43:2,47
Sika Viscocrete 20 Gold 0,3%
46,7
70,2