Строительство

Панельное и крупноблочное строительство промышленных и энергетических объектов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Отформованные панели и блоки могут быть вынуты из форм только после достижения бетоном изделий достаточной прочности. В целях ускорения сроков достижения прочности, сокращения производственных площадей и уменьшения парка форм отформованные изделия обычно подвергаются тепловлажностной обработке. Тепловлажностная обработка может быть начата после предварительного выдерживания изделий. Цель вязкого предварительного выдерживания изделий — получить определенную начальную 'прочность, при достижении которой бетон воспринимает тепловое воздействие без нарушения СТРУКТУРЫ. Единого мнения по назначению оптимального времени выдерживания изделий перед тепловлажностной обработкой пока еше нет.

Практически для каждого вида бетона в зависимости от применяемых материалов и способов тепловой обработки оптимальное время предварительного выдерживания перед тепловой  обработкой   назначается   эмпирически. Это время нами приведено выше при описании тепловлажностной обработки разных, видов бетонов (главы 5 и 6).

Получили распространение тепловая обработка паром при атмосферном давлении (про-паривание) или при повышенном давлении-(запарка в автоклавах) и электропрогрев.

Пропаривание

Обогрев паром при атмосферном давлении может производиться непосредственно в пропарочных камерах, или под колпаками, или же контактным обогревом, при котором паром нагреваются прилегающие к панелям металлические листы опалубки.

Тепловлажностная обработка в пропарочных камерах наиболее распространена. Тепловлажностная обработка легких бетонов пропариванием в камерах и кассетах применяется на заводах Советского Союза, использующих в .качестве вяжущего цементы. Широкое распространение тепловлажностной обработки легких бетонов в пропарочных камерах объясняется прежде всего тем, что для этого способа используются без переделок пропарочные камеры заводов и полигонов по производству железобетонных изделий, а также тем, что качество изделий после пропарки в большинстве случаев удовлетворяет требованиям прочности и долговечности.

Процесс тепловлажностной обработки изделий из легких бетонов в пропарочных камерах аналогичен процессу пропарки изделий из тяжелого бетона, поэтому при установлении режима тепловлажностной обработки изделий из легкого бетона можно пользоваться соответствующими инструкциями по пропариванию бетонных и железобетонных изделий на заводах и полигонах.

При лропаривании подъем и снижение температуры в камере должны осуществляться постепенно. При быстром подъеме или снижении температуры возникает резкий перепад температур по толщине изделия, что приводит к образованию поверхностных трещин.

При подъеме температуры в камерах вода затворения в толще прогреваемого изделия: движется внутрь к более холодным его слоям; при снижении температуры движение: воды происходит в обратном направлении.. В результате образуется направленная пари-стость, поверхность изделий вспучивается к шелушится.

Оптимальная температура изотермического прогрева и длительность его зависят в основном от вида цемента и состава бетона: для портландцементов средней и высокой активности (марки 500 и выше) она приблизительно равна 80°С, для малоактивных портландцементов, шлакопортландцементов и пуццола-новых портландцементов она находится в пределах до 95—100° С. На длительность пропаривания в значительной мере влияет консистенция бетонной смеси — жесткие бетоны тре-«буют меньшего времени пропаривания.

Безнапорные камеры. Тепловлажностную обработку выгоднее производить в камерах системы проф. Л. А. Семенова, получивших большую известность благодаря возможности сокращения цикла пропаривания и уменьшения расхода пара.

В обычных камерах тепловлажностная обработка происходит в паровоздушной среде, создающейся впуском водяного пара в замкнутое воздушное пространство камер; в такой среде трудно достичь температуры выше '80° С; температура в камере распространяется неравномерно: разность температур между верхней и нижней зонами достигает 20° С, что приводит к получению изделий неоднородной

прочности; в результате избыточного давления, возникающего при подъеме температуры, в пропарочных камерах наблюдается значительная утечка пара через щели в крышках и воротах; из-за низкого коэффициента теплопередачи от паровоздушной среды к изделию удлиняется время пропаривания.

Отличие безнапорных камер проф. Л. А. Семенова заключается в том, что воздух из камеры поступающим паром вытесняется через специальную трубку в атмосферу, после чего процесс термообработки изделий проходит в чисто паровой среде — при температуре, близкой к 100° С, и влажности  100%.

Конструкция безнапорной камеры отличается от обычной тем, что в ней, кроме перфорированных труб для подачи пара в нижнюю зону, имеются также трубы для подачи пара в верхнюю зону и обратная труба для сообщения с атмосферой. Для конденсирования пара на отводной трубе при выходе из камеры устанавливается конденсатор ( 29-1).

Процесс пропаривания ведется следующим образом. Сначала пар подается через нижние трубы и в течение двух-трех часов температура паровоздушной среды достигает 75° С, затем подача пара через нижние трубы прекращается и включается подача пара через верхние трубы. Поступающий через верхние трубы пар вытесняет через отводную трубу паровоздушную смесь из камеры, и в ней создается чисто паровая среда, поддерживаемая заданное время.

Пропаривание изделий в среде чистого насыщенного» пара значительно эффективнее прогрева в паровоздушной среде благодаря тому, что при температурах, близких к 100° С, и среде со 100%-ной влажностью процесс твердения бетона происходит более интенсивно и исключается высушивание его, а следовательно, обеспечивается высокое качество бетона в изделиях. Более высокий коэффициент теплоотдачи от водяного пара к бетону ускоряет нагрев изделий и сокращает цикл пропаривания. Наконец, одинаковая температура по всему объему камеры обеспечивает получение изделий равной прочности.

Необходимо отметить, что по данным практики, пропаривание изделий в камерах проф. Л. А. Семенова дает реальный эффект только при полной автоматизации процесса. Ручное управление вентилями, открывающими и закрывающими доступ пара в камеры, не обеспечивает точной регулировки режима и эффект значительно снижается. В настоящее время на многих заводах осуществлена автоматизация процесса в пропарочных камерах системы проф. Л. А. Семенова. К сожалению, качество приборов еще не полностью отвечает требованиям безотказной работы автоматики.

Скоростная циркуляция греющей среды. Проф. А. А. Вознесенский, исследуя процесс пропаривания изделий в существующих ямных камерах, отметил, что паровоздушная среда малоподвижна,  так  как  пар  пускается  через мелкие отверстия (3—5 мм) перфорированных труб и энергия выхода струй гаснет около разводящего паропровода. Вследствие этого не происходит равномерного и быстрого прогрева изделий. Малоподвижный пар не может снять или существенно уменьшить образующуюся при конденсации пара водяную пленку на изделиях, представляющую собой основное тепловое сопротивление при прогреве изделий.

На основе многочисленных испытаний проф. А. А. Вознесенский предложил новый принцип организации теплообмена интенсивной циркуляцией греющей среды с активным и полным омыванием всех поверхностей изделий [Л. 11]. Интенсивная циркуляция греющей среды достигается энергией струй пара, вытекающего из крупноразмерных (15—25 мм) точечных сопл  (типа Лаваля).

Экспериментальные исследования показали, что воздух, подмешанный к пару даже в небольших количествах, сильно снижает коэффициент теплоотдачи неподвижной греющей среды: при 12%-ной примеси воздуха он падает почти в 10 раз по сравнению с коэффициентом теплоотдачи пара, «незагрязненного» воздухом. Но если эту смесь привести в движение, то коэффициент теплоотдачи значительно повышается. Так, например, достаточно создать скорость движения смеси 6 кг/м^-сек, как коэффициент теплоотдачи достигает 73% коэффициента «чистого» пара, что вполне достаточно для скоростного нагрева изделий, даже если насыщение пара воздухом возрастает.

Трехлетняя эксплуатация новых камер показала, что принцип интенсивной циркуляции паровоздушной среды обеспечивает необходимое сокращение цикла пропаривания и быструю  оборачиваемость камер  и  форм.

Новый метод пропаривания изделий приняли на заводе "№ 3 Киевского комбината Стройиндустрии. До внедрения нового метода длительность пропаривания труб составляла зимой 15 ч, летом 11 ч, удельный расход пара — 450—500 кг/м3. Новый метод теплообмена позволил снизить продолжительность цикла пропарки до 5—6 ч, удельный расход пара в 2 раза. Стоимость переделки 32 камер не превысила расходы на текущий ремонт.

При пропаривании плоских изделий эжектирующие струи пара направляются вниз ( 29-2,а). Около паропровода устанавливают щиток для создания подобия диффузора и сопла — с одной или двух сторон укладки. В последнем случае пар пускается в противоположные паропроводы попеременно и равномерность обработки повышается.

Для равномерного прогрева изделий в кассетах необходимо организовать равномерную подачу пара одновременно и быстро ко всей обогреваемой поверхности кассеты ( 29-2,6). В автоклавах также применим принцип интенсивной циркуляции. Предварительное вытеснение воздуха производится при подаче пара через оба параллельных паропровода, температура поднимается при пуске пара через один боковой коллектор и его сопла  ( 29-2,в).

Точное соблюдение заданных режимов тепловой обработки возможно только при автоматическом регулировании. Если до этого времени автоматизация была основана на программном регулировании только температуры в камерах, то в настоящее время она дополняется ультразвуковым   прибором,   позволяющим контролировать набор прочности бетона в процессе тепловой обработки и автоматически отключать камеры после набора бетоном заданной прочности.

На одном из пролетов завода железобетонных конструкций в г. Кремгэс Кировоградской области был проведен следующий эксперимент. При помощи рядового ультразвукового прибора УКБ-1 был проведен непрерывный ультразвуковой контроль набора прочности бетоном находившихся в камере пропаривания изделий. Оказалось, что продолжительность пропаривания можно сократить на 30%, а весь производственный цикл на 2 ч. Была доказана возможность ведения процесса пропарки по оптимальным режимам с минимальным расходом пара и минимальным временем пропаривания. Это достигается за счет непрерывного ультразвукового контроля нарастания прочности бетона с фиксацией момента набора изделием 75% прочности для прекращения подачи пара, включения вентиляции и создания режима остывания [Л. 62].

Известны примеры автоматического регулирования процесса в пропарочных камерах по степени твердения бетона, контролируемого по его относительной электропроводности.

В первое время после затворения цементное тесто обладает относительно слабой проводимостью. С подъемом температуры в камерах и набором прочности бетоном электропроводность его уменьшается.

Абсолютные величины удельного сопротивления разных бетонов различны, но отношение их начальных величин к конечным остается постоянным лри пропаривании до получения одинаковой относительной прочности бетона (относительно 28-дневной прочности твердения) [Л. 27]. Автоматический контроль процесса осуществляется по следующему принципу. При изготовлении партии изделий из этой же смеси формуют контрольный образец.

После необходимой выдержки изделие и контрольный образец загружаются в камеру. В процессе пропаривания сопротивление образца начинает возрастать и при достижении установленной величины соответствующее реле прекращает пропаривание.

Автоматизация пропарочных камер по этому методу позволяет наблюдать за твердением бетона в течение   всего   периода

пропаривания и получать диаграмму твердения бетона по электросопротивлению.

Длительная эксплуатация камер пропаривания, оборудованных автоматикой по описанному методу, на Кемеровском ДСК показала надежность их работы.

Щелевые камеры. Как показал опыт московских заводов N° 6 и комбината ЖБК-2, для тепловой обработки изделий целесообразно применять щелевые камеры непрерывного действия. Переход на щелевые камеры непрерывного действия, представляющие собою одноярусные туннельные камеры, значительно повысил эффективность процесса тепловой обработки.

На Бескудниковском керамическом заводе Главмоспромстройматериалов эксплуатируются камеры для тепловой обработки керамзито-бетонных панелей в сухой воздушной среде при температуре 120—150° С [Л. 24], где в качестве источника тепла применены трубчатые электрические нагреватели ТЭН, выпускаемые отечественными заводами ( 29-3).

Камеры представляют собой туннель длиной 92,8, шириной 7,54 и высотой 1 м. Одна камера возвышается над уровнем пола на 50—60 см, а другая полностью заглублена в грунт. Над перекрытием камеры смонтировано все формующее оборудование. Вагонетка, заполненная изделиями, подается толкателем .на стол-снижатель, который опускает ее до уровня рельсов щелевой камеры. Затем второй толкатель подает вагонетку в камеру, продвигая при этом весь ряд вагонеток в камере, и выталкивает из камеры одну вагонетку.

В камеру помещается 27 вагонеток. Время пребывания вагонеток в каждой зоне прогрева может регулироваться из центрального пункта управления путем включения и выключения необходимого количества блоков ТЭН.

Тепловлажностная обработка контактным способом. Институт Ги-простройиндустрия совместно с Вильнюсским заводом крупнопанельного домостроения разработал способ контактного обогрева при помощи щита с регистрами, нагреваемыми паром. Применение этого метода показало, что получаются чистые поверхности панелей, а материалы панелей не увлажняются, однако экономичность этого  способа   требует   проверки.

Тепловлажностная обработка отформованных изделий в вертикальных кассетных формах осуществляется через разделительные щиты формы путем прогрева их паром, горячей водой или электрическим током. Жидкий или парообразный теплоноситель циркулирует внутри коробчатого стального щита, а при электропрогреве в нем устанавливают электронагревательные приборы. Обычно температура прогрева не превышает 100° С. В кассетных формах создаются благоприятные условия для твердения изделий, которые всеми своими поверхностями (кроме верхней грани) соприкасаются с формой. Бетон твердеет интенсивнее, чем в пропарочных камерах. Время тепловой обработки на обычном цементе может быть доведено до 5—10 ч. Общие рекомендации по тепловлажностнои обработке в вертикальных кассетных формах заключаются в следующем:

Подача пара по длине отсека должна производиться одновременно с обоих концов; подводку пара следует производить в двух уровнях по высоте — снизу и посредине; нижний участок первого отсека должен быть расположен в уровне низа изделий и иметь сток для конденсата; в верхних углах полости должны быть предусмотрены краны для выпуска воздуха. Нагрев до 85—98° С обеспечивается в среднем через 2—3 ч после подачи тепла к поверхности панели толщиной 100— 120 мм. При двусторонней подаче тепла время сокращается наполовину; изделия, прогреваемые в кассетной форме, получаются с прочностью несколько высшей, чем пропаренные в камере. Максимальная подача пара должна

происходить в первые 3 ч, а последние часы прогрев изделий следует вести при отключенном паре, так как опыты показали, что в первые 2—3 ч после отключения пара температура панелей почти не меняется, а в дальнейшем понижается не более чем на 5° в час.

Распалубку армированных изделий следует производить при разнице температур изделий и охлаждающей среды не более 70° С при армировании панелей сетками и 40°С— при армировании по контуру.

Термообработка изделий контактным способом производится с помощью пара, поступающего в регистры термоподдонов формы. На каждом термопосту установлен штабель, состоящий из уложенных друг на друга 5— 6 форм с термоподдонами. Подача пара к регистрам форм и отвод конденсата осуществляются с помощью резиновых шлангов.

Пар циркулирует из одного термоподдона в другой. Конденсат отводится из последней нижней формы.

Верхнее изделие в штабеле накрывается крышкой с регистрами, куда также поступает пар.

Для контроля за параметрами подводимого пара на паропроводе установлены манометр и термометр.

Термообработка однослойных панелей производится по следующему режиму: в течение 8 ч в регистры термоподдонов подается пар (температура его 115—120° С). За это время температура в теле панели достигает 85—90° С. Затем пар отключается и формы с изделиями выдерживаются в штабеле еще в течение 2—3 ч.

Контактный способ термообработки имеет ряд преимуществ перед пропаркой острым паром, а именно:

1)         термообработка   изделий   производится в более короткие сроки;

2)         сокращаются     производственные     площади, необходимые для термообработки;

3)         фактурный   слой   не   подвергается воздействию пара  и  твердеет   по   «мягкому режиму», что обусловливает его хорошее качество;

4)         в панелях из легкого бетона снижается остаточная влажность, что способствует повышению   морозостойкости  и  снижению   теплопроводности бетона [Л. 2].

Теплообработку изделий следует также производить на стендах, подогреваемых паром или перегретой водой. Так, на заводах крупнопанельного домостроения фирмы «Камю» (Франция) теплообработка производится обогревом стендов перегретой до 140° С водой через регистры, устанавливаемые под потолком утепленного минераловатными плитами колпака; колпаками накрывается стенд после окончания формовки [Л. 55].

Автоклавная обработка

Автоклавная обработка легких цементных и силикатных бетонов имеет ряд преимуществ перед тепловлажностной обработкой в пропарочных камерах. При автоклавной обработке можно достигнуть уменьшения расхода цемента или более эффективного использования смешанного вяжущего (цемент+известь). Автоклавная обработка легких бетонов уменьшает вероятность образования усадочных трещин в изделиях и увеличивает их морозостойкость и долговечность. Процесс тепловлажностной обработки изделий в автоклавах требует времени на 6—7 ч меньше, чем при пропарке.

Автоклавная обработка подробно рассмотрена при изложении тепловлажностной обработки отдельных видов легких бетонов и силикатов. Здесь же уместно отметить, что, несмотря на перечисленные преимущества автоклавной обработки, большого развития этот способ для легких бетонов еще не получил вследствие {высокой стоимости автоклавов, дороговизны их эксплуатации и необходимости иметь пар высоких параметров. Автоклавы используются в первую очередь для изготовления изделий из ячеистых и силикатных плотных бетонов, качество которых больше зависит от условий твердения.

При автоклавной обработке в цементном камне химические реакции происходят полнее, песок вступает в реакцию со свободной известью, выделяющейся при твердении цемента; таким образом, песок активно участвует в твердении, в то время как при про-паривании при атмосферном давлении и при твердении в естественных условиях этого не происходит. Высокая температура и дополнительные химические реакции обусловливают ускорение процесса твердения автоклавного бетона, большую конечную прочность его по сравнению с безавтоклавным при равном объемном весе. Усадочные явления в автоклавном ячеистом бетоне значительно меньше и в основном завершаются в период автоклави-рования.

Б. А. Новиков [Л. 59] рекомендует определять расчетом исходные данные по продолжительности подъема и снижения температуры в автоклавах с учетом максимальных размеров изделий, объемного веса ячеистого бетона и водотвердого отношения.

М. Я. Кривицкий и А. Н. Счастный [Л. 41], исследуя изменение прочности газобетонов в процессе автоклавной обработки, установили, что в первой стадии запаривания при подъеме температуры до 8 ат (174° С) прочность возрастает незначительно   (табл.  29-1).

При температуре 174° С в первые часы изотермической выдержки прочность всех видов газобетонов резко возрастает. При этом рост прочности газобетонов происходит значительно быстрее, чем у газосиликатов. Наибольшая прочность газобетонов достигается после 4— 6 ч изотермической выдержки при 8 ат. Длительность изотермической выдержки крупноразмерных изделий должна определяться временем, необходимым для полного прогрева изделия и для взаимодействия вяжущего и кремнеземистого компонента с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция.

В этом случае будет обеспечено получение одинаковой прочности изделия по всему сечению и ' большой трещиностойкостью и долговечностью.

При изложении данных по пропариванию легких бетонов уже указывалось, что, к сожалению, нет готовых рецептов для назначения режимов тепловлажностной обработки. Еще сложнее решить такую задачу при назначении режима тепловлажностной автоклавной обработки ячеистых бетонов.- Поэтому для каждого вида ячеистого бетона в зависимости от применяемых материалов и размеров изделия необходимо назначать свой режим тепловлажностной обработки и проверять его в производственных условиях.