Технология приготовления бетонной смеси

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

Казанский государственный архитектурно - строительный университет

Кафедра ТСМИК

Курсовая работа

на тему: Технология приготовления бетонной смеси

Выполнил студент: Салимшин Ф. Н.

Группа: 2СТ31з

Руководитель курсовой работы:

Аюпов Д.А.

Казань, 2015



Реферат

В данной курсовой работе произведён расчет и проектирование пароразогрева бетонной смеси в технологии получения плит покрытия

Перечислены основные характеристики бетона.

Приведена технологическая схема двухсекционной бетоносмесительной установки цикличного действия, с описанием процессов происходящих на каждом из объектов. Так же приведена схема организации агрегатного производства. Изображена конструктивная схема серийного бетоносмесителяСБ - 112 с устройством для пароразогрева, схема подачи пара в бетоносмеситель СБ - 112.

В теоретическом разделе показаны методы интенсификации твердения бетонной смеси. Показано влияние химических добавок, ТВО, электроразогрев и пароразогрев при интерсификации твердения бетонной смеси.



Введение

Бетон к определённому сроку должен приобрести проектную прочность и обладать другими качествами, соответствующие назначению изготовляемой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т.д.). Кроме того, требуется определённая степень подвижности бетонной смеси.

Особые свойства бетона.

а) Плотность и непроницаемость.

Высокая прочность бетона достигается рациональным подборов зернового состава заполнителей (с минимальнойпустотностью), применение бетонных смесей с низким водоцементным отношением, интенсивным уплотнением, введением в бетонную смесь пластифицирующих и гидрофобизующихок добавок.

Выполнение указанных мероприятий не даёт возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступавшей в химическую реакцию с цементом при его твердении, а также в следствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Для устранения этого недостатка на внутреннею поверхность сооружений наносят газонепроницаемые плёнки, например из пластмасс.

Плотный бетон при мелкопористой структуре и достачной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаемым. Водонепроницаемость бетона характеризуется наибольшим давлением воды, при котором она ещё не просачивается через образцы. По водонепроницаемости бетон делят на 4 марки: В2, В4, В6, В8, выдерживающие соответственно давление 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 МПа.

В более тонких конструкциях добиваются высокой водонепроницаемости бетона использованием гидрофобного цемента, а также применением водоизоляционных покрытий, наносимых на поверхность пневматическим способом (торкретированием).

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, нои для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции - мазута, тяжёлой нефти.

Лёгкие средние нефтяные фракции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. С целью защиты бетонных и железобетонных сооружений, предназначенных для хранения нефтепродуктов, поверхности сооружений покрывают жидким стеклом, а от проникания лёгких и жидких нефтяных продуктов (бензина, керосина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, поверхностные покрытия - плёнки из пластмасс или изготавливают бетон на непроницаемом для указанных жидкостей расширяющемся цементе.

б) Морозостойкость.

Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдержать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в массе более 5%.

ГОСТ 10060-76 на тяжёлый бетон, в том числе и на гидротехнический, устанавливают 5 марок по морозостойкости: М50, 100, 150, 200 и 300. Марку бетона по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий. Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны, высокой плотности. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей. Марка заполнителя по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона.

в) Деформативные свойства бетона.

Бетон под нагрузкой ведёт себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы.

Область упругой работы бетона идёт от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по границе сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины, при дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона.

Развитию пластических деформаций бетона также способствует глеевая составляющая цементного камня. Бетон ведёт себя как упруговязкопластическое тело.

Опытами установлено, что при небольших напряжениях и кратковременномнагружении для бетона характерна упругая деформация. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то наблюдается заметная остаточная (пластическая) деформация. Полную деформацию можно представить как сумму упругой и пластической деформации. Поэтому диаграмма деформирования не прямолинейна, для каждого напряжения существует свой модуль упругости. Принято за начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении применять отношение нормативного напряжения к относительной деформации при величине напряжения к относительной деформации при величине напряжения не более 0,2 от предела прочности.

Начальный модуль упругости растёт при увеличении прочности бетона и уменьшается с увеличением пористости бетона. При одинаковой марке бетона модуль упругости лёгкого бетона на пористом заполнителе в 1,7-2.5 раза меньше тяжёлого бетона. Модуль упругости ячеистого бетона ещё ниже. Модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой.

Коэффициент Пуассона м бетон изменяется в довольно узких пределах 0,13-0,22 и в среднем равен 0,167. Модуль деформации лёгких бетонах напористых заполнителях примерно в два раза меньше, чем уравнопрочных тяжёлых бетонах, повышение предельной деформации бетона увеличивает его трещиностойкость.

г) Ползучесть.

Ползучесть - явление увеличения деформации бетона во времени при действии постоянной нагрузки. Полная относительная деформация бетона при длительном действии нагрузки слагается из его начальной упругой и пластической деформации ползучести. Ползучесть проявляется при всех видах деформаций. Ползучесть бетона объясняют пластическими свойствами влажного цементного геля, а также возникновением и развитием микротрещин. Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, водоцементного отношения, влажности и условия твердения. Меньшая ползучесть у бетона на высокомарочных центах и плотных заполнителях. Лёгкие бетоны на пористых заполнителях имеют большую ползучесть, чем тяжёлые.

д) Усадка и расширение бетона.

В процессе твердения происходят объёмные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетона, на безусадочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьшением объема, т.е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объём несколько увеличивается и воздушно - сухих условиях бетон даёт усадку. Значительную усадку имеют бетоны из жидких смесей (с большим расходом цемента, а также водоцементном отношении). Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения - за первые сутки она составляет до 60-70% от величины месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто в следствии испарения и поглощения влаги гидратирующимися зернами цемента. В результате обезвоживания частицы сближаются между собой, и цементный камень даёт усадку.

Объёмные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания (иногда до 500С внутри массивных конструкций) в результате экзотермических реакций цемента с водой. Объёмные изменения бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление трещин. Для предотвращения их массивных бетонных конструкциях устраивают специальные температурные швы. Чтобы уменьшить экзотермию бетона, применяют цементы с малым выделением тепла. Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента. Усадка бетона возрастает с увеличением тонкости помола цемента.

е) Агрессивная среда и меры защиты от неё.

Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушатся. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня.

Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в толщу бетона, и особенно интенсивно при постоянной фильтрации такого вещества через трещины или поры бетона. Поэтому основной мерой предохранения бетона от коррозии является придания ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающие равномерную (без образования трещин) деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидрооксида кальция и малым содержанием трёхкальциевого алюмината. К таким цементам относятся портландцементы с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, сульфатостойкие цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирование в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование. Защитить бетон проникания агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, облицовки их плотными керамическими плитками или камнями, вылложеными на кислотоупорном цементе, созданием водонепроницаемой оболочке вокруг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрытия гидроизоляционными битуминозными материалами и др.

ж) Отношение к действию высоких температур.

Бетон - огнестойкий материал, выдерживающий высокие температуры во время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб, промышленных печей, их фундаментов. В последние годы бетон специального состава всё смелее применяют футеровки тепловых аппаратов, работающих при температуре 10000С и выше.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяют горную породу, в состав которой входит кристаллический кварц то при температуре около 6000С в бетоне могут появится трещины в следствии значительного увеличения объёма кварца.

При проектировании бетонных конструкций подвергающихся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150-2500С прочность бетона на портландцементе снижается на 25%. При нагревании бетона выше 5000С и последующем увлажнении он разрушается. Вначале происходит дегидратация гидрооксида кальция Са(ОН)2>СаО + Н2О , а затем при последующем увлажнении образовавшееся СаО гасится с увеличением в объёме, что приводит к разрушению цементного камня и бетона.

Для строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 2500С), применяют специальный жаростойкий бетон.



Основы технологии производства плит покрытия

Бетонные и растворные заводы и установки отличаются многообразием технологических и конструктивных решений.

Схема высотной двухсекционной бетоносмесительной установки цикличного действия на два гравитационных смесителя с объемом готового замеса по 800 л и два смесителя принудительного смешения с объемом готового замеса 660 л.

Заполнители со склада ленточным конвейерам (1), поднимаются в надбункерное отделение. Отсюда они по двухрукавной течке направляются на ленточный конвейер (2) для подачи во вторую секцию или поворотными воронками (3) распределяются по отсекам бункеров: заполнителя (4), цемента (5), извести (6). Для перевода поворотной воронки из одного положения в другое служит пневмоцилиндр.

Цемент пневмотранспортом подается в центробежный циклон (7). Запыленный воздух, подлежащий очистке, направляется в рукавный фильтр. Винтовым конвейером (8) цемент из циклона и фильтра распределяется по отсекам бункеров. Все отсеки бункеров снабжены указателями уровня материала, управляющими работой транспортных механизмов.

Под отсеками бункеров каждой из двух секций подвешены весовые дозаторы воды (11) и дозаторы заполнителей (12), дозаторы цемента (13) цикличного действия. Над каждым дозатором для жидкостиустановлены: бак для водыи бак для добавок.

Отдозированные сухие компоненты поступают в сборную воронку (14) с перекидным клапаном, назначение которого -- направлять смесь в тот или иной смеситель. Работой перекидного клапана двухрукавного патрубка (15) управляет пневмоцилиндр, включаемый автоматически при подаче сигнала о готовности одного из смесителей (16) к приему очередной порции компонентов смеси. Клапан сблокирован с одним из двух пробковых кранов, установленных на трубопроводе, соединяющем дозатор для жидкости со смесителем. Готовая смесь из смесителей поступает в бункера-копильники (18), из которых затем выгружается в бадью.

По высотной схеме выполнен также автоматический блочный растворный завод Главмосстроя производительностью 8,5 м3/ч. Этот завод включает блочный растворосмесительный узел с одним растворосмесителем и два склада -- песка и цемента.

Растворосмесительный узел состоит из трех установленных один под другим блоков. Внутри блоков смонтированы технологическое и транспортное оборудование, санитарно-техническая и электротехническая аппаратура. В верхнем блоке установлены: расходный бункер песка (4), бункер цемента (5) и бак для воды (9). Внутри бункера размещены регистры для подогрева песка, а на стенках смонтировано два вибратора. Расходный бункер цемента имеет аэрационное устройство для предотвращения «зависания» цемента. Оба бункера снабжены верхним и нижним указателями уровня материалов для автоматического регулирования подачи песка и цемента в емкости.

Цемент винтовым питателем подают в весовой автоматический дозатор (13), а песок -- барабанным питателем в дозатор (12). Вода и пластификатор дозируются дозаторами жидкости (11), заполнителей (12), цемента (13). Все установленные автоматические дозаторы работают на электрогидравлическом принципе с применением гидравлических датчиков. Масло для управления дозаторами подается по трубопроводам.

Отдозированные компоненты поступают в цикличныйрастворосмеситель с гидравлическим затвором. Подготовленный раствор сбрасывается в бункер (18), шарнирно закрепленный на оси и опирающийся на мессдозу, соединенную с командным электроконтактным манометром. Для подачи масла в гидросистему управления из бака служит лопастной насос.

В нижнем блоке установлен бак для приема и хранения пластификатора, подаваемого в дозатор центробежным насосом. Для периодической продувки пластификатора воздухом в баке установлен компрессор. Сжатый воздух одновременно используется для сводообрушения цемента в бункере. В среднем блоке размещены электрогидравлический пульт программного управления, пульт дистанционного управления и магнитная станция.

Расчет пароразогрева бетонной смеси в технологии получения плит перекрытия

Исходные данные:

Марка цемента,

Марка бетона,

Водоцементное отношение,

Содержание

Нормальная густота, НГ = 25%

Объем замеса V = 1000 л

Влажность:

Песка,

Крупного заполнителя,

Температура:

Цемента,

Крупного заполнителя,

Воды,

Бетонной смеси,

Давление пара, Р = 0,18 МПа

Степень сухости пара, х = 0,85;

Потери пара, .



Теплотехнический расчет параметров процесса пароразогрева бетонной смеси

Из исходных данных принимаем максимально допустимую температуру разогрева смеси 60.[1, табл. 1].

В соответствии с графиком зависимости коэффициента водопотребности цементов ( ) от температурного режима при пароразогреве, находим коэффициент водопотребности цемента . Для определения коэффициента необходимо определить группу цемента, оно определяется по густоте цементного теста НГ =25%, и по С3А = 9% следовательно II группа цемента, .[1, табл.1]

Расчет оборудования для пароразогрева бетонной смеси

Источниками пароснабжения могут быть заводские или районные котельные или ТЭЦ. Для пароразогрева бетонной смеси используют сухой насыщенный пар. Возможно также применение влажного насыщенного пара, однако при этом должны быть предусмотрены меры по стабилизации его параметров и непрерывному осушению паропроводов. Степень сухости пара не должна отклоняться от среднего значения более чем на 2 - 2,5%.

Система пароснабжения должна обеспечивать стабильность давления и расхода пара в смесительных установках или ПУ.

Рекомендованное давление в системе пароснабжения цикличных гравитационных бетоносмесителей должно быть не менее 0,15 МПа, в принудительных смесителях цикличного или непрерывного действия - 0,2 - 0,4 МПа.

Минимальное суммарное сечение всех сопл в сверхкритической области истечения пара () находят делением расхода пара на его расход g через 1 мм2 сопла

Количество сопл n выбирается по конструктивным соображениям. Площадь выходного отверстия одного сопла Лаваля

Условия проведения пароразогрева и методы интенсификации бетонной смеси

Условия пароразогрева бетонной смеси

Требования к материалам применяемым для приготовления пароразогретых бетонных смесей на плотных и пористыхзаполнителях.

Для производства изделий из бетонных смесей, в качестве вяжущих материалов могут быть использованы портландцементы и шлакопортландцементы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178 - 76, а также другие виды цементов, удовлетворяющие специальным техническим условиям и обеспечивающие получение требуемых свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона.

При повышении температуры, а также в зависимости от скорости загустевания и степени водопотребности бетонной смеси все цементы, применяемые для изготовления изделий из пароразогретых смесей, по своей эффективности могут быть разделены на три группы:

I - малозагустевающие: портландцементы на низкоалюминатных клинкерах (С3А до 5%); портландцементы с минеральными добавками на низкоалюминатных клинкерах, добавками, на повышающими водопотребностями цемента, или активными минеральными добавками осадочного происхождения в количестве не более 5%; пластифицированные портландцементы; шлакопортландцементы;

II - среднезагустевающие:портландцементы на среднеалюминатных клинкерах (С3А 5 -9%); портландцементы с минеральными добавками насреднеалюминатных клинкерах;

III - сильнозагустевающие: портландцементы и портландцементы с минеральными добавками на высокоалюминатных клинкерах (С3А более 9%).

Целесообразность применения быстротвердеющих цементов для пароразогретых смесей, относящихся к цементам II и III групп, следует определять на основе опытной проверки роста их водопотребности. Цементы сростом водопотребности более 4% на каждые 10 повышения температуры применять не рекомендуется.

Применение пуццолановых портландцементов, обладающих повышенной водопотребностью, которая интенсивно растет при повышении температуры бетонной смеси при пароразогреве, нецелесообразно.

Применение глиноземистого цемента при пароразогреве бетонной смеси не допускается.

Бетоны в возрасте 28 суток, изготовленные изпароразогретых смесей на цементах I и II групп, при соблюдении установленных технологических параметров производства имеют прочность не менее чем прочность пропаренных по оптимальным режимам бетонов из неразогретых смесей с таким же расходом цемента. Для бетонов, изготовленных на цементах III группы, при тех же условиях производства может иметь место снижение прочности до 10% и более.

В технологии изготовления изделий из пароразогретых смесей применять цементы, расход которых при получении бетонов марочной прочности увеличиваются на 10% или более, не рекомендуются.

В качестве воды затворения бетонной смеси используют обычную водопроводную воду, удовлетворяющую требованиям п.4.11. СНиП III - 15 - 76 «Бетонные и железобетонные конструктивные монолитные».

Крупный и мелкий заполнители, применяемые для приготовления пароразогретых бетонных смесей, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10268 - 70.

. Крупные и мелкие пористые заполнители, применяемые для пароразогретых бетонныхсмесей, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9757 - 73 и стандартам на отдельные виды пористых заполнителей.

Для повышения подвижности или уменьшения жесткости и скорости загустеванияпароразогретых легкобетонных смесей при их приготовлении рекомендуется использовать воздухововлекающие или пластифицирующие добавки в соответствии с указаниями СН 483 - 76. Легкобетонные пароразогретые смеси для конструктивно-теплоизоляционных бетонов должны приготовляться с обязательной поризацией воздухововлекающими добавками в соответствии с рекомендациями СН 483 - 76 и ВСН 56 - 75.

При приготовлении пароразогретых смесей химические добавки как ускорители твердения допускается применять только после дополнительной экспериментальной проверки в конкретных условиях производства.

Основные принципы автоматического регулирования и контроля процесса пароразогрева бетонной смеси.

Автоматизация процесса пароразогрева может быть частичной, когда автоматизируются отдельные технологические участки или процессы, и комплексной, когда решаются вопросы автоматизации всего технологического цикла изготовления железобетонных изделий.

Комплексная автоматизация процесса пароразогрева более экономична как для вновь строящихся, так и реконструируемых заводов и цехов.

Для автоматизации пароразогрева бетонной смесив процессе ее приготовления могут быть использованы любые электрические схемы, прошедшие практическую проверку с положительными результатами.

К автоматизации процесса пароразогрева бетонных смесей как для реконструируемых, так и для вновь строящихся формовочных цехов должны предъявляться следующие основные требования:

Технологическая схема пароразогрева должна быть максимально простой и состоять из механизмов и приборов, которые могут работать без постоянного обслуживающего персонала в дистанционном и автоматическом режимах;

Вспомогательные устройства (дозаторы, задвижки, шиберы, питатели и т. п.) должны быть оборудованы приводами как, с дистанционным, так и ручным управлением;

Конструкции патрубков загрузочных бункеров и других емкостей должны исключать зависание и сводообразование материала при загрузке и выгрузке готовой смеси:

В цехе должна быть свободная площадка для размещения автоматической аппаратуры и диспетчерских пунктов.

В системе автоматизации процесса приготовления пароразогретых смесей должна быть предусмотрена возможность перехода с автоматического управления на ручное. С этой цепью используют сервомоторы РМ,РМБ или РБ.

Автоматизированная установка для приготовления пароразогретых смесей должна предусматривать следующие технологические линии: подачи промывочной воды, сыпучих составляющих, сжатого воздуха, воды затворения, пара, а также линии аспирации (дренажа) избыточного пара, удаления конденсата, блоки контроля и регулирования температуры и консистенции выдаваемой смеси.

Для регулирования процесса пароразогрева в цикличных смесителях может быть применен датчик консистенции и температуры бетонной смеси, основанный на принципе измерения мощности, потребляемой приводным электродвигателем бетоносмесителя, с выдачей сигналов на дозатор воды и пароподводящую систему.

Автоматическое регулирование температуры и подвижности бетонной смеси по данной схеме можно осуществлять двумя способами.

Первый способ заключается в том, что сначала в бетонную смесь подается пар. По достижении заданной температуры подача пара в бетоносмеситель автоматически прекращается и автоматический регулятор подвиности смеси включает подачу воды. По достижении заданной подвижности смеси отключается. При понижении температуры бетонной смеси вновь включается подача пара до восстановления заданной температуры.

При осуществлении второго способа - в сухую бетонную смесь пар и воду подают одновременно. По достижении заданно температуры смеси подача отключается, вода же продолжает поступать до момента достижения требуемой подвижности смеси, после чего система подачи воды отключается и в течение 15 - 20 с происходитдомешивание смеси.

В состав схемы автоматичесгоко регулирования скорости подачи пара при пароразогрева должны входить регистрирующие и записывающие приборы, а так же исполнительные механизмы.

Скорость конденсации пара в процессе пароразогрева смеси изменяется в зависимости от температуры смеси и поверхности конденсации. Ввод пара в бетонную смесь со скоростью, соответствующей скорости конденсации, может быть обеспечен только автоматически, что позволяет полностью предотвратить утечку пара в окружающую среду (цех, дозировочное отделение).

Количество конденсата при прочих равных зависит от давления и продолжительности подачи пара и живого сечения паропровода (для объёма смеси 800 л) (рис. 20). Кроме того, следует иметь в виду, что скорость конденсации пара возрастает с увеличением степени рассредоточенности выходных отверстий и интенсивности смешивания.

Важнейшим показателем исполнительных механизмов являются их динамические и статические характеристики, определяемые экспериментальным и расчётным путём для каждого типа механизма. Правильный выбор этих характеристик позволяет повысить эффективность его работы.

Датчик температуры бетонной смеси должен быть малоинерционным, виброустойчивым, износоустойчивым и изолирован от влияния температуры корпуса бетоносмесителя.

Чувствительный элемент датчика, укреплённый на роторе бетоносмесителя, при движении смеси поворачивается вокруг своей вертикальной оси. Угол его поворота прямо пропорционален консистенции бетонной смеси. Передача информации о повороте датчика осуществляется с помощью герметичных контактов, управляемых магнитами.

При подаче пара с непостоянными параметрами пароразогрев бетонной смеси целесообразно осуществлять в соответствии с его заданной температурой - подачу пара следует отключать в тот момент, когда температура смеси достигает заданной величины. Количество воды,поступающей из дозатора, определяется расчётным путём (см. разделы 4 - 6 настоящего Руководство).

При прочих равных условиях способ управления пароразогревом по расходу пара при разных замесах обеспечивает лучшие показатели однородности бетонной смеси.

Управление работой бетеносмесительных установок должно осуществляться с помощью автоматики или оператором с одного пульта управления.

Методы интенсификации твердения бетонной смеси

Применительно к бетонным работам, выполняемым в построечных и заводских условиях, интенсификация предполагает решение задач, направленных на повышение эффективности производства:

-- сокращение расхода материалов, прежде всего цемента;

-- уменьшение энергозатрат;

-- сведение к минимуму трудозатрат;

-- увеличение темпов набора прочности бетона;

-- повышение качества бетона.

Эффективность любой технологии может быть оценена по тому, в какой мере эта технология обеспечивает требуемые сроки создания строительной продукции, её стоимость и качество. Поиск рационального сочетания отдельных составляющих триединой задачи особенно актуален применительно к технологии бетонных работ. Действительно, стремление сократить сроки достижения отпускной или распалубочной прочности бетона, например, за счёт его тепловой обработки в процессе выдерживания в форме или опалубке, неизбежно приводит к ухудшению качества и увеличению стоимости.

Известно, что наиболее активными составляющими бетонной смеси является цемент и вода. Скорость и глубина гидратации цемента, условия твердения бетона в раннем возрасте являются решающими факторами, влияющими и на темпы набора прочности бетона, и на его качество, и, в итоге, на стоимость.

О необходимости активации бетонной смеси свидетельствуют следующие факты и обстоятельства. Из компонентов бетонной смеси наиболее дорогим является цемент. По стоимости исходных материалов бетонной смеси на долю цемента приходится 55-60 %. При удельном расходе портландцемента М-400 плотностью 350-400 кг/м3 для наиболее распространённых бетонов классов В22.5-В25 к моменту достижения проектной прочности в реакции гидратации вступает 30-35 % массы цемента. Примерно 2/3 цемента (в приведённом примере -- около 240 кг/м3) в раннем возрасте бетона используется как «микрозаполнитель».

При производстве сборного железобетона в заводских условиях время на тепловую обработку бетона составляет примерно 70 % от общего цикла изготовления. Наиболее распространённым способом ускорения твердения бетона на заводах сборного железобетона является пропаривание изделий. При этом для получения отпускной прочности бетона удельные энергозатраты составляют 580 кВт *ч/м3.

В построечных условиях основным методом зимнего бетонирования и способом ускорения твердения бетона монолитных конструкций является его электротермообработка. В зависимости от способа прогрева бетона удельный расход электроэнергии составляет от 80-90 кВт*ч/м3 (прогрев стальной изолированной греющей проволокой) до 200-250 кВт*ч/м3 (электродный прогрев). При этом время достижения распалубочной прочности бетона, например, равной 70 % от проектной прочности составляет 2-3 суток.

Важно иметь в виду, что все существующие методы ускорения твердения бетона, основанные на внесении тепла в твердеющий бетон, приводят к ухудшению его качества. Компоненты бетонной смеси в системе «твёрдая фаза -- жидкая фаза -- газообразная фаза» при нагревании имеет различные увеличения объёмов, которые находятся в соотношении 1:100:1000. За счёт деструктивных явлений, обусловленных неравномерностью объёмных увеличений компонентов бетонной смеси, в твердеющем бетоне увеличивается пористость, которая имеет преимущественно капиллярный характер. Это приводит к уменьшению плотности бетона, снижению его прочности примерно на 20 % по отношению к прочности бетона нормального твердения, а также повышается водонепроницаемость бетона, ухудшается его морозостойкость.

Приведённый выше краткий обзор состояния технологии бетонных работ, выполненный с позиции сроков, стоимости и качества бетона как одной из разновидностей строительной продукции, позволяет сформулировать задачи активации бетонной смеси, которые сводятся к следующему:

-- увеличить глубину гидратации цемента с целью его более эффективного использования в ранние сроки твердения бетона;

-- увеличить интенсивность гидратации цемента с целью сокращения сроков набора отпускной или распалубочной прочности бетона;

-- улучшить качество бетона;

-- снизить стоимость бетона как строительной продукции.

Известны различные направления активации бетонной смеси в целом и отдельных её составляющих. Ниже приведена краткая характеристика некоторых из этих направлений и более подробно освещены вопросы активации бетонной смеси на основе предварительного разогрева смеси и её компонентов.

Активация воды затворения возможна путём её омагничивания, ионизации, обработки ультразвуком. Эти технологические приёмы достаточно хорошо изучены, прошли проверку в опытно-промышленном производстве, но по ряду причин широкого применения не находят. Например, обработка воды затворения в электромагнитном поле не всегда обеспечивает стабильность эффекта повышения прочности бетона.

Из приёмов механической активации цементного теста, цементного раствора и бетонной смеси известны вибродомол цемента, виброперемешивание смеси и другие. По мнению большинства исследователей, эффект виброактивации заключается в следующем. При вибрационной обработке цементного теста, раствора, бетонной смеси происходит адсорбционное и химическое диспергирование зёрен цементного клинкера, их дефлокуляция. Возрастает число коллоидных частиц в единице объёма, увеличивается масса цементного геля. Вибрация способствует обнажению зёрен клинкера, углублению процесса растворения, вовлечению в реакции гидратации большего количества цемента. При последующем твердении образуется большее число мелких зародышей кристаллов цементного камня. При виброактивации бетонной смеси активируется не только цемент, но и контактная поверхность цементного камня с заполнителем, повышается их адгезия. Улучшается структура цементного камня и бетона в целом. Повышается его плотность, морозостойкость, водонепроницаемость. Прочность бетона возрастает до 20 % и более.

К сожалению, указанные приёмы виброактивации бетонных смесей не получили широкого распространения в отечественной технологии бетона, очевидно, из-за недостаточного уровня их инженерной реализации.

Общепризнано, что для интенсификации процесса твердения бетона наиболее эффективно использовать тепло (вопросы использования добавок в технологии бетона, их действия на цемент, раствор, бетонную смесь и бетон, относящиеся к области материаловедения, в данной работе не рассматриваются). Известно, что скорость химических реакций возрастает с повышением температуры. Так, скорость реакции гидратации цемента при температуре 80 °C увеличивается в 6 раз и в 10 раз при температуре 100 °C по сравнению с нормальными условиями. Однако, как уже было отмечено выше, наложение теплового поля на твердеющий бетон приводит к ухудшению его качества.

Одна из современных разновидностей предварительного разогрева, названная разработчиками «термовиброобработкой бетонной смеси» (ТВОБС), представляет собой активацию смесей комплексом воздействий в установках повышенной технологичности (установки ТВОБС).

Суть ТВОБС состоит в том, что непосредственно перед укладкой в форму или опалубку бетонная смесь подвергается предварительномуэлектроразогреву в непрерывном режиме с одновременным воздействием на неё вибрации, избыточного давления и пара. Активированная таким образом смесь укладывается, уплотняется, укрывается плёнкой, теплоизоляцией и выдерживается по методу термоса или активного термоса.

Активация бетонной смеси в установках ТВОБС позволяет обеспечить:

-- ускоренный набор прочности бетона: 40-50 % через 8 часов и 70-100 % через сутки при скорости остывания до 2°С в час;

-- минимум энергозатрат -- до 50 кВт*ч/м3;

-- улучшение качества бетона по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и сцеплению с арматурой;

-- исключение безвозвратной потери электродов, греющих проводов и т. п.;

-- сокращение трудозатрат (0,2 ч*дн/м3);

-- повышение технологической надёжности за счёт сведения к минимуму негативного влияния случайных факторов (например, отключение электроэнергии) на процесс выдерживания бетона.

Рис. 3.1. Кинетика нарастания прочности в ранние сроки

Технология бетонирования смесями, активированными в установках ТВОБС, прошла успешно проверку в производственных условиях. Однако по ряду причин эта энерго- и ресурсосберегающая технология до сих пор не нашла широкого применения. Одной из причин, сдерживающих распространение технологии ТВОБС, является недостаточная обеспеченность строительных объектов электрическими мощностями. При минимуме расхода электроэнергии (?50 кВт?ч/м3) для обеспечения потока бетонирования термовиброобработанными смесями, например, 30-60 м3 в смену, требуется электрическая мощность 250-500 кВт. Работа по устранению противоречия между минимумом расхода электроэнергии и большой требуемой мощностью ведётся по двум направлениям.

1. Н. А. Зубовым предложено примерно 50 % тепла от требуемого количества вносить на заводе-поставщике товарного бетона. Остальное тепло вносится на строительной площадке при разогреве бетонной смеси перед её укладкой в опалубку или в процессе термоактивного выдерживания бетона. При этом имеется в виду, что при приготовлении бетонной смеси она разогревается не до 35°С, как в методе термоса, а до 45-50 °С. Реальность этого предложения подтверждена экспериментально. Бетонная смесь производственного состава, разогретая до 43 °С и подвергшаяся перемешиванию при закрытой горловине смесительного барабана, медленно снижая подвижность с 12 до 2 см осадки конуса, сохранила требуемую удобоукладываемость в течении 170 мин. При разогреве смеси до 50 °С и последующем перемешивании при закрытой горловине смесительного барабана снижение подвижности до 2 см наступало через 110 минут. Таким образом, простым технологическим приёмом, а именно предварительным разогревом на заводе и последующем перемешивании разогретой смеси при закрытой горловине автобетоносмесителя можно в значительной мере (примерно в 2 раза) уменьшить электрическую мощность, требуемую для разогрева на строительной площадке.

2. А. Л. Колчеданцевым предложено примерно 80 % тепла требуемого количества вносить бетонную смесь на заводе. Этот вариант предусматривает раздельное приготовление бетонной смеси. На заводе разогреваются бесцементная смесь до температуры 70-80 °С. Для обеспечения её связности и электропроводности в бесцементную смесь вводятся соответствующие добавки. Разогретая бесцементная смесь доставляется на строительную площадку, где в зоне монтажного крана располагается упрощенный вариант мобильного бетоносмесительного узла (без склада и дозировочного оборудования заполнителей). На этом БСУ в разогретую смесь вводится активный цемент. Разогретая бетонная смесь проектного состава в обычных бункерах монтажным краном подается в зону бетонирования, укладывается, уплотняется, укрывается и выдерживается по методу термоса (или активного термоса) (рис. 2). Реальность этого предложения также подтверждена экспериментально. Путём введения в бесцементную смесь электропроводных и водоудерживающих добавок обеспечивается её удельное сопротивление в пределах 3-9 Ом?м, что позволяет осуществлять электроразогрев смеси.

Рис. 3.2. Температурный режим разогрева бесцементной бетонной смеси, её транспортирования на объект, введения в неё цементно-водной суспензии, подачи к месту бетонирования, укладки и выдерживания бетона

Предлагаемая технология приготовления и разогрева бетонной смеси исключает необходимость существенного увеличения электрической мощности на строительной площадке. При этом сохраняются достоинства использования активированных смесей.

Для ускорения твердения бетона применяют способы, которые можно разделить на технологические, химические и тепловые.

Технологические способы интенсификации твердения бетонной смеси.

Предусматривают увеличение расхода цемента, использование быстротвердеющих и особобыстротвердеющих цементов высоких марок, снижение водоцементного отношения, вибродомола цемента, применение специальных способов укладки и уплотнения смесей (прессования, вакуумирования и т.п.). Однако эти приемы, как правило, сопряжены с усложнением производного процесса.

Химические способы интенсификации бетонной смеси.

Они основаны на введение в смесь химических добавок (электролитов) - хлоридов (кальция, натрия, аммония, железа, алюминия), сульфатов кальция и натрия, щелочей илисоелй щелочных металлов (соды кальцинированной, квасцов калиевых и алюминиевых), жидкого стекла, кристаллических затравок (тонко измельченных частиц гидратированного цемента) и другие.Наиболее изученная добавка - хлористый кальций (CaCl2), который вводиться в виде раствора в воду затворения при приготовлении смеси для неармированных конструкций в количестве до 3% от массыцемента в пересчете на безводную соль. Большее количество добавки может привести к быстрому захватыванию цемента увеличении усадки цементного камня.

При изготовлении железобетонных изделий, армированных стержневой арматурой, допустимое количество добавки хлористого кальция снижается до1,5 - 2%, а армированных высокопрочной проволокой - до 0,5%, ввиду возможной коррозии стальной арматуры. Заметное ускорение твердения портландцемента при введении добавки хлористого кальция наблюдается в одно - двухсуточном возрасте, при этом прочность бетона при сжатии увеличивается на 50 - 100% по сравнению с бетоном без добавки. В поздние сроки эффект ускорения замедляется, а к 28 суткам нормального твердения превышение прочности такого бетона составляет 10 - 15% посравнению с бетоном без добавок.

В последние годы стали широко применять комплексные добавки - ускорители твердения:

- нитрит - нитрат кальция (ННК);

- нитрит - нитрат хлорида кальция (ННХК);

- Na2SO4 совместно с ННХК.

Эти добавки позволяют в2 раза сократить продолжительность тепловой обработки и не вызывают коррозии стальной арматуры. Перспективны также комплексные добавки, представляющие собой сочетание добавок - ускорителей твердения с пластифицирующими добавками и суперпластификаторами.

Технологические и химические способы ускорения твердения бетона можно использовать далеко не в каждом случае и не для каждого вида изделий. Кроме того, эти способы не решают проблемы ускорения твердения при заводской технологии производства железобетонных изделий и используются чаще как вспомогательные. Целесообразность и возможность применения каждого из них должна обосновываться с учетом экономических, технологических и эксплуатационных показателей.

Тепловые способы интенсификации бетонной смеси.

Являются в настоящее время наиболее эффективными и универсальными, а потому широко применяемыми в производстве сборных железобетонных изделий и конструкций. К таким способам относят:

Пропаривание при атмосферном давлении, повышенной температуре и влажности окружающей среды;

Запаривании при повышенных температуре, давлении и влажности в автоклавах;

Контактный обогрев;

Электротермообработка (электропрогрев, электрообогрев, индукционный нагрев);

Предварительный разогрев бетонной смеси.

Первые два способа называют тепловлажностными (ТВО).

Сущность термовлажностных способов обработки бетонных и железобетонных изделий, заключается в том, что при повышенной относительной влажности окружающей среды (более 95%) и температуре 60 - 100 и более скорость реакций гидратации цемента увеличивается(в 10 - 20 раз), процесс твердения бетона ускоряется, и изделия в более короткий срок приобретают прочность, необходимую для их расфасовки, транспортирования и монтажа.

Основные способы ускорения твердения бетона, позволяющие получить необходимую прочность бетона за 2,5 - 14ч, - пропаривание в камерах при температуре до 100 и атмосферном давлении и запаривание в автоклавах при температуре насыщенного водяного пара 175 - 200 и давлении 0,9 - 1,3 МПа. Отличительная особенность этих способов - интенсивный влаго- и теплообмен между термовлажностной средой и бетоном.

Тепловлажностная обработка бетона в общем цикле производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций составляет 70 - 80% времени. Длительность тепловой обработки должна обеспечивать необходимую отпускную прочность при сжатии изделий из легкого и тяжелого бетона классов В 15 и более - не менее 50%; изделий из бетона класса В 10 и последующих классов тяжелых бетонов- не менее 70% и легких бетонов - 80%. Для отдельных видов изделий и несущих конструкций в холодный период года отпускная прочность бетона должна быть равной его проектному классу, т.е. 100%. Такая прочность обработки приводит к необходимости увеличения расхода цемента от 50 до 200 кг на 1м3 бетона.

Весь цикл термовлажностной обработки в пропарочных камерах делят на 4 периода:

Предварительное выдерживание,

Подогрев до максимальной температуры,

Изотермическая выдержка,

Охлаждение.

Длительность термовлажностной обработки определяется требуемой прочностью изделий, их толщиной, расходом цемента и его активностью, минимальными приведенными затратами и т.д.

Автоклавную обработку бетона в нашей стране широко применяют для производства мелкозернистых силикатных и ячеистых бетонов. При изготовлении тяжелых бетонов ее применяют реже. Повышенное давление насыщенного пара предотвращает переход воды из жидкого в парообразное состояние, благодаря чему значительно ускоряются процессы твердения бетонов и образуются цементирующие соединения, повышающие прочность бетона. Эта особенность обуславливает возможность замены портландцемента местными вяжущими веществами и применение промышленных отходов.

Электроразогрев и пароразогрев бетонной смеси

Электроразогрев бетонной смеси.

Сущность способа заключается в быстром разогреве бетонной смеси вне опалубки путем пропускания через нее электрического тока, укладке смеси в утепленную опалубку, при этом бетон достигает заданной прочности в процессе медленного остывания.

Предварительныйэлектроразогрев бетонной смеси производят в кузовах самосвалов или в поворотных бункерах (бадьях). Пост для разогрева смеси в кузовах самосвалов включает опускную раму с закрепленными на ней пластинчатыми электродами и вибратором, подвешенную к порталу или к стреле консольного подъемного устройства, силовой трансформатор с вторичным напряжением 380 В, силовой щит, отапливаемое помещение с пультом управления, защитное ограждение с воротами или шлагбаумами для въезда и выезда самосвалов. Как правило, установка для электроразогрева бетонной смеси с одним силовым трансформатором и одним пультом управления имеет два поста для самосвалов, работающих поочередно.

При разогреве бетонной смеси в бункерах (бадьях) пост разогрева размещают в зоне действия крана, обслуживающего укладку бетонной смеси в конструкцию. Пост включает два или четыре поворотных бункера (по 2 на каждый разгружающий самосвал). Объем бункера 1 ... 1,6 м3 в зависимости от объема кузова самосвала. В каждом бункере вертикально установлены три пластинчатых электрода. Пост также включает силовой трансформатор, силовой щит и защитное ограждение с воротами или шлагбаумами.

Во избежание чрезмерного загустевания горячей бетонной смеси продолжительность ее разогрева не должна превышать 15 мин, а продолжительность транспортирования и укладки 20 мин. Указанные сроки необходимо корректировать путем определения загустевания горячих смесей при пробных замесах. Чем выше содержание в цементе трехкальциевого алюминия и чем меньше начальное водосодержание, тем быстрее загустевает смесь. Интенсивность загустевания смеси в процессе разогрева и после его окончания определяют с помощью электровибровискозиметра.

Продолжительность разогрева смеси должна быть не менее 5 мин, чтобы прогрелся крупный заполнитель, который нагревается за счет теплопередачи от более горячей растворной части бетона. Предельно допускаемая температура разогрева смеси на портландцементе 80 °C, на шлакопортландцементе 90 °С. Она уточняется при разогреве пробных замесов.

Температура разогрева смеси с учетом ее снижения при транспортировании и укладке должна обеспечить необходимую продолжительность остывания бетона.

С учетом периодической нагрузки на силовой трансформатор и его интенсивного охлаждения при температуре наружного воздуха ниже 0 °C паспортная мощность трансформатора может быть превышена на 10 %.

Сущность электропрогрева бетона заключается в пропускании через него, как через омическое сопротивление, переменного тока, в результате чего в бетоне выделяется тепло.

Температура прогрева бетона не должна превышать 80 °C для бетонов на портландцементе и 90 °C -- на шлакопортландцемепге. При периферийном электропрогреве температура бетона не должна превышать 60, 50 и 40 °C при толщине конструкций соответственно 0,6 м и более, 0,4 ... 0,6 и 0,3 ... 0,4 м.

Во всех случаях скорость подъема температуры и температура изотермического прогрева указаны для наиболее быстро нагреваемых зон бетона.

Прочность, приобретаемую бетоном в период остывания, следует определять, как при термосном выдерживании.

По вышеприведенным формулам определены значения требуемых мощностей в период подъема температуры и изотермического прогрева бетона, которые сведены в таблицы (см. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, в районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера. -- M., 1982).

Бетон, как и бетонная смесь, обладает ионной проводимостью: проводящей фазой является вода с растворенными в ней и диссоциированными на ионы электролитами. Главными из них являются соединения калия и натрия, содержащиеся в цементе, а также кальция (известь, образующаяся при гидратации цемента). Удельное электрическое сопротивление бетонов на плотных заполнителях зависит от водорастворимых соединений в цементе, расхода цемента и воды на 1 м3 бетона, Оно составляет 4...20 ?м*м, на пористых заполнителях -- 6...25 Ом*м. С повышением температуры бетона удельное электрическое сопротивление уменьшается и через 3... 5 ч достигает соответственно 3,5...13 Ом*м, в конце прогрева оно достигает 20 ... 50 Ом*м.

Сильные электролиты, применяемые в качестве добавок в бетоны (ускоряющих твердение, повышающих плотность бетона), как правило, дополнительно снижают его удельное электрическое сопротивление. При электрическом расчете электропрогрева в качестве расчетной величины используют полусумму значений начального и минимального удельного сопротивления бетона конкретного состава на определенном цементе. Приближенно можно принять значение расчетного удельного электрического сопротивления бетона равным 0,8 значения минимального.

Для подведения напряжения к бетону применяются стальные электроды.

В конструкциях длиной более 6 м можно устанавливать по оси одну за другой две или три струны и подключать их к разным фазам понижающего трансформатора. Если установленный расчетом диаметр струнного электрода превышает 16 мм, рекомендуется в целях снижения расхода металла и повышения равномерности температурного поля в бетоне устанавливать пучок электродов меньшего диаметра.

Использование арматуры в качестве электродов допускается при напряжении не более 85 В во избежание пересушиванияпристержневых зон бетона и уменьшения его сцепления с арматурой.

Рекомендуется использовать арматуру в качестве нулевой фазы, подключая ее к нулевому проводу. Если арматура не используется в качестве электрода, занулять или заземлять ее не рекомендуется во избежание неравномерности температурного поля и возрастания электрической мощности по сравнению с ее расчетным значением.

При длительном транспортировании бетонной смеси на морозе, бетонировании тонкостенных конструкций, особенно на промороженном основании, замоноличивании стыков без предварительного обогрева стыкуемых элементов рекомендуется вводить в бетонную смесь при ее приготовлении противоморозные добавки. Их вводят не для обеспечения твердения бетона на морозе, а для понижения температуры замерзания жидкой фазы бетона, так как замерзший бетон практически не пропускает электрического тока.

Расположение электродов при прогреве бетонов с противоморозными добавками должны быть такими же, как и без добавок.

Для питания электропрогрева и других способов электротермообработки допускается, как правило, применять понижающие трансформаторы.

Заданный температурный режим электротермообработки бетона поддерживают за счет изменения напряжения на электродах, переключая ступени вторичного напряжения понижающего трансформатора. С целью более точного выдерживания заданного температурного режима электротермообработки бетона, повышения его качества, снижения трудовых и энергетических затрат рекомендуется применять автоматическое регулирование напряжения в процессе тепловой обработки с использованием автоматизированной установки для электропрогрева бетона конструкции ЭПКБ Минстроя СССР или блок-приставок конструкции ЦНИИОМТП или Ленинградоргстроя.