Режимы тепловой обработки бетона и требуемая мощность

4.1. Режим тепловой обработки бетона должен обеспечить достижение им заданной прочности и других показателей, указанных в рабочих чертежах конструкций. Режим назначается с учетом вида и марки цемента, вида заполнителя (плотный или пористый), В/Ц, массивности конструкции, ее армирования (при электропрогреве и индукционном нагреве), типа электродов и т.п. При назначении режима следует учитывать необходимость экономии энергетических ресурсов, расходуемых на тепловую обработку бетона.

4.2. Тепловую обработку бетона целесообразно применять для достижения бетоном на портландцементах прочности до 70 % R ₂₈ сразу после ее окончания. Бетоны на шлакопортландцементах и бетоны на пористых заполнителях могут достигать по окончании тепловой обработки 75 - 85 % R ₂₈.

При необходимости получения более высокой прочности следует выдерживать бетон при температурах до 40 °С (что значительно увеличивает необходимую продолжительность его тепловой обработки по сравнению с прогревом при температурах 60 °С и выше) либо повысить марку бетона.

4.3. Температурные режимы тепловой обработки бетона включают следующие периоды:

предварительное выдерживание от момента окончания укладки бетонной смеси до начала прогрева;

подъем температуры;

изотермический прогрев;

остывание.

4.4. Применяются следующие режимы тепловой обработки:

а) подъем температуры и изотермический прогрев (рис. 1, а) - заданная прочность достигается бетоном по окончании изотермического прогрева. Режим применяется при тепловой обработке немассивных конструкций (с M _п > 10), при быстром остывании которых прирост прочности незначителен и не учитывается;

б) подъем температуры, изотермический прогрев и остывание (см. рис. 1, б) - бетон приобретает заданную прочность по окончании остывания. Режим применяется при тепловой обработке конструкций с M _п = 4 - 10;

в) подъем температуры и остывание (см. рис. 1, в) - бетон приобретает заданную прочность по окончании остывания. Режим применяется для конструкций с M _п до 4;

г) остывание (см. рис. 1, г), по окончании которого бетон приобретает заданную прочность; применяется при бетонировании с предварительным электроразогревом бетонной смеси или при форсированном разогреве бетона в конструкции с повторным ее вибрированием;

д) ступенчатый подъем температуры (см. рис. 1, д), при котором вначале поднимают температуру бетона до 40 - 50 °С, поддерживают эту температуру в течение 1 - 3 ч, затем быстрый (со скоростью не более 40 °С в час) подъем до максимально допустимой температуры изотермического прогрева. Заданная прочность достигается к концу изотермического прогрева или к концу остывания в зависимости от модуля поверхности. Применяется главным образом для предварительно напряженных конструкций;

е) саморегулирующийся; используется только при электродном прогреве с постоянной величиной напряжения на электродах, изменение температуры бетона при этом обратно пропорционально изменению удельного электрического сопротивления бетона, температура вначале повышается, достигает максимальной величины, затем медленно снижается (см. рис. 1, г). Режим применяется при электропрогреве бетона большого числа одинаковых конструкций, например стыков, включаемых под напряжение постоянной величины по мере окончания их бетонирования; саморегулирующийся режим характерен определенной максимальной температурой бетона для каждой величины скорости подъема температуры применительно к конкретной конструкции.

Режим применяется при электропрогреве бетона большого числа одинаковых конструкций, например стыков, включаемых под напряжение постоянной величины по мере окончания их бетонирования; саморегулирующийся режим характерен определенной максимальной температурой бетона для каждой величины скорости подъема температуры применительно к конкретной конструкции.

Рис. 1. Температурные режимы тепловой обработки бетона

а - подъем температуры и изотермический прогрев; б - подъем температуры, изотермический прогрев и остывание; в - подъем температуры и остывание; г - остывание; д - ступенчатый подъем температуры; е - саморегулирующийся; τ_и, τ_а, τ_о - продолжительность соответственно подъема температуры, изотермического прогрева и остывания

4.5. В режимы, перечисленные в п. 4.4, не включен период предварительного выдерживания бетона. Он рекомендуется при всех (кроме п. 4.4 «г») температурных режимах тепловой обработки бетона со скоростью подъема температуры более 8 °С в час; его продолжительность 2 - 6 ч. Однако предварительное выдерживание не всегда осуществимо из-за опасности замерзания бетона в наиболее быстро остывающих зонах конструкции. В связи с этим решение о предварительном выдерживании бетона следует принимать с учетом в каждом конкретном случае температуры бетона после укладки, температуры наружного воздуха, коэффициента теплопередачи, опалубки и укрытия неопалубленных поверхностей бетона.

4.6. Подъем температуры бетона в конструкции или бетонной смеси при ее предварительном электроразогреве в бункерах (бадьях) либо в кузовах автосамосвалов следует начинать при значениях температуры в наиболее охлажденных зонах, приведенных в п. 3.16.

4.7. Скорость подъема температуры бетона в наиболее быстро нагреваемых зонах не должна превышать 5 °С в час для конструкций с M _п от 2 до 4; 8 °С в час для конструкций с M _п от 4 до 6; 10 °С в час для конструкций с M _п от 6 до 10; 15 °С в час для конструкций с М _п > 10 длиной до 6 м и конструкций, бетонируемых в скользящей опалубке; 20 °С в час для бетона (раствора) замоноличивания в стыках.

4.8. Температура изотермического прогрева бетона в наиболее нагретых зонах не должна превышать 80 °С при использовании портландцементов и 90 °С при использовании шлакопортландцементов.

4.9. При периферийном прогреве (электропрогреве, обогреве в термоактивной опалубке, индукционном нагреве в металлической опалубке, инфракрасном обогреве, паропрогреве) бетона конструкций с модулем поверхности менее 5 температура наружных слоев не должна превышать 40 °С.

4.10. Продолжительность изотермического прогрева бетона для достижения заданной прочности необходимо принимать по величине температуры в наименее нагретых зонах конструкции. При этом прочность бетона в более нагретых зонах будет больше заданной.

4.11. Продолжительность изотермического прогрева бетонов на плотных заполнителях в зависимости от заданной прочности по окончании выдерживания следует определять, пользуясь графиками на рис. 2 и 3, на которых приведены кривые твердения бетона при постоянной температуре. Далее приводятся примеры определения с помощью этих графиков режимов с переменной температурой бетона в процессе тепловой обработки.

Рис. 2. Графики нарастания прочности бетона марки М200 при разных температурах твердения

а, б - на портландцементе марки 400, 500; в, г - на шлакопортландцементе марки 400

Рис. 3. Графики нарастания прочности бетона разных марок на портландцементе при температуре изотермического прогрева 80 °С

1, 2, 3, 4 - бетон соответственно марок М200, М300, М400, М500

Пример 1. Определить продолжительность изотермического прогрева бетона при температуре 70 °С в конструкции с M _п = 4 на портландцементе марки 400 до приобретения прочности 70 % R ₂₈ к концу остывания до 5 °С. Начальная температура бетона 10 °С. Скорость подъема температуры 10° в час, скорость ветра 15 м/с. Опалубка деревянная толщиной 25 мм.

Решение. Определяем величину относительной прочности за период подъема температуры. Продолжительность подъема температуры при средней температуре °С. Для этого из точки A (см. рис. 2, б) проводим перпендикуляр до пересечения с кривой прочности при 40 °С (точка Б). Величина прочности за время подъема температуры определяется проекцией точки Б на ось ординат (точка В) и составляет 15 %.

Определяем величину относительной прочности бетона при остывании. Используя формулу (12) и пренебрегая тепловыделением цемента, которое по окончании изотермического прогрева незначительно, определяем продолжительность остывания бетона:

При этом значения удельной теплоемкости бетона, его объемной массы и коэффициент теплопередачи опалубки принимаем по данным раздела 5, а среднюю температуру остывания определяем

(7)

Подставляя исходные данные для нашего примера, получим

Определим прочность бетона, приобретенную в процессе остывания.

Из точки Г, находящейся на пересечении прямой, соответствующей 70 % R ₂₈, с кривой прочности при 36 °С, опускаем перпендикуляр на ось абсцисс (точка Д), откладываем влево от точки Д отрезок, соответствующий продолжительности остывания 12 ч (точки Е), и проводим из точки Е перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с кривой прочности при 36 °С (точка Ж). Проекция отрезка ГЖ на ось ординат характеризует прочность бетона, приобретенную в процессе остывания (точки З-И), и составляет 9 % R ₂₈.

Определяем продолжительность изотермического прогрева как проекцию отрезка КЛ кривой прочности при 70 °С на ось абсцисс (отрезок МН), которая составляет 12 ч.

Пример 2. Определить прочность бетона в конструкции с M _п = 4 на портландцементе марки 400 при скорости подъема температуры 10 °С в час, температуре изотермического прогрева 70 °С, его продолжительности 12 ч и остывании со скоростью 5 °С в час до конечной температуры 8 °С.

Решение. Определяем величину относительной прочности бетона за период подъема температуры, как и в примере 1. Она составляет 15 % R ₂₈ (точка B на оси ординат рис. 2, б).

Определяем прирост относительной прочности при изотермическом прогреве за 12 ч как проекцию участка (точки Л, К) кривой прочности при 70 °С (отрезок ВЗ), что соответствует 46 % R ₂₈.

Определяем прирост прочности бетона за 12 ч остывания по кривой прочности при 38 °С как проекцию участка ЖГ на ось ординат. Отрезок ЗИ соответствует 9 % R ₂₈.

За весь цикл термообработки бетон приобретает прочность 15 + 46 + 9 = 70 % R ₂₈.

Для каждого конкретного состава бетона строительной лабораторией должен быть уточнен на опытных образцах-кубах оптимальный режим выдерживания.

4.12. Продолжительность изотермического прогрева бетонов на пористых заполнителях с объемной массой 1600 кг/м³ и более следует определять по тем же графикам как бетонов на плотных заполнителях.

Продолжительность изотермического прогрева бетонов на пористых заполнителях с объемной массой менее 1600 кг/м³ для достижения заданной прочности уменьшается со снижением объемной массы бетонов и должна определяться по графикам на рис. 4.

Рис. 4. Графики нарастания прочности керамзитобетона марок М50 - 1000 на портландцементе при различных температурах изотермического прогрева

4.13. На рис. 2 - 4 приведены усредненные графики нарастания прочности бетона с использованием которых продолжительность изотермического прогрева бетона определяется ориентировочно на стадии предварительных расчетов.

Окончательный режим тепловой обработки бетона конкретного состава устанавливается строительной лабораторией по результатам опытных прогревов образцов.

4.14. Для значительного сокращения продолжительности тепловой обработки и существенного уменьшения расхода энергии следует вводить в бетон добавку ННХК в количестве 3 % массы цемента. При температуре изотермического прогрева 40 °С, продолжительности изотермического прогрева 4, 6, 8 ч и остывании в течение 2 ч бетон на портландцементе достигает прочности соответственно 50, 55, 57 % R ₂₈. Введение добавки ННХК не допускается в случаях, указанных в табл. 32.

4.15. При тепловой обработке бетона необходимо стремиться к обеспечению возможно большей равномерности температуры в объеме конструкции, что приводит к сокращению продолжительности тепловой обработки и соответствующему снижению расхода энергии, а также к повышению однородности бетона.

4.16. Предельно допустимую скорость остывания бетона монолитных конструкций по окончании тепловой обработки следует принимать согласно п. 1.12 данного Руководства.

4.17. Скорость остывания ^:бетона стыков в первые 1 - 2 ч после окончания прогрева допускается до 20 °С в час, по мере остывания бетона скорость уменьшается.

4.18. Бетоны, замороженные после тепловой обработки по режимам с рекомендованными выше параметрами, в случае выполнения технологических требований, указанных в данном Руководстве, приобретают после оттаивания и выдерживания при температуре выше 0 °С около 100 % R ₂₈, а бетоны на шлакопортландцементах и бетоны, приготовленные на пористых заполнителях, - 100 - 110 % R ₂₈.

4.19. Для осуществления назначенного режима тепловой обработки бетона необходимо затратить определенное количество тепла в единицу времени или при электротермообработке бетона - определенную электрическую мощность. Требуемая мощность устанавливается теплотехническим расчетом отдельно для периода подъема температуры и для периода изотермического прогрева.

4.20. В период подъема температуры требуемая удельная тепловая мощность определяется по формуле

(8)

где P _п - требуемая удельная электрическая мощность, кВт/м³;

P ₁, P ₂, P ₃ - удельные мощности, необходимые соответственно для нагревания самого бетона, опалубки и для восполнения теплопотерь в окружающую среду, кВт/м³;

Р ₄ - удельная мощность, соответствующая интенсивности тепловыделения при твердении цемента, осредненно принятая равной 0,8 кВт/м³;

t _и - температура изотермического прогрева бетона, °С;

p - скорость подъема температуры бетона (средняя по объему конструкции), °С, ч;

t _н.в - температура наружного воздуха, °С;

C _б - удельная теплоемкость бетона, принимается равной 1,05 кДж/(кг · °С);

C _оп - удельная теплоемкость материала опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, кДж/(кг · °С);

γ_б - плотность бетона, кг/м³;

γ_оп - плотность материала опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, кг/м³;

δ_оп - толщина материала опалубки, м;

K - коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, Вт/(м² · °С) (см. п. 5.12);

M _{оп i} - модуль опалубленной поверхности, для которой показатели опалубки равны: C _{оп i} , γ_{оп i} , δ_{оп i}

M _{оп i} = F _{оп i} / V,

где F _{оп i} - площадь указанной поверхности, м²;

V - объем бетона конструкции, м³.

При периферийном электропрогреве бетона (см. разд. 8) величину P ₁ необходимо умножить на коэффициент C, равный при одностороннем прогреве конструкции толщиной до 0,2 м и 0,2 - 0,3 м соответственно 1 и 0,95, а при двухстороннем прогреве конструкций толщиной до 0,4; 0,4 - 0,6; 0,6 - 0,8 и 0,8 - 1 м - соответственно 0,97; 0,9; 0,82 и 0,75. Скорость подъема температуры опалубки в формуле (8) приближенно принимается равной половине скорости подъема температуры бетона.

Требуемая мощность (P ₄) для нагрева арматуры в бетоне в формуле (8) не учитывается в связи с ее незначительной величиной.

4.21. Величины требуемой удельной тепловой мощности при подъеме температуры бетонов на плотных заполнителях с объемной массой 2400 кг/м³ при разной скорости подъема, утеплении опалубки, температуре наружного воздуха и модуле поверхности конструкции при скорости ветра 5 м/с приведены в табл. 7 - 9.

Таблица 7