С момента изготовления первого пропариваемого в вертикальной камере изделия до последнего проходит определенный промежуток времени. При этом первое изделие получает максимальную выдержку, часто составляющую несколько часов (в зависимости от скорости формования изделий и объема пропарочной камеры), а последнее находится в камере всего несколько минут. Поэтому причиной неоднородной прочности бетона при пропаривании изделий в вертикальных камерах является не только неравномерное распределение температуры по высоте камеры, но также и различное предварительное выдерживание пропариваемых изделий.
Отсутствие специально запланированного предварительного выдерживания при организации заводского производства, особенно при пропаривании изделий с немедленной распалубкой, приводит к получению меньшей прочности как сразу после тепловой обработки, так и при последующем твердении. Вследствие этого увеличивается недобор прочности бетона в возрасте 28 суток по сравнению с бетоном нормального твердения.
Таким образом, в период предварительного выдерживания складывается определенная структура бетона, которая формируется в сравнительно спокойных условиях (без движения влаги, температурных деформаций составляющих бетон материалов и т.д.). Эта структура становится способной воспринимать тепловое воздействие при подъеме температуры без существенного изменения пористости.
Оптимальным временем предварительного выдерживания бетона следует считать период, за который бетон приобретает прочность порядка 3 5 кг/см2. Вследствие этого для сокращения времени предварительного выдерживания можно рекомендовать все те методы, которые приводят к ускорению твердения: введение химических ускорителей твердения, домол цемента, как сухого, так и, особенно, мокрого, выдерживание при несколько повышенной температуре окружающей среды – 25–30°С и т.д.
1.2 Период подъема температуры в камере
В этот период температура в камере должна достигнуть заданной максимальной температуры пропаривания. Длительность этого периода может быть различной.
Рекомендуемая рядом исследователей скорость подъема температуры колеблется в весьма широких пределах (от 10 до 30С в 1 ч).
По мнению О.П. Мчедлова-Петросяна, время подъема температуры в изделии необходимо увязывать с началом собственного тепловыделения при твердении цемента. При этом бетонную смесь следует сразу помещать в предварительно нагретую до 60–80°С форму и прогрев изделия осуществлять в первые 1,5–2 ч. После того как начинается интенсивное тепловыделение цемента, подачу пара следует прекратить, чтобы дальнейший прогрев в течение 2–3 ч осуществлялся за счет собственного гидратационного тепла.
Ряд исследователей ставит скорость подъема температуры в зависимость в основном от двух факторов – массивности изделий и жесткости бетонной смеси.
Период подъема температуры по существу является подготовительным. От него зависит эффективность последующего твердения бетона. Так, например, быстрый подъем температуры при пропаривании изделий с немедленной распалубкой приводит к порче бетона (большое остаточное расширение, пониженная прочность, видимые трещины). При этом даже тщательное соблюдение режима в остальные периоды пропаривания и идеальный последующий уход не могут исправить дефектов, возникших в период подъема температуры. При пропаривании изделий в формах с открытой поверхностью быстрый подъем температуры ведет к вспучиванию этой поверхности.
Необходимо отметить, что весьма целесообразен ступенчатый подъем температуры до максимально принятой. Он заключается в быстром подъеме температуры в камере до 35–40°С, выдерживании при ней в течение 1,5–2,5 при дальнейшем быстром подъеме до 80–95°С.
Ю.С. Малинин и М.М. Капкин исследовали влияние отдельных периодов пропаривания на процесс гидратации цемента При этом степень гидратации определяли по контракции цементного теста, количеству химически связанной воды, выделившегося гидрата окиси кальция, а также на основании петрографических исследований.
Следовательно, период подъема температуры играет важную роль в формировании структуры бетона, пропариваемого без форм. От него зависит в основном степень понижения плотности этого бетона по сравнению с таким же бетоном нормального твердения.
Если большая часть поверхности изделия непосредственно соприкасается с паровоздушной средой, необходимо весьма медленно и осторожно повышать температуру в камере, так как свежеотформованное изделие должно самостоятельно противостоять температурным напряжениям. Поэтому при медленном подъеме температуры уже при 30–40° С. вследствие ускорения процессов твердения цемента бетон быстро приобретает необходимую структурную прочность и может уже воспринимать напряжения, возникающие при дальнейшем подъеме температуры. Особенно целесообразен ступенчатый подъем температуры с выдерживанием изделия в течение 1,5–2,5 ч при 30–40С.
В связи с тем, что разрыхлению от теплового воздействия подвергаются лишь поверхностные слон бетона, скорость прогрева не должна ставиться в зависимость от массивности изделий. Наоборот, при прогреве массивных изделий рекомендуется более интенсивный подъем температуры в камере, так как отношение разрыхленной части слоя к остальной массе бетона в них меньше, чем в тонких.
В массивных изделиях лежащие выше слои играют роль пригруза, препятствующего свободному расширению бетона. Кроме того, при более быстром подъеме температуры камеры массивное изделие будет быстрее прогреваться по всему сечению.
Скорость подъема температуры при пропаривании в зависимости от значения начальной прочности, достигнутой в период предварительного выдерживания, может ориентировочно приниматься по таблице.
Таблица 1 - Скорость подъёма температуры в зависимости от начальной прочности
| Начальная прочность бетона при сжатии, МПа | Скорость подъема температуры среды камеры, °С/ч |
| 0,1 - 0,2 | 10 - 15 |
| 0,2 - 0,4 | 15 - 25 |
| 0,4 - 0,5 | 25 - 35 |
| 0,5 - 0,6 | 35 - 45 |
| Более 0,6 | 45 - 60 |
Максимально допустимая температура бетона к концу периода нагрева не должна превышать 80-85°С при использовании портландцементов (в том числе с минеральными добавками) и 90 - 95 °С при использовании шлакопортландцементов.
1.3 Период изотермического прогрева изделий в камере
После подъема температуры до заданного максимума следует период изотермического прогрева, когда изделие определенное время выдерживается при принятой постоянной температуре.
Как известно, интенсивность твердения меняется во времени. Так, при нормальных условиях твердения при температуре 20°С бетон умеренно жесткой консистенции за первые 3-5 суток приобретает 50% марочной прочности, а остальные 50%–за 23-25 суток. Аналогичная картина наблюдается и при пропаривании. В первые часы имеет место интенсивное нарастание прочности бетона, которое замедляется по мере увеличения продолжительности пропаривании. Таким образом, при пропаривании прочность бетона возрастает непропорционально увеличению градусо-часов.
Как известно, интенсивность твердения бетона как в нормальных условиях, так и при пропаривании в значительной степени зависит от водоцементного отношениями жесткости бетонной смеси. Так, жесткие бетонные смеси с низким В/Ц набирают высокую прочность в первые дни и часы твердения, а в подвижных бетонах процесс нарастания прочности растянут во времени.
Однако в соответствии с теорией градусо-часов все бетоны независимо от их состава и В/Ц при твердении в течение одного, и того же периода должны иметь одинаковую относительную прочность.
Между тем вследствие замедленного темпа нарастания прочности в бетонах подвижной консистенции с высокими В/Ц в начальный период твердения и ускоренного темпа у жестких бетонов с низким В/Ц градусо-часы не являются критерием интенсивности твердения.
Как показали исследования, ускоряющее действие повышения температуры на нарастание прочности бетона неодинаково для различных температурных интервалов. Следовательно, величина температуры пропаривания также влияет на нарастание прочности бетона. К тому же цементы различного минералогического состава ведут себя в процессе твердения при различных температурах по-разному. Так, например, при повышении температуры пропаривания значительно возрастает интенсивность твердения смешанных цементов, содержащих кремнеземистые добавки, но степень интенсивности понижается по мере увеличения активности чистых портландцементов.
Установлено, что независимо от состава цемента и бетона прочность бетона при пропаривании увеличивается лишь до определенного времени. При этом интенсивность нарастания прочности не пропорциональна продолжительности пропаривания при максимально принятой температуре.
При последующем твердении в нормальных условиях прочность пропаренных растворов и бетонов возрастает. При этом 28-суточная прочность раствора изменяется также по волнообразной линии в зависимости от продолжительности пропаривания. Характерно, что образцы, имевшие более высокую прочность сразу после пропаривания, характеризовались более высокой прочностью и при последующем хранении (в возрасте 28 суток).
Нарастание прочности и последующее ее понижение в процессе пропаривания при 80°С наступают в более поздние сроки, а достигаемая при этом максимальная прочность выше, чем при 100° С. При предварительном выдерживании бетона до пропаривания прочность нарастает более плавно и в течение более длительного времени. При этом чем продолжительнее предварительное выдерживание, тем позднее наступает первый спад прочности. Величина спада прочности для бетона при длительном пропаривании имеет меньшее значение, чем для образцов из цементного теста и раствора. В дальнейшем характер изменения прочности у них одинаков. Необходимо отметить, что максимальная прочность, а также начало первого спада прочности в значительной мере зависят не только от времени предварительного выдерживания, но и от скорости подъема температуры, состава цемента и бетона и могут смещаться как по величине, так и по времени. По мере повышения содержания в цементе трехкальциевого алюмината и ускорения подъема температуры, а также при использовании жестких бетонных смесей с низким значением водоцементного отношения первый сброс прочности происходит быстрее, а периоды спада и нарастания прочности выражены более резко, чем при использовании пластичных бетонных смесей с большим значением В/Ц.