Пособие к СНиП 3.09.01-85 Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций и изделий

Рекомендовано к изданию научно-техническим советом ВНИИжелезобетона Госстроя СССР.

Содержит основные сведения по назначению режимов тепловой обработки сборных конструкций из тяжелого и легкого бетонов в различных тепловых установках, данные по контролю процесса тепловой обработки и качества бетона. Приведена методика расхода теплоэнерг и и при рекомендуемых режимах тепловой обработки бетона.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие разработано к СНиП 3.09.01-85 «Производство сборных железобетонных конструкций и изделий».

Пособие содержит указания по тепловой обработке изделий из тяжелых и легких бетонов, направленные на снижение энергоемкости этого технологического процесса при производстве сборных железобетонных изделий и конструкций.

Даны классификация цементов по их реакции на тепловое воздействие и рекомендации по режимам тепловой обработки изделий из тяжелого и легкого бетонов в различных тепловых установках (в камерах пропарива н ия, кассетах, термоформах).

Приведена методика расчета и назначения энергосберегающих термосных режимов тепловой обработки бетона. Дан метод расчета расхода тепловой энергии при этих режимах.

Рассмотрены особенности тепловой обработки изделий из бетонов с химическими добавками, а также с повышенными требованиями по морозостойкости и предварительно напряженных конструкций. Пособие содержит сведения по контролю процесса тепловой обработки и качеству бетона.

Пособие разработано ВНИИжелезобетон Госстроя СССР (кандидаты техн. наук Р.В. В егенер, Г.А. Объещенко, С.Е. Ленский, Э.А. Соколова, С.М . Трембицкий, В.Г. Довжик, инженеры В.П. Иванов, Б.Д. Д ребский, Б.А. Верскайн, М.Г. Парфилова, О.Ю. Артемьев); НИИЖБ Госстроя СССР (доктора техн. наук Б.А. Крылов, Л.А. Малинина, С.А. Миронов, Н .А. М аркаров, кандидаты техн. наук А.И. Ли, Е.Н. Мали нский, Н.Н. Куприянов, М.И. Бруссер, А.В. Лагойда, инж. Н.А. Королева); НИИСФ Госстроя СССР (д-р техн. наук С.В. Александровский, канд. техн. наук В.И. Лукьянов); ВНИПИТеплопроект М инмонтажспецстроя СССР (д-р техн. наук И.Б. Заседателев, канд. техн. наук С.А. Шифрин); ВТУ Металлургического комбината - г. Темиртау (инж. Д.С. Грейль); ЛИИЖ Т МПС СССР (д-р техн. наук П.Г. Комохов, канд. техн. наук Т.М. Петрова); Л ПИ им. Калинина Минвуза РСФСР (д-р техн. наук А.А. Парийский, канд. техн. наук Л.И. Чумадова); ВЗИСИ Минвуза РСФСР (д-р техн. наук А.Н. С частны й, инж. М.М. Палеес); КТБ Мосоргстройматери ал ы Главм оспромстрой материалов (канд. техн. наук Л.Н. Беккер).

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 . Настоящее Пособие распространяется на заводы, полигоны и отдельные цеха в составе комбинатов стройиндустрии, изготовляющих строительные конструкции и изделия из бетонов н а плотных и пористых заполнителях и вяжущем на основе портлан дцементного клинкера.

Примечан ие . Пособие не распространяется на тепловую обработку изделий и конструкций из сп е циальных бетонов (ячеистых, автоклавного твердения, жаростойких, на напрягающих цементах и др.), а также бетонов, изготовленных с применением специальных методов уплотнения бетонной смеси (прессование, вибропрессование, центрифугирование и т.д.) или предназначенных для эксплуатации в химически агрессивных водных и газовых средах.

1 .2 . Тепловая обработка сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий производится с применением режимов, обеспечивающих минимальный расход топливно-энергетических ресурсов и ускоренное достижение бетоном заданных значений распалубочной, отпускной, передаточной (для предварительно напряженных конструкций) или проектной прочности.

1 .3 . Под распалубочной прочностью бетона понимается такая его прочность на сжатие, при которой обеспечиваются распалубка (выемка из форм) и безопасное внутрицеховое (внутризаводское) транспортирование изделий без их повреждения.

Значение распалубочной прочности устанавливается технологическими правилами производства для каждого вида изделия предприятием-изготовителем. При этом должны быть обеспечены соответствующие температурно-влажностн ы е условия для достижения при последующем складировании и хранении отпускной прочности к моменту отгрузки изделий с предприятия-изготовителя и проектной прочности в установленные сроки.

1 .4 . Отпускная и передаточная прочности бетона должны соответствовать значениям, указанным в проектной документации, ГОСТах или Технических условиях на данное изделие с учетом требований ГОСТ 13015.0-83 * (изменение № 1 ).

1 .5 . Проектная прочность (класс или марка) бетона указывается в проектной документации, ГОСТах или Технических условиях на данное изделие, и ее достижение должно быть гарантировано предприятием-изготовителем в 28 -суточном возрасте или в любой другой срок, согласованный с проектной организацией-разработчиком изделия и заказчиком-потребителем.

1 .6 . Проектирование составов бетонных смесей для изделий, подвергаемых тепловой обработке, должно производиться любыми известными способами, обеспечивающими достижение бетоном на используемых материалах отпускной и проектной прочности в установленные сроки при наименьшем расходе цемента. При этом не допускается увеличение расхода цемента для достижения требуемой прочности в более короткие сроки по сравнению с необходимым расходом для получения заданного класса (марки) по прочности бетона, установленным при подборах состава, за исключением случаев, предусмотренных СНиП 5 .01 .23-83 , а также с целью экономии топливно-энергетических ресурсов.

1 .7 . Тепловая обработка сборных железобетонных к онструкц ий и изделий может осуществляться в камерах периодического или непрерывного действия, в специальных термоформах, термопакетах и кассетных формах, а также под переносными колпаками. При этом в качестве теплоносителя (источника тепловой энергии) могут использоваться водяной пар, паровоздушная смесь, горячий воздух, электрический ток, солнечная энергия, продукты сгорания природного газа.

1 .8 . Способы, установки и общую продолжительность тепловой обработки следует выбирать на основе технико-экономического анализа в зависимости от технологической схемы производства, конструктивных особенностей изделий , тепловой инерционности установок и фактических ритмов их работы, требуемой продолжительности производственного цикла изготовления изделий, режима работы предприятия, а также климатических факторов (для полигонов).

1 .9 . Режим тепловой обработки долж е н подбираться в каждом конкретном случае экспериментально и назначаться лабораторией с учетом фактического ритма работы тепловых установок и указаний разд. 3 и 4 настоящего Пособия.

1 .10 . В целях снижения расхода тепловой (электрической) энергии следует максимально по пользовать возможности:

тепловой инерционности установок и осуществления за счет этого термосного выдерживания разогретых изделий;

учета набора прочности в период межсменных перерывов, включая выходные и праздничные дни, и снижения за счет этого максимальной температуры разогрева изделий;

учета набора прочности бетона, в том числе после распалубки изделий, при выдерживании в цехе на специальных площадках или в камерах «дозревания», а также в период хранения на складах;

применения цементов с более высоким показателем активности при пропариван и и, а также быст ротвердеющих цементов;

применения химических добавок, интенсифицирующих твердение бетона при тепловом воздействии.

1 .11 . Сокращение при необходимости длительности тепловой обработки с целью увеличения оборачиваемости форм или тепловых агрегатов следует осуществлять за счет применения быстротвердеющих цементов, химических добавок - ускорителей твердения, предварительного электро- и пароразогрева бетонных смесей, двухстадийной тепловой обработки с выдерживанием на второй стадии форм с изделиями или распалубленных изделий в специальных камерах «дозревания» и других технологических приемов, не приводящих к увеличению расхода цемента и тепловой (электрической) энергии.

1 .12 . С целью обеспечения расхода тепловой энергии при тепловой обработке в соответствии с Временными нормами для расчета расхода тепловой энергии при те пло влажностной обработке сборных бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях (СН 513 -79 . М .: Стройиздат, 1980 ) необходимо наладить о перативный учет расхода энергии, увеличить коэффициент заполнения тепловых установок и осуществить мероприятия по максимальному снижению непроизводительных энергозатрат (теп лопотерь в окр ужающ ую среду, в том числе при транспортировании теплоносителя, на нагрев форм, тепловых агрегатов и др.).

1 .13 . При строительстве новых и реконструкции действующих установок для тепловой обработки бетона следует предусматривать специальные меры по экономному расходованию тепловой энергии и устранению ее потерь за счет:

теплоизоляции ограждений камер, элементов термоформ и кассетных установок;

изготовления ограждающих конструкций из легкого бетона;

надежного уплотнения торцевых проемов в туннельных и щелевых камерах и т.п.

Примечан ие . Технические решения по повышению эффективности пропарочных камер приведены в Рекомендациях по снижению расход а тепловой энергии в камерах для тепловлажностной обработки железобетонных изделий (М .: Стройиздат, 1984 ) и в типовом проекте 409 -28 -40 «Камеры периодического действия для тепловой обработки изделий из тяжелого и легкого бетона».

1 .14 . При проектировании новых и реконструируемых технологических линий и з аводов сборного железобетона необходимо предусматривать дополнительные площади в цехе выдерживания изделий (в формах или без них), камеры «дозревания», утепленные склады для зимних условий, особенно в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, технические решения по утилизации отработанного тепла из камер и др. Это позволит при некотором увеличении первоначальных капитальных вложений сократить удельные энергозатраты на тепловую обработку изделий, повысить оборачиваемость формовочной оснастки и тепловых агрегатов и тем самым снизить эксплуатационные расходы.

2 . ЦЕМЕНТЫ ДЛЯ БЕТОНОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ

2 .1 . Для производства бетонных и железобетонных изделий, подвергаемых тепловой обработке, могут быть использованы порт л андцементы, бы стротвердеющие цементы, шлакопортландцементы, соответствующие требованиям ГОСТ 10178-85 . Сульфатостойкие и пуццоланов ы е портландцементы следует применять только в случаях, указанных в ГОСТ 22266-76 *.

2 .2 . Одним из основных показателей качества цемента для бетонов, подвергаемых тепловой обработке, является активность его при пропаривании, определяемая по ГОСТ 310.4-81 *.

Активность цемента при пропаривании, характеризующая интенсивность твердения бетона на этом цементе в условиях теплового воздействия, является не нормируемой, а информационной характеристикой, численное значение которой для цементов конкретного завода-изготовителя достаточно стабильно. Она должна учитываться при назначении составов бетона и режимов тепловой обработки.

2 .3 . Учет активности цемента при пропаривании позволяет предприятиям строительной индустрии оптимизировать составы бетона по расходу цемента и режимы тепловой обработки - по продолжительности и удельному расходу энергоресурсов.

2 .4 . В целях учета активности цемента при пропаривании следует определять значение коэффициента его эффективности при тепловой обработке, K п :

где R п - а ктивность цемента при пропаривании по ГОСТ 310.4-81*; R 28 ц - а ктивность цемента при нормальном твердении в возрасте 28 сут по ГОСТ 310.4-81*.

При экспрессном определении коэффициента эффективности за величину R 28 ц следует принимать гарантированную марку цемента, указа н ную в пасп орте.

2 .5 . В зависимости от значения K п цементы всех заводов подразделяются на три группы согласно табл. 1 .

В прил. 1 приведены группы эффективности для цементов различных заводов-изготовителей.

Среднеэффе к тивны й

2 .6 . Цементы I группы характеризуются высоким темпом набора прочности и обеспечивают, как правило, получение 70 %- ной прочности в зависимости от класса (марки) бетона при режимах тепловой обработки с общей продолжительностью менее 15 ч.

2 .7 . Цементы II группы характеризуются средним темпом набора прочности и обеспечивают получение 70 %- ной прочности бетона при более длительных режимах тепловой обработки.

2 .8 . Цементы III группы характеризуются низким темпом набора прочности. Применение этих цементов для производства сборных изделий из бетонов класса В 15 (М200 ) и В22 ,5 (М300 ), подвергаемых тепловой обработке, требует увеличения расхода цемента.

2 .9 . Распределение цементов по группам эффективности при тепловой обработке и их характеристики , изложенные в п.п. 2.6 - 2.8 , распространяются как на портландцемента, так и на шлакопортландцемент ы , но при применении последних получение 70 % прочности достигается при температурах 90 - 95 °С и длительности прогрева на 30 % большей, чем при применении равномарочных портландцементов.

2 .10 . При использовании шлакопортландцемента в условиях тепловлажностной обработки следует иметь в виду, что для обеспечения последующего роста прочности необходима среда с высокой относительной влажностью. В воздуш н о-сухих условиях рост прочности бетонов на шлакопортландцементах значительно замедляется.

2 .11 . Применение пуццоланов ы х портландцементов вследствие повышенной водопотребности бетонной смеси приводит к увеличению расхода цемента (при получении равнопрочных бетонов), повышению усадочных деформаций и понижению морозостойкости бетона. Прочность бетонов на таких цементах при последующем твердении в воздушно-сухих условиях практически не увеличивается.

Поэтому пуццолановые портландцементы и их разновидности при тепловлажностной обработке могут применяться только для изделий спецназначения с повышенными требованиями по водостойкости и соле ст ойкости.

2 .12 . Применение пластифицированных цементов позволяет уменьшить водопотребность бетонной смеси. Однако вследствие замедления сроков схватывания и начального твердения, а также дополнительного воздухововлечения тепловлажностную обработку бетонов на таких цементах следует осуществлять по режимам с более длительным предварительным выдерживанием (не менее 4 - 6 ч), с замедленной скоростью подъема температуры либо производить тепловую обработку под пригрузом или в напорных пропарочных камерах.

2 .13 . Применение глиноземистого цемента при тепловлажностной обработке изделий не допускается.

3 . ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

Пропаривание изделий в камерах периодического действия

3 .1 . При тепловой обработке бетона в камерах периодического действия (ямн ы х и тупиковых туннельных камерах) прогрев изделий осуществляется при непосредственном их контакте с теплоносителем или кондуктивным способом.

3 .2 . В качестве теплоносителей в этих камерах могут применяться насыщенный водяной пар, паровоздушная смесь, аэрированная горячая вода, продукты сгорания природного газа.

Во избежание значительных влагопотерь при тепловой обработке изделий предпочтительным является использование в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара. При использовании других теплоносителей и источников тепловой энергии (продуктов сгорания природного газа, электрообогрева, индукционного нагрева и т.п.), имеющих более высокую температуру, чем бетон изделий, может происходить интенсивное испарение влаги из бетона, приводящее к нарушению формирующейся структуры. Интенсив н ость испарения влаги зависит от режима тепловой обработки, водосодержания бетона, относительной влажности среды и скорости ее циркуляции. При значительных влагопотерях помимо нарушения структуры в процессе тепловой обработки наблюдается замедление процессов гидратации цемента в последующее время и как следствие недобор проектной прочности бетона. В этом случае обязательным является обеспечение влажности среды не менее 90 - 100 % или защита открытых поверхностей изделий влагонепроницаемы ми материалами или пленкообразующими составами. В период подъема температуры допускается снижение относительной влажности среды до 40 - 60 %.

3 .3 . Структура режима тепловой обработки характеризуется длительностью предварительного выдерживания, температурой и скоростью разогрева, продолжительностью и способом (термосным или изотермическим) выдерживания разогретых изделий и выражается как сумма времени отдельных ее периодов в часах, например, 2 + 3 + 6 + 2 = 13 , где 2 - время предварительного выдерживания; 3 - время разогрева до заданной температуры; 6 - время выдерживания в термосных или изотермических условиях; 2 - время остывания до распалубки (для случая с выдерживанием в изотермических условиях); 13 - общая продолжительность тепловой обработки).

Назначение режимов тепловой обработки заключается в установлении оптимальной продолжительности отдельных его периодов с целью обеспечения фактических ритмов работы тепловых установок и получения требуемой прочности без ухудшения конечных физико-механических свойств бетона.

3 .4 . Основным назначением предварительного выдерживания изделий, отсчитываемого от момента закрытия крышкой загруженной камеры до начала тепловой обработки, является создание благоприятных условий для протекания процессов гидратации цементов и формирования начальной структуры бетона, способной без нарушения воспринять развивающиеся при последующем тепловом воздействии деструктивные процессы.

Вследствие влияния многочисленных факторов на темп начального твердения бетона (активности цемента, В/Ц бетона, скорости подъема температуры, температурного уровня разогрева бетона и др.) длительность предварительного выдерживания, необходимая для достижения бетоном требуемой начальной прочности, не является величиной постоянной и колеблется от 1 - 2 до 4 - 8 ч.

Чем выше марка цемента и класс бетона, жесткость бетонной смеси, а также температура, при которой происходит предварительное выдерживание изделий, тем меньше может быть длительность предварительного выдерживания. Введение химических добавок (ускорителей твердения) приводит к сокращению, а поверхностно-активных добавок - к удлинению оптимальной длительности предварительного выдерживания.

Увеличение длительности предварительного в ы держивания особенно целесообразно при пропаривании распалубленных изделий, а также изделий с большими открытыми поверхностями.

С целью снижения энергоемкости процесса тепловой обработки при загрузке изделий в остывшие камеры рекомендуется повысить температуру среды до 40 - 45 °С путем кратковременной подачи пара. При этом струи пара не должны быть направлены на поверхность свежеотформованных изделий.

Примечан ие . Предварительное выдерживание изделий не предусматривается при тепловой обработке изделий в малонапорных камерах, при использовании разогретых бетонных смесей, а также при изготовлении изделий из жестких бетонных смесей с дисперсным армированием.

3 .5 . Скорость нагрева оказывает наибольшее влияние на развитие деструктивных процессов в твердеющем бетоне, причем, чем выше она, тем больше вероятность возникновения структурных нарушений. Поэтому для исключения излишних дефектов скорость нагрева бетона на поверхности изделий не должна превышать 20 °С/ч. Исходя из этого условия следует назначать скорость подъема температуры среды в камере.

Скорость подъема температуры при пропаривании в зависимости от значения начальной прочности, достигнутой в период предварительного выдерживания, может ориентировочно приниматься по табл. 2.