Обоснование режима тепловой обработки

Согласно СНиП 3.09.01-85. Производство сборных железобетонных конструкций и изделий[1], режимы тепловой обработки следует назначать путем установления оптимальной длительности и температурно-влажностных параметров отдельных его периодов: предварительного выдерживания, подъема температуры, изотермического прогрева (в том числе термосного выдерживания) и остывания с использованием, как правило, систем автоматического управления параметрами.

Длительность предварительного выдерживания следует назначать исходя из условий производства, но, как правило, не менее времени, приведенного в табл. 3.

Таблица 3

Длительность предварительного выдерживания

Таблица 4

Вид бетона	Способ тепловой обработки	Предвари- тельное вы- держива-ние, ч, не менее	Начальная проч- ность бетона, МПа (кгс/см²)	Скорость подъема тем- пературы, ⁰С/ч, не более
Тяжелый и легкий конструкционный	Пропаривание в камерах	1	До 0,1 (1) 0,1-0,2 (1-2) 0,2-0,4 (2-4) 0,4-05 (4-5) Св. 0,5 (5)	15 25 35 45 60
Тяжелый для предварительно напряженных конструкций, изготовляемых: на стендах (без применения устройств для регулирования натяжения арматуры при тепловой обработке) в силовых формах	То же -//-	1 -	0,2 (2) и более До 0,2 (2)	35 60

Продолжение табл. 3

Вид бетона	Способ тепловой обработки	Предвари- тельное вы- держива-ние, ч, не менее	Начальная проч- ность бетона, МПа (кгс/см2)	Скорость подъема тем- пературы, 0С/ч, не более
Тяжелый с повышенными требованиями по морозостойкости, водонепроницаемости; мескозернистый; жаростойкий	-//-	3	-	15
Легкий конструкционо-теплоизоляционный	Сухой прогрев в камерах Пропаривание в термоформах Пропаривание в камерах	1 2 3	- - -	50 40 30

При применении малонапорных и индукционных камер, кассетных установок, предварительно разогретых смесей или при подъеме температуры в среде с пониженной влажностью, а также при изготовлении изделий из жестких бетонных смесей с применением дисперсного армирования допускается тепловая обработка без предварительного выдерживания. При изготовлении предварительно напряженных конструкций в силовых формах предварительное выдерживание не должно превышать 1 ч.

Скорость подъема температуры в камерах и термоформах следует назначать с учетом конструкции изделий (однослойные, многослойные и т.п.), их массивности, конкретных условий производства, но, как правило, не более величин, указанных в табл. 3, за исключением случаев применения специальных методов тепловой обработки (термопригруз, камеры с избыточным давлением и т.п.). Допускается подъем температуры среды с постоянно возрастающей скоростью или ступенчатый подъем температуры (кроме предварительно напряженных конструкций). При изготовлении предварительно напряженных конструкций в силовых формах необходимо применять пластифицирующие химические добавки, замедляющие рост прочности бетона в период подъема температуры.

Температуру и длительность изотермического прогрева следует назначать с учетом вида бетона, активности и эффективности цемента при тепловой обработке, его тепловыделения и массивности изделий. Максимальная температура изотермического прогрева изделий из тяжелого, мелкозернистого и легкого конструкционного бетона не должна превышать 80-85 ⁰С при применении портландцемента и БТЦ и 90-95 ⁰С - при применении шлакопортландцемента. При тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона температуру среды при изотермическом прогреве следует повышать до 90-95 ⁰С при паропрогреве и применении продуктов сгорания природного газа и до 120-140 ⁰С - при сухом прогреве электрическими и другими нагревателями. При тепловой обработке изделий из напрягающего бетона максимальная температура среды не должна превышать 85 ⁰С при использовании цемента НЦ-10 и 70-80 ⁰С при использовании цементов НЦ-20 и НЦ-40.

При назначении длительности изотермического прогрева изделий необходимо учитывать рост прочности бетона при их выдерживании в тепловых агрегатах без дополнительного теплоподвода (или с теплоподводом для компенсации теплопотерь), в период межсменных перерывов, во время выполнения доводочных работ в цехе и хранении на утепленных складах. При выдерживании изделий в нерабочее время в тепловых агрегатах подачу в них теплоносителя следует прекращать за 2-3 ч. до окончания изотермического прогрева либо понижать температуру прогрева на 10-15 ⁰С.

Скорость остывания среды в камерах в период снижения температуры изделий из тяжелого бетона после изотермического прогрева, как правило, должна быть не более 30 ⁰С/ч., а при повышенных требованиях по морозостойкости и водонепроницаемости, а также при тепловой обработке изделий из мелкозернистого и напрягающего бетонов, многослойных и с отделочными слоями - не более 20 ⁰С/ч. При выгрузке изделий из камер температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды на должен превышать 40 ⁰С.

Относительную влажность среды в период изотермического прогрева изделий из тяжелого, мелкозернистого, конструкционного легкого и напрягающего бетонов необходимо поддерживать на уровне 90‑100%. При использовании продуктов сгорания природного газа период подъема следует проводить в среде с относительной влажностью 20-60% с последующим доувлажнением до 80% на стадии изотермического прогрева. При относительной влажности среды менее 80% необходимо предусматривать мероприятия для защиты бетона изделий от испарения влаги. При тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона относительную влажность среды следует поддерживать в пределах 20-60 %.

При тепловой обработке изделий в кассетных установках следует обеспечивать равномерный нагрев изделий. Температура в нагревательных отсеках должна составлять 90-95 ⁰С. При этом следует применять подъем температуры со скоростью 60-70 ⁰С/ч. и изотермический прогрев, разделенный на два периода: с подачей пара (тепла) в тепловой отсек и термосным выдерживанием без подачи пара (тепла); длительность этих периодов необходимо определять в зависимости от вида, класса (марки) бетона по прочности и толщины изделий с учетом требований нормативно-технической документации.

Двухстадийную тепловую обработку: первую стадию - для получения распалубочной прочности и вторую - для достижения отпускной и передаточной прочности - следует производить по режимам, устанавливаемым опытным путем с учетом требований ОНТП 7-80.

При использовании предварительного разогрева бетонных смесей паром или электроэнергией температура смеси допускается, как правило, не более 60 ⁰С. При этом длительность последующей тепловой обработки в различных агрегатах следует сократить не менее чем на 1 ч. Время выдерживания изделий от окончания формования до начала тепловой обработки не должно превышать 20 мин. (без специальных мероприятий, предотвращающих остывание смеси). Предварительный разогрев смесей для изготовления изделий из напрягающего бетона не допускается.

Тепловую обработку в индукционных камерах следует применять при изготовлении густоармированных изделий (ригелей, балок, колонн, плит перекрытий и покрытий, опор ЛЭП, труб и т.п.) по режимам, применяемым в условиях прогрева в среде с пониженной относительной влажностью в соответствии с нормативно-технической документацией.

При тепловой обработке предварительно напряженных конструкций, изготовляемых на стендах и в силовых формах, необходимо предусматривать указанные в рабочих чертежах мероприятия по предотвращению возникновения трещин. Перепад между температурой среды в камерах и упоров при изготовлении изделий на стендах не должен превышать 65 ⁰С.

В целях экономичного использования тепловой энергии при назначении режимов ТВО следует учитывать последующее нарастание прочности бетона изделий вследствие его остывания в цехе в течение 12 ч.

В зависимости от способа тепловой обработки выбирается температура и продолжительность изотермического прогрева. Для пропаривания в камерах паром температура t_ИЗ = 85 ⁰С. При этом продолжительность изотермического прогрева t₂ = 10 ч. продолжительность изотермического прогрева должна определятся временем, необходимым для достижения в центре изделий температуры больше 80 ⁰С.

Скорость остывания поверхности изделий после изотермического прогрева не должна быть больше 40 ⁰С/ч. При выгрузке изделий из камеры температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды не должен превышать 40 ⁰С.

Температура окружающей среды принимается равной t₀ = 20 ⁰C. Так как толщина изделия d = 160 мм, следовательно длительность охлаждения в камере t₃ = 4 ч.

Выбранный режим проверяется расчетом средних температур по сечению изделий к концу основных периодов ТВО:

- подъема температуры;

- изотермической выдержки.

Расчет производится, используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях. Определяется критерий Фурье (7):

(7)

где ф – продолжительность расчетного периода ТВО;

R – определяющий размер изделия, ;

б – коэффициент температуропроводности бетонной смеси;

α – определяется по формуле (8):

(8)

где λ – коэффициент теплопроводности твердого бетона (λ = 1,95);

– удельная теплоемкость бетона ( = 0,84),к Дж/кгМєС;

– средняя плотность бетона.

Для первого периода ТВО:

м²/с;

Критерий Био (9):

(9)

где б = 150 – коэффициент теплопроводности от паровоздушной среды к поверхности изделия.

1. Для первого периода ТВО:

С помощью критериев и монограмм находится безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия (10-11):

,	(10)
	(11)

где – температура паровоздушной среды;

– температура поверхности изделия;

– температура бетона в начале расчетного периода;

– температура в центре изделия.

Из графика для определения температуры на поверхности изделия (12):

(12)

Температура паровоздушной среды в первый период ТВО = 90 ⁰С, а температура бетона в начале расчетного периода = 20 ⁰С, следовательно:

⁰С.

Температура в центре изделия в первый период ТВО определяется аналогичным образом, то есть, из графика для определения температуры в центре изделия известно, что: