| 22 Ноября 2011
Нарастание прочности бетона при тепловой обработке зависит от температуры изотермического прогрева, вида применяемого цемента, его минералогического состава и удельной поверхности, водоцементного отношения в бетоне. Чем продолжительнее тепловая обработка и выше температура пропаривания, тем выше шансы формирования более дефектной структуры и, как следствие, ниже конечная прочность бетона.
Высокотемпературный режим тепловой обработки с интенсивным разогревом был принят Госстроем СССР как типовой еще в начале 1960-х годов без учета особенностей некоторых изделий, например железобетонных шпал. Этот режим регламентирован без изменений и в настоящее время. Безусловно, применение столь жесткого режима, усугубляющегося высокой скоростью разогрева бетона, приводит к деструктивным процессам в нем, то есть в конечном счете к снижению эксплуатационных свойств изделий.
Не менее важен влажностный режим. По европейским нормам, предпочтительными способами сохранения бетона от влагопотери являются: укрытие полиэтиленовыми пленками; применение влажных покрытий, орошение водой; нанесение пленкообразующих средств. Данные меры применяются и на наших предприятиях при изготовлении изделий на современных линиях, аналогичных «Тенсиланд», «Техноспан» и др.
Учитывая, что в настоящее время происходит гармонизация наших и международных стандартов в области технического регулирования, на фоне снижения долговечности железобетонных изделий, возникла необходимость исследовать и разрабатывать низкотемпературные режимы термообработки изделий в тепловых агрегатах.
По европейским нормам предельная температура тепловой обработки составляет 60 0С; при этом температура должна быть снижена в случае содержания серного ангидрида в цементе более 2% на 10 0С. Важно также и то, что температура измеряется в теле бетона прямым способом и автоматически регистрируется.
В России допускается температура изотермии при тепловой обработке 80 0С. Максимальная расчетная скорость разогрева бетона может достигать 25 0С/ч, а по европейским нормам – 15 0С/ч.
На предприятиях нередко возникает необходимость снижения температуры и времени тепловой обработки: это поломки, плановый ремонт, реконструкция в котельных, увеличение объемов производства и необходимость формования изделий в необогреваемых помещениях или на улице, нехватка энергоносителя.
Внедрение низкотемпературных режимов тепловой обработки бетона возможно с применением комплексных химических добавок. На данный момент подобную технологию чаще всего предлагают производители добавок на поликарбоксилатной основе.
Применение этих добавок позволяет снизить температуру изотермии до 40 0С и сократить общую продолжительность термовлажной обработки до 10 часов.
Тем не менее большинство предприятий, изготавливающих железобетонные изделия, не могут внедрить на своих предприятиях мягкий – низкотемпературный режим ТВО при применении поликарбоксилатных добавок. Это связано с их высокой требовательностью к качеству заполнителей и цемента, а также к техническому состоянию оборудования, которое на многих предприятиях не позволяет производить столь точное соблюдение всех заложенных технических параметров.
Специалистами компании ООО «Торговый дом СУПЕРПЛАСТ» разработана и уже с успехом применяется линейка комплексных добавок для железобетонных изделий – феррокрит.
Одним из первых предприятий, на котором были проведены лабораторные испытания добавки для бетона феррокрит ультра при разработке низкотемпературных режимов ТВО, был Каликинский ШПЗ – филиал ОАО «БЭТ», изготавливающий предварительно-напряженные железобетонные шпалы типа ШС-АРС для Горьковского отделения РЖД. В производстве бетонной смеси на заводе уже используется добавка ООО «Торговый дом СУПЕРПЛАСТ» «Суперпласт С-3». Применение добавки «Суперпласт С-3» позволило уменьшить на 20% расход воды – самого теплоемкого компонента бетонной смеси, сократить время изотермического прогрева на 1 час и уменьшить температуру прогрева до 70 0С.
Задачей лабораторных испытаний с феррокрит ультра было уменьшение температуры прогрева в пропарочных камерах с целью экономии энергоносителя.
Для класса бетона В40 применялись материалы: цемент производства ОАО «Мордовцемент» ЦЕМ I 42,5 (на клинкере нормированного состава); песок Мкр 2,5, Хромцовский карьер Ивановской области; щебень гранитный фракции 5-20 мм, Хребетский щебеночный завод.
В результате испытаний установили, что после тепловой обработки наибольшая прочность образцов бетона отмечена при температуре изотермии 70 0С. Прочность образцов, твердевших при ТВО с изотермией 50 0С, была также выше нормативной (349 кг/см2). Но значения проектной прочности (в возрасте 28 суток) были выше у образцов, твердевших в более мягком режиме тепловой обработки.
Подобные испытания проводились и на другом заводе–изготовителе железобетонных шпал – Кавказском ЗЖБШ. Помимо снижения температуры изотермической выдержки необходимо было снизить и расход цемента при сохранении всех эксплуатационных свойств изделий.
В результате испытаний установили, что при снижении расхода цемента на 5% (20 кг) и температуры изотермической выдержки на 30 0С (с 80 до 50 0С) прочность бетона непосредственно после тепловой обработки и через 10 часов выдержки превышает необходимую отпускную (передаточную) – 349 гк/см2. При этом также остается некоторый задел, позволяющий поработать в сторону большего уменьшения количества цемента.
После получения положительных результатов лабораторных испытаний был произведен расчет тепла и топлива на изготовление 1 железобетонной шпалы с применением добавки в бетон феррокрит ультра.
Условия расчета: снижение температуры изотермической выдержки на 20 0С; продолжительность цикла ТВО составляет 10 часов.
Расход тепла на термообработку ж/б шпалы вычисляется по формуле из документа «Нормирование расходов тепла и топлива для стационарных установок ж/д транспорта».
По результатам расчета на изготовление 1 ж/б шпалы при снижении температуры изотермии на 20 0С экономится 1,014 кг мазута. При плановом выпуске 30 тыс. штук ж/б шпал в месяц и цене за тонну мазута в 10 тыс. рублей экономический эффект от применения добавки в бетон феррокрит ультра только по экономии мазута составит 312 тыс. рублей в месяц.
Возможность применения низкотемпературных режимов при использовании продукта феррокрит ультра была также опробована и на предприятиях, выпускающих различные изделия из бетона с рядовыми параметрами и характеристиками.
Основные задачи, которые ставились производителями ЖБИиК, были:
а) невозможность использования температуры изотермического прогрева выше 50 0С из-за низкой температуры пара, как следствие недостижение отпускной прочности;
б) формовка изделий на улице из-за увеличения объема выпуска и нехватки места в цеху;
в) получение 50% от проектной прочности при незначительном прогреве (3–4 часа при 40 0С) и твердении в нормальных условиях через 24 часа после формовки изделий;
г) снижение времени и температуры изотермической выдержки и сокращение общего цикла тепловой обработки с целью экономии энергоресурсов.
При проработке низкотемпературных режимов ТВО с применением феррокрит ультра на нескольких предприятиях Ленинградской области удалось снизить температуру изотермической выдержки до 50 0С, а в некоторых случаях сократить тепловую обработку до выдержки изделий при 35–40 0С в течение 4 часов. При проведении испытаний бетона в изделиях через 24 часа после формовки на различных объектах получили от 65 до 84 % от проектной прочности для классов бетона от В15 до В25. Кроме того, во всех случаях получали превышение проектной прочности бетона на 40 – 50 %. Необходимо отметить, что состав бетона практически не изменяли, основные изменения – сокращение расхода воды и снижение В/Ц при сохранении заданных параметров бетонной смеси.
Любая тепловая обработка – энергоемкий процесс. Наибольший расход энергии приходится на нагрев.
Снижение температуры изотермы при тепловой обработке бетона до 65 и 50 °С позволяет снизить на 20–25% энергозатраты по сравнению с прогревом при температуре 80 °С.
С увеличением длительности прогрева при температуре 80 °С энергозатраты постоянно растут, а при 65 и 50 °С стабилизируются на одном уровне.
Это происходит за счет выделения тепла цементом. Экзотермическая реакция гидратации цемента компенсирует энергозатраты, необходимые для поддержания заданного уровня температуры на стадии изотермического прогрева.
Таким образом, тепловая обработка бетона при пониженных температурах (65 и 50 °С) позволяет снизить энергозатраты и наиболее полно использовать экзотермический эффект реакции гидратации цемента.
Внедрение низкотемпературных режимов обработки в производство в сочетании с комплексными химическими добавками даст возможность снизить температурный уровень прогрева изделий, а в теплый период года вообще отказаться от прогрева изделий. Это позволит уменьшить удельный расход тепловой энергии примерно в 1,5 раза по сравнению со значением фактических расходов при существующих тепловых режимах.
Сочетание экономической эффективности и благоприятного воздействия низкотемпературного прогрева на формирование структуры цементного камня и бетона в целом позволяют не только добиться снижения затрат на производство, но и получить изделия с повышенной долговечностью и более высокими эксплуатационными характеристиками.
ООО «Торговый дом СУПЕРПЛАСТ»
тел. + 7 (4922) 335806, 534203
www.superplast.su
