Твердение бетона при повышенных температурах

    Для ускорения твердения бетона широкое распространение получил тепловой способ (пропаривание, электроподогрев): уменьшает сроки твердения в 10…20 раз.

    Как известно, нагрев ускоряет химические реакции. Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона.

    При тепловой обработке бетона происходят сложные физико – химические процессы. Нагрев бетона приводит к его расширению. Образующиеся новообразования цементного камня как бы закрепляют расширившийся объем бетона. При охлаждении бетон сжимается, однако возникшая структура препятствует этому и в бетоне наблюдаются остаточные деформации, т.е. его объем после тепловой обработки оказывается больше, чем первоначальный. Увеличение объема приводит к повышению пористости бетона и понижению его прочности. Кроме того, при прогреве могут возникать микротрещины и другие дефекты, которые незначительно изменяя пористость бетона, могут заметно снизить его прочность.

    Возникновение избыточного давления зависит от режима прогрева. Обычно бетон нагревается с поверхности, поэтому и избыточное давление в первую очередь возникает у его поверхности. При медленном нагреве избыточное давление бывает очень небольшим. При очень быстром нагреве избыточное давление резко возрастает, что в ряде случаев может привести к неисправимым дефектам, в частности, к вспучиванию верхней поверхности изделий.

    Чем прочнее структура бетона, тем лучше она может сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим при его нагреве, особенно вследствие нагрева воды и газообразной фазы. Наибольшие изменения в структуре возникают, если нагрев начинается сразу же после окончания формирования изделий, когда прочность мала и не оказывает противодействие сопротивления расширения составляющих бетона, а температурные деформации ничем не ограничены (пропаривание изделия на поддоне). Если нагрев начинается после того, как бетон схватился и достигнет определенной прочности, то температурные деформации резко уменьшаются, т.к. образовавшаяся структура противодействует расширению воды и газообразной фазы. Разрыхление структуры и остаточные деформации резко уменьшаются, свойства бетона улучшаются.

    Для уменьшения деструктивных процессов в бетоне при подъеме температуры применяются следующие приемы:

      - тепловлажностная обработка проводится при избыточном давлении, тем самым

         внешнее давление уравновешивает внутреннее.

      - тепловая обработка в закрытых металлических формах, т.е. ограничивается

         свободное тепловое расширение бетона и устраняется внешний массообмен;

      - пропаривание с небольшим подъемом температуры, чтобы внутреннее

         напряжение не превышало прочности бетона в данное время;

      - предварительная выдержка приводит к появлению начальной «критической»

        прочности бетона, что способствует сопротивлению бетона к внутренним

        напряжениям;

      - применение жестких, хорошо уплотненных смесей и все способы ускорения

        твердения бетонов в начальный период т.е. ограничение содержания воды,

        ускорение роста прочности;

      - предварительный разогрев бетонной смеси до формования бетонных изделий;

        устраняется температурно-влажностный градиент по сечению изделия, ускоряет

        процессы гидратации; 

      - ограничение температуры нагрева (обычно ниже 80⁰ С), уменьшается

        расширение составляющих бетона, особенно газообразной фазы, которая резко

        возрастает после 80⁰ С.

    При тепловой обработке бетона скорость нарастания прочности достигает наивысших значений в первые часы, затем резко уменьшается, поэтому проводить обработку до получения предельной прочности нецелесообразно. Обычно тепловую обработку заканчивают при 70…80 % прочности бетона от предельных значений. В этом случае обеспечивается достаточно интенсивный рост прочности бетона после обработки и достижения в возрасте 28 сут. заданной марки, а время прогрева сокращается в 2…3 раза по сравнению с тем временем, которое потребовалось бы для получения предельной прочности.

    Проектирования состава бетона проводят в предположении, что бетон после пропаривания набирает 70 % марочной прочности. При необходимости получения после пропаривания 100 % прочности следует проектировать состав бетона более высокой марки, что вызывает увеличение расхода цемента.

    Предварительная выдержка бетона до тепловой обработки повышает конечную прочность бетона, позволяет применять форсированные режимы, что сокращает длительность тепловой обработки. Обычно для бетонов из подвижных смесей рекомендуется выдержка в течение 3…6 часов, из жестких смесей – не менее 2…3 ч., а из особо жестких – 1…2 ч. Чем выше марка бетона и ниже В/Ц отношение, тем короче предварительная выдержка. Введение добавок – ускорителей твердения сокращает, а поверхностно – активных добавок удлиняет предварительную выдержку. Например, при введении в бетон до 0,2 % СДБ предварительную выдержку увеличивают до 4…6 ч.

    Скорость нагрева бетона зависит от состава бетона, вида изделия и других факторов. Она должна быть такой, что бы для тонкостенных изделий скорость подъема температуры не должна превышать 25⁰ в час, для массивных – 20⁰  С/ч. Для изделий из жестких смесей с низким В/Ц (менее 0,45) скорость подъема температуры может составлять 30…35⁰ С/ч, для изделий в закрытых металлических формах – 40…60⁰ С/ч. Получение бетона хорошего качества обеспечивают ступенчатые режимы с прогрессивно возрастающей скоростью. В первом случае за 1…1,5 часа температуру поднимают до 35…40⁰ С, выдерживают изделия при этой температуре в течение 1…2 часа, а затем за 1 час поднимают температуру до температуры изотермического прогрева. Во втором случае в 1 час температуру поднимают до 10⁰ С, за второй час – на 15…20⁰ С, в последующие часы – на 20…30⁰С/час и так до максимальной.

    Оптимальной температурой изотермического прогрева для бетона на портландцементе является температура 80…85⁰ С. Дальнейшее повышение температуры не приводит к росту прочности бетона, хотя и может несколько ускорить его твердение в первые часы. При этом замедляется рост прочности после пропаривания: в результате пропаренный в возрасте 28 суток имеет меньшую прочность, чем бетон нормального твердения. Для бетонов на шлакопортландцементе и пуццолановых цементах оптимальной является температура 90...95⁰ С.

    Скорость остывания бетона не должна превышать 30⁰ С/ч, выгружать изделия из пропарочной камеры желательно при перепаде температур между поверхностью бетона  и окружающей средой не более 40⁰ С, т.к. иначе в изделии могут возникнуть значительные деформации. После тепловой обработки изделия выдерживают в течение 4…6 часов для остывания.

    Для получения морозостойких бетонов следует применять более мягкие режимы: увеличивать предварительную выдержку, подъем температуры проводить со скоростью 10…15⁰ С/ч, уменьшать температуру изотермического прогрева до 60…80⁰ С; понижать температуру бетона со скоростью не более 10…15⁰ С/ч. Например, при изготовлении тротуарных плит рекомендуется температура не выше 70⁰ С с предельной скоростью подъема и снижения температуры не более 25⁰ С/час (ГОСТ 17608).