способ изготовления изделий из бетонных смесей

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ, включающий укладку в форму предварительно разогретой бетонной смеси и ее вакуумирование в сочетании с периодическим вибрированием при разрежении 0,01 - 0,03 МПа, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, упрощения режима и сокращения продолжительности вакуумирования и формования изделий, укладку бетонной смеси в форму производят в два приема: сначала в форму укладывают предварительно разогретую бетонную смесь, температура которой после укладки не должна превышать 60 - 65^oС, а затем после ее разравнивания и вибрирования - холодную бетонную смесь с температурой 10 - 30^oС слоем толщиной 20 - 40 мм, при этом замеряют температуру уложенной в форму разогретой смеси и вакуумирование осуществляют при разрежении P_р, величину которого определяют по формуле

P_р P_рmax = 0,95(P_а - P_н),

где P_рmax - наибольшая допустимая величина разрежения в вакуум-щите, МПа;

P_а - атмосферное давление, МПа;

P_н - давление насыщенного пара, т.е. давление, ниже которого происходит кипение и интенсивное испарение воды в смеси при данной температуре, МПа:

lgP_н = - + 5,0607;

T - температура уложенной в форму разогретой смеси, К.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом цикле вакуумирования производят плавное увеличение разрежения, продолжительность циклов вакуумирования определяют временем распространения вакуума на половину толщины изделия, после чего выполняют вибрирование, которое начинают за 5 с до сброса вакуума, а снижение разрежения с P_р до 0,01 - 0,03 МПа осуществляют путем продувки вакуум-щита воздухом с помощью регулировочного крана, расположенного на вакуум-щите.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий, преимущественно плит и панелей.

Известен способ изготовления изделий и монолитных элементов из предварительно подогретой бетонной смеси посредством послойной укладки, формования и уплотнения ее, в котором слои образуют из бетонной смеси, имеющей разную температуру, причем в центральную часть укладывают бетонную смесь с температурой 30...100^оС.

В этом способе обеспечивается меньшая, чем при тепловой обработке холодного бетона, потеря прочности из-за деструктивных процессов. Однако уплотнение бетонной смеси производят при атмосферном давлении и количество воды затворения в смеси в процессе уплотнения не изменяется, а интенсификация твердения бетона достигается только благодаря тепловому импульсу, сообщенному бетонной смеси.

К недостаткам этого способа относится также необходимость укладки, разравнивания и уплотнения не менее чем трех слоев бетонной смеси с разной температурой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ изготовления изделий из бетонных смесей, включающий укладку в форму предварительно разогретой бетонной смеси и ее вакуумирование в сочетании с периодическим вибрированием при разрежении 0,01...0,03 МПа, в котором вакуумирование осуществляют при ступенчатом повышении величины разрежения и перед каждой ступенью повышения величины разрежения производят виброобработку смеси, причем первую ступень вакуумирования проводят при разрежении 0,015...0,025 МПа до достижения смесью подвижности 3...5 см осадки конуса, а последнюю ступень вакуумирования проводят при разрежении 0,07...0,095 МПа.

В этом способе уплотнение бетонной смеси осуществляют за счет градиента разрежения, возникающего в смеси, величина которого резко убывает по направлению от вакуум-щита. Для уменьшения нелинейности распределения разрежения по толщине изделия вакуумирование осуществляют при ступенчатом повышении величины разрежения в сочетании с периодическим вибрированием по описанному выше режиму.

Недостатками этого способа являются необходимость контроля за подвижностью уложенной в форму бетонной смеси на первой ступени вакуумирования, сложность выполнения режима вакуумирования из-за ступенчатого повышения величины разрежения, значительная продолжительность вакуумирования и формования изделий.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, упрощение режима и сокращение продолжительности вакуумирования и формования изделий.

Цель достигается тем, что укладку бетонной смеси в форму производят в два приема: сначала в форму укладывают предварительно разогретую бетонную смесь, температура которой после укладки не должна превышать 60...65^оС, а затем после ее разравнивания и вибрирования - холодную бетонную смесь с температурой 10...30^оС слоем толщиной 20...40 мм, при этом замеряют температуру уложенной в форму разогретой смеси и вакуумирование осуществляют при разрежении Р_р, величину которого определяют по формуле

Р_р Р_р^max = 0,95 (Р_а - Р_н), (1) где Р_р^max - наибольшая допустимая величина разрежения в вакуум-щите, МПа; Р_а - атмосферное давление, МПа; Р_н - давление насыщенного пара, т.е. давление ниже которого происходит кипение и интенсивное испарение воды в смеси при данной температуре, МПа;

lgP_н= - + 5,0607 , (2) где Т - температура уложенной в форму разогретой смеси, К.

При этом в первом цикле вакуумирования производят плавное увеличение разрежения, продолжительность циклов вакуумирования определяют временем распространения вакуума на половину толщины изделия, после чего выполняют вибрирование, которое начинают за 5 с до сброса вакуума, а снижение разрежения с Р_р до 0,01...0,03 МПа осуществляют путем продувки вакуум-щита воздухом с помощью регулировочного крана, расположенного на вакуум-щите.

Установлено, что при разогреве бетонной смеси уменьшается вязкость воды и в процессе вакуумирования разогретой смеси возрастает скорость ее извлечения. Однако количество извлекаемой из смеси воды и скорость ее удаления увеличиваются только до определенной температуры, превышение которой приводит к резкому уменьшению количества удаляемой воды. Такой температурой является температура исчезновения капиллярного давления в бетонной смеси, которая при нормальном атмосферном давлении равна 60...65^оС. При температуре ниже 60...65^оС на поверхностях капилляров образуются толстые полимолекулярные пленки воды, способные к влагопроводности. При более высоких температурах перенос влаги осуществляется только в паровой фазе. При этом влагопроводящие пленки в капиллярах отсутствуют и расклинивающее воздействие пленочной воды между составляющими бетонной смеси устраняется. В результате уже в самом начале вакуумирования происходит обжатие капилляров под влиянием градиента разрежения. Наиболее ярко это явление наблюдается в приграничной с вакуум-щитом зоне, где образуется сильно уплотненный слой бетона толщиной 15. . .20 мм, так называемый "запирающий" слой, который препятствует с одной стороны проникновению вакуума в глубину уложенной смеси, а с другой - прохождению воды в сторону вакуум-щита.

При укладке смесей с температурой выше 60...65^оС в процессе вакуумирования приграничный с вакуум-щитом слой бетона постепенно остывает ниже 60^оС, а так как в глубине бетонной смеси перенос влаги осуществляется только в паровой фазе, то пар, попадая в зону с температурами ниже 60^оС, конденсируется вблизи вакуумируемой поверхности за "запирающим" слоем. Для удаления этой воды требуется увеличение продолжительности вакуумирования.

Вместе с тем при вакуумировании даже холодных бетонных смесей наблюдается резкое падение разрежения со стороны вакуумируемой поверхности, которое на расстоянии 20 и 40 мм составляет соответственно 64...67 и 80...84 % от величины начального разрежения. Поэтому для устранения "запирающего" слоя со стороны вакуум-щита предлагается укладывать холодную бетонную смесь с температурой 10...30^оС. При этой температуре в капиллярах сохраняются влагопроводящие пленки и количество удаляемой воды, а также скорость ее удаления не снижается. Укладка слоя холодной смеси толщиной менее 20 мм неэффективна, так как при вибрировании происходит перемешивание холодной смеси с горячей, а более 40 мм приводит к увеличению продолжительности вакуумирования.

В процессе вакуумирования в холодный слой поступает горячая вода из разогретой смеси и постепенно его нагревает до температуры на 5...10^оС ниже температуры горячей смеси. При вакуумировании разогретых смесей возможно кипение и интенсивное испарение воды, которое приводит к деструктивным процессам и дополнительному уплотнению "запирающего" слоя. Для устранения этого явления наибольшая допустимая величина разрежения в вакуум-щите не должна превышать величины, определяемой по формуле (1). Давление насыщенного пара, т.е. давление ниже которого происходит кипение и интенсивное испарение воды в смеси, находят из выражения (2), для чего замеряют температуру уложенной в форму разогретой смеси.

Плавное увеличение разрежения в первом цикле вакуумирования обеспечивает постепенное обжатие бетонной смеси и предохраняет от возникновения "запирающего" слоя.

Установлено, что в процессе вибрирования происходит обезвоживание нижних слоев бетонной смеси а при увеличении продолжительности циклов вакуумирования - уменьшение количества удаляемой воды. Поэтому продолжительность циклов вакуумирования определяют временем распространения вакуума только на половину толщины изделия.

Вакуумирование периодически прерывают вибрированием, которое начинают за 5 с до сброса вакуума. При этом имеет место перекрытие капилляров и при сбросе вакуума вода уже не может возвращаться вглубь уложенной смеси. Снижение разрежения путем продувки воздухом способствует удалению воды из полости вакуум-щита и устраняет возможность ее захвата бетонной смесью под воздействием атмосферного давления.

В разогретой бетонной смеси возможно возникновение избыточного давления до 0,006. . .0,009 МПа из-за значительного расширения воды и газовой фазы. Поэтому разрежение при вибрировании должно быть не ниже 0,01 МПа.

Таким образом, ограничение температуры бетонной смеси после укладки 60. ..65^оС и заполнение части формы холодной смесью приводит к снижению энергозатрат на предварительный разогрев смеси. Укладка бетонной смеси в форму в два приема со слоями из горячей и холодной смеси, ограничение температуры смеси после укладки 60...65^оС и определение наибольшей допустимой величины разрежения при вакуумировании с учетом атмосферного давления и температуры уложенной в форму разогретой смеси позволяет отказаться от ступенчатого повышения величины разрежения и упрощает режим вакуумирования. Определение продолжительности циклов вакуумирования временем распространения вакуума на половину толщины изделия позволяет сократить продолжительность вакуумирования. Совмещение вакуумирования с вибрированием, которое в конце каждого цикла начинают за 5 с до сброса вакуума, а также описанный выше режим вакуумирования обеспечивает сокращение общей продолжительности формования изделий.

Способ изготовления изделий из бетонных смесей осуществляют следующим образом. Укладку бетонной смеси в форму производят в два приема. Сначала в форму укладывают предварительно разогретую бетонную смесь с разравниванием и частичным уплотнением вибрированием. При этом температура разогретой смеси после укладки не должна превышать 60...65^оС. Затем на нее укладывают холодную смесь с температурой 10...30^оС слоем толщиной 20...40 мм с вибрированием и выравниванием поверхности. Замеряют температуру уложенной в форму разогретой смеси и атмосферное давление, после чего по формулам (1) и (2) находят величину разрежения вакуум-щите Р_р. На выровненную поверхность холодной смеси укладывают вакуум-щит и вибрируют в течение 10 с. В первом цикле вакуумирования производят плавное увеличение разрежения. Продолжительность циклов вакуумирования тяжелых бетонных смесей определяют временем распространения вакуума на половину толщины изделия, которое принимают равным 60,90 и 150 с при толщине изделий соответственно до 100, 200 и 250 мм. Вибрирование в конце каждого цикла вакуумирования начинают за 5 с до сброса вакуума. Разрежение в вакуум-щите на время периодического вибрирования снижают с Р_р до 0,01...0,03 МПа путем продувки вакуум-щита воздухом с помощью регулировочного крана, расположенного на вакуум-щите. Продолжение каждого периода вибрирования принимают в пределах 10...20 с. Общую продолжительность формования изделий определяют опытным путем по количеству удаляемой воды. Отформованные изделия подвергают тепловлажностной обработке до достижения бетоном требуемой прочности.

П р и м е р. Изготавливают образцы-кубы бетона со стороной ребра 100 мм из бетонной смеси состава Ц:П:Щ:В=310:820:1200:225, приготовленной на портландцементе активностью 20 МПа, гранитном щебне фракций 5...10 и 10...20 мм, мелком песке с модулем крупности 1,7.

Укладку бетонной смеси в форму производят в два приема. В форму сначала укладывают предварительно разогретую до 65^оС бетонную смесь на высоту 70 мм с разравниванием и частичным уплотнением вибрированием. Затем на разогретую смесь укладывают холодную смесь с температурой 20^оС слоем толщиной 30 мм с вибрированием и выравниванием поверхности. Затем замеряют температуру уложенной в форму разогретой смеси, которая составляла 60^оС (Т=273,15 + 60 = 333,15 К), и атмосферное давление, равное 750 мм рт.ст. (Р_а = 0,1 МПа).

По уравнению (2) находят давление насыщенного пара в разогретой смеси

lgP_н= - + 5,0607= -1,73 , P_н= 0,0186 МПа

Потом по формуле (1) определяют наибольшую допустимую величину разрежения в вакуум-щите:

Р_р^max = 0,95 (Р_а-Р_н)=0,0773 МПа.

На выровненную поверхность холодной смеси укладывают вакуум-щит и вибрируют 10 с. Затем плавно увеличивают разрежение в вакуум-щите до Р_p= 0,06 МПа Р_р^max = 0,0773 МПа. Продолжительность циклов вакуумирования образцов высотой 100 мм принимают равной 60 с. Вибрирование в конце каждого цикла вакуумирования начинают за 5 с до сброса вакуума и продолжают в течение 15 с. Разрежение на время периодического вибрирования снижают с 0,06 МПа до 0,03 МПа продувкой вакуум-щита воздухом с помощью регулировочного крана, расположенного на вакуум-щите. Отформованные образцы подвергают тепловлажностной обработке в пропарочной камере по режиму 1 + 6 + 2 с изотермическим прогревом при 80^оС. Результаты испытаний образцов бетона по сравнению с прототипом приведены в таблице.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаются в следующем:

- снижение энергозатрат за счет понижения температуры предварительного разогрева бетонной смеси до 60...65^оС и заполнения части формы холодной смесью,

- упрощение режима вакуумирования и формования изделий за счет отказа от ступенчатого повышения величины разрежения от цикла к циклу как при вакуумировании без вибрации, так и при вибровакуумировании при разрежении: от 0,01 до 0,03 МПа,

- сокращение продолжительности вакуумирования смеси на 30% и общей продолжительности уплотнения смеси вибровакуумированием на 45% при обеспечении одинаковой с прототипом прочности бетона.