Влияние электропрогрева на свойства бетонов
При термообработке в бетоне происходят различные химические, физико-химические и физические процессы, влияние которых на свойства материала подчас совершенно противоположно. Так, с одной стороны, термообработка интенсифицирует физико-химические процессы, обусловливающие гидратацию цемента, а с другой — некоторые физические процессы, протекающие в бетоне при действии повышенных температур (расширение компонентов, миграция и испарение влаги), вызывают нарушение структуры и соответственно снижение качества материала.
Влияние повышенных температур на интенсификацию твердения бетонов изучено довольно полно и в равной степени относится ко всем способам прогрева. Этого нельзя сказать о физических процессах: деформациях составляющих бетона и системы в целом в процессе подъема температуры, изотермического выдерживания и остывания (температурном расширении и сжатии, влажностной и контракционноусадке); миграции влаги; тепло- и массообмене с окружающей средой
Характер и величины деформаций, возникающих при тепловой обработке бетона, в частности при пропаривании, и влияние их на свойства бетонов достаточно хорошо изучены [1—ЗД. Однако эти данные не представляется возможным перенести на бетоны, прогретые электрическим током, так как последние находятся в других, по сравнению с пропариванием, условиях. В то же время, -работ по исследованию деформаций бетонов и их массообмена с окружающей средой при электропрогреве до последнего времени не проводилось.
Отсутствие указанных данных, позволяющих косвенно судить об изменении свойств бетона, и зависимости между физическими процессами и качеством материала не давало возможности выявить и установить наиболее эффективные режимы электропрогрева.
В связи с этим в НИИЖБ Госстроя СССР под руководством д-ра техн. наук С. А. Миронова и канд. техн. наук Б. А. Крылова проведены исследования по изучению деформаций и потерь влаги тяжелым и легким бетоном в процессе электропрогрева « выявлению их влияния на токопроводящие свойства, прочность и морозостойкость материала.
Бетоны изготавливали на портландцемепгах Брянского, Михайловского и Воскресенского заводов. В качестве заполнителей использовали: для тяжелого бетона — известняковый щебень размером 5—20 мм и речной песок размером до 5 мм; для керамзитобетона — гравий размером до 20 мм и песок, получаемый дроблением гравия.
Продольные линейные деформации исследовали на образцах размером ШхЮХЗО с.и с ‘помощью специальной установки, разработанной и изготовленной в НИИЖБ.
Наибольшую опасность представляют деформации при действии повышенных температур на бетоны, прогреваемые в распалубленном состоянии. Поэтому изучение деформаций производилось на образцах, прогревавшихся без опалубки, при 40, 60, S0 н 98°С. Длительность разогрева составляла 15, 30, 60 и 180 мин, а интенсивность подъема температуры колебалась от 7 до -320оС в час. Параллельно прогревали образцы с открытой неопалубленмой поверхностью н укрытой полиэтиленовой пленкой. Последняя, предохраняя бетой от потерь влаги, не препятствовала изменению размеров образцов и ие влияла на характер н величины деформаций.
Результаты исследований показали, что характер и величины деформаций обусловливаются температурой прогрева, скоростью разогрева, структурным строением материала и т, д. [4—6].
Существенное влияние на характер и величины деформации бетонов в процессе прогрева оказывает также массообмен с окружающей средой. Так, при прогреве бетонов в укрытом состоянии происходит интенсивное увеличение его размеров в период подъема температуры. При прогреве в открытом состоянии, когда происходит свободное испарение влаги, увеличение размеров наблюдается только в первый период разогрева (рис. 1). На этом этапе увеличение размеров благодаря расширению компонентов с повышением температуры (в основном воды и паровоздушной смеси, находящихся в не- сообщающихся с окружающей средой порах и капиллярах) оказывает превалирующее влияние над усадкой, вызываемой испарением воды. После начала интенсивного удаления воды п.; бетона, которое наблюдается при достижении в нем температуры 30 4-40°С, увеличение размеров прекращается н происходит резкое уменьшение их.
Изменение размеров после достижения температуры изотермического прогрева осуществляется в основном за счет злажностной усадки (контракционная усадка по сравнению с влажностной невелика и не оказывает влияния на характер и величины деформаций). Об этом можно судить по тому факту, что за период интенсивного уменьшения, размеров испаряется до 30% влаги от начального водосодержания. Уменьшение интенсивности испарения влаги вызывает снижение темпа усадки бетона.
Сложный характер испарения влаги из образцов с открытой поверхностью объясняется наличием влажностных и температурных градиентов между бетоном и окружающей средой. В начальный период разогрева превалирующее влияние имеет первый градиент, по мере повышения температуры прогрева — второй. В результате -недостаточного притока влаги из внутренних слоев уменьшается интенсивность испарения.
Большее расширение укрытых образцов по сравнению с открытыми объясняется несколькими причинами. В начале прогрева в пространстве между пленкой н бетоном образуется грела с повышенными влажностью и температурой. Поэтому влажностный градиент, направленный из бетона, меньше, чем во втором случае; в бетоне остается большее количество воды и паровоздушной смеси, которые, расширяясь, приводят к увеличению размеров. Кроме того, вследствие незначительного испарения влаги И укрытых образцах не наблюдается влажностной усадки, которая имеет место и этот период у открытых образцов.
Потерн влаги бетонами оказывают большое влияние на увеличение удельного сопротивления (рис. 2). По мере обезвоживания бетона .величина удельного сопротивления интенсивно возрастает. Если к тому же учесть увеличение р вследствие уменьшения свободной воды, то обеспечить необходимый режим прогрева не представляется возможным.
Возрастает удельное сопротивление бетона и при замерзании, что связано, главным образом, с уменьшением количества свободной жидкой фазы из-за перехода воды в твердое агрегатное состояние. Причем, интенсивность увеличения р велика, а само удельное сопротивление достигает значительных величии (табл. 1). Так, при температуре бетона в середине образца размером 7X7x21 см около —1°С р составляет 1,5-104-г2-104 ом-см, по сравнению с 6004-700 ом-см при 20СС.
Разогрев бетона электрическим током при таких величинах удельного сопротивления производить затруднительно. Поэтому электропрогрев в зимних условиях следует начинать ие позднее, чем температура его на контакте с электродом достигнет €°С.
Нарастание прочности керамзитобетона, прогретого при температуре 80°С по разным режимам
Деформации расширения вызывают нарушение структуры бетона и снижение его качества. Причем, прочность бетона находится в прямой зависимости от величины остаточного расширения. Так, с увеличением скорости разогрева деформации возрастают, а прочность уменьшается (табл. 2). Анализ опытных данных позволяет подтвердить положение, что для получения бетона высокого качества интенсивность подъема температуры не должна превышать 20°С/«. При увеличении ее прогретые образцы в 28-суточном .возрасте не добирают прочность, по сравнению с твердевшими в нормальных условиях,-на 20% н более 25 кг/см3
Как видно из табл. 2, начиная со скорости разогрева 80°С/ч, максимальное расширение образцов одинаково, однако по мере увеличения скорости подъема температуры прочность бетона понижается.
Первое объясняется тем, что с увеличением скорости разогрева давление расширяющихся воды и паровоздушной смеси нарастает интенсивнее и действует более разрушительно на неокрепшую структуру. При интенсивности разогрева около 1°С/мин и выше действие давления происходит па систему, находящуюся в пластичном состоянии н практически неспособную воспринять даже незначительные напряжения. А так как температура разогрева одинакова, то и деформации расширения также одинаковы.
Увеличение недобора прочности с возрастанием скорости разогрева выше 1 °С/мин при постоянной величине максимального расширения обусловливается повышением обезвоживания бетона. Это значительно сокращает интенсивность и степень гидратации цемента и увеличивает структурные нарушения вследствие интенсификации процесса миграции влаги.
Выводы
Для выдерживания заданного режима прогрева и получения бетона высокого качества необходимо, наряду с предохранением бетона от лишних потерь влаги, стремиться к уменьшению деформаций расширения. Этого можно добиться, используя комбинированные условия прогрева: разогрев вести в открытом состоянии (потерн влаги за этот период незначительны), а на время изотермического прогрева укрывать неопалубленные поверхности пароизоляционным материалом.