С А. ШИФРИН, канд. техн. наук (ВНИПИТеплопроект), Роль процессов испарения влаги при гелиотермообработке бетона
Отличительная особенность разработанных НИИЖБом и ВНИПИТеплопроектом при участии производственных предприятий УзССР новых способов ускоренного твердения бетона путем его гелиотермообработки состоит в обеспечении поглощения солнечной радиации непосредственно изделием при обязательном предотвращении интенсивного испарения влаги с неопалубленной поверхности
При использовании гелиоформ со светопрозрачным и теплоизолирующим покрытием (СВИТАП) влагопотери ограничиваются герметичным закреплением на форме покрытия СВИТАП, а при гелиотермообработке способом на основе наносимых на поверхность свежеуложенного бетона влагоизолирующих составов (СГИТИП) — пленкообразующим материалом.
В то же время при исключении интенсивного обезвоживания бетона влаги с поверхности изделия частично испаряется, что не приводит к деструктивным физическим процессам, но влияет на тепловой баланс гелиоформы и требует обязательного учета вследствие использования одностороннего потока солнечной радиации естественной концентрации, характеризующегося нестационарностью во времени.
Помимо этого, в гелиоформах с покрытием СВИТАП в результате различий в теплоемкости и поглощательной способности бетона и светопрозрачного материала возникает температурная разница между поверхностью более нагреваемого изделия и покрытием. Это приводит к конденсации влаги на обращенном к поверхности изделия светопрозрачном материале, что ухудшает его оптические характеристики.
Во ВНИПИТеплопроекте проводили эксперименты, позволившие оценить энергетическую сторону этих процессов и выдвинуть технические требования при проектировании покрытия СВИТАП и при выборе пленкообразующих влагоизолирующих составов.
Изучение потерь влаги бетоном, определение количества влаги, конденсирующей на светопрозрачном материале, и фиксация температурного состояния бетона и пленочного материала выявили особенности протекания тепломассообменных процессов в рассматриваемой системе.
Во-первых, на стадии радиационного нагрева изделия процессы испарения и конденсатообразования влаги затухают через 1...2 ч после закрепления на форме покрытия СВИТАП. К этому приводит процесс конденсатообразования, так как пленка воды увеличивает поглощательную способность светопрозрачного материала и его температуру до значений, близких к температуре поверхности изделия.
Вторая особенность в развитии тепломассообменных процессов состоит в возобновлении конденсатообразования в вечернее время, после прекращения действия солнца. Скорость водопотерь из бетона и эффект от испарения при охлаждении при этом в 2...2,5 раза выше, чем при нагреве изделия, и зависят от числа слоев светопрозрачного материала в конструкции покрытия СВИТАП.
Полученные экспериментальные данные на бетоне класса В15 при толщине изделия 0,15 м наглядно показали, что при двухслойном СВИТАП по сравнению с однослойным в 1,5 раза снижается интенсивность влагопотерь бетоном (с 0,45 до 0,3 кг/(м2-ч)) и, как следствие, в 1,7 раза уменьшается скорость остывания изделия (с 2,9 до 1,7°С/ч). В результате теплосодержание бетона при остывании изделий выше на 300 ГДж/м3 (при этом увеличение теплосодержания путем улучшения теплотехнических свойств СВИТАП составляет не более 5...9%), а разница в прочности при распалубке между изделиями, твердевшими в гелиоформах с двухслойной и однослойной конструкцией, составила 2,4 МПа.
Преимущество двухслойного покрытия связано с тем, что благодаря дополнительной воздушной прослойке между светопрозрачными материалами нижний из них, на поверхности которого образуется конденсат, имеет более высокую температуру, чем контактирующий непосредственно с окружающей средой. Это вызывает разницу в скорости массообменного процесса и эффект испарений при охлаждении.
Роль стадии остывания изделия в выборе конструкции покрытия СВИТАП определилась и при изучении характера ослабления солнечного радиационного потока конденсатом на поверхности светопрозрачного материала;. Экспериментальные данные по светопроницаемости разных конструкций покрытия показали, что, если в начальный момент закрепления на гелиоформе при отсутствии конденсата через однослойное покрытие проходит в 1,21 раза больше солнечной энергии, чем через двухслойное, то в первые часы прогрева изделия это соотношение составляет 1,09, а к моменту возобновления действия солнца, в утренние часы следующего дня, светопроницаемость двухслойного покрытия в 1,24 раза выше однослойного.
Следует отметить, что уменьшение радиационного потока даже в 1,21 раза каждый час снижает температуру разогрева бетона только на 1,5...2°С, а его теплосодержание на 20...25 ГДж/м3. В то же время’влияние испарения при охлаждении на порядок выше.
Двухслойное светопрозрачное покрытие предпочтительнее и для гелиотермообработки изделий, формуемых в последние часы допускаемого отрезка времени (в 10... 11 ч), так как в этом случае на следующие сутки идет более интенсивный, чем при одном слое светопрозрачного материала, дополнительный нагрев бетона до момента распалубки.
Применительно к гелиотермообработке изделий по способу СГИТИП испарение влаги при формировании температурного поля изделия особенно влияет на стадию нагрева бетона. Это связано в основном с тем, что наибольшие влагопотери происходят именно при нагреве изделия, когда одновременно идет процесс полимеризации нанесенного на его поверхность состава и образуемая им пленка еще не приобрела полностью изолирующие свойства.
Кроме того, при изготовлении изделий способом СГИТИП влагопотери бетона зависят и от подвижности окружающей среды, так как в отличие от гелиоформ с покрытием СВИТАП изделие через неопалубленную поверхность до закрепления на форме тепловой изоляции контактирует с наружным воздухом.
Исследования, проведенные с различными пленкообразующими составами, показали, что увеличение проницаемости материала до величины, при которой интенсивность влагопотерь с поверхности изделия возрастаете 0,25 до10,5 кг/(м2Х Хч), снижает максимальную при разогреве температуру бетона на 13°С, а теплосодержание бетона на 125 ГДж/м3.
Учитывая характер экспериментальных данных, принято, что влагоизолирующие материалы можно рекомендовать к применению для реализации способа СГИТИП при снижении влагопотерь до уровня, не превышающего 0,3 кг/(м;2-ч).
Бетон и железобетон, 1988 №05