RU2584907C1 - Method of heat and moisture treatment of concrete articles - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to a method of heat and moisture treatment of moulded concrete articles, mainly of complex shape, for example, toothed concrete sleepers. Method for heat and moisture treatment of toothed reinforced concrete sleepers consists in that after setting concrete toothed protrusion on foot of under-rail zone of sleeper is surrounded with a shell installed with clearance along perimeter, and water is poured. Required temperature is maintained.

EFFECT: higher efficiency of thermal-moisture treatment.

1 cl

Description

Изобретение относится к способу тепловлажностной обработки отформованных бетонных изделий, преимущественно сложной формы, например, зубатых железобетонных шпал. Этот технологический процесс состоит в одновременном воздействии тепла и влаги на цементосодержащие материалы для ускорения их твердения.The invention relates to a method of heat and moisture treatment of molded concrete products, mainly complex shapes, for example, toothed reinforced concrete sleepers. This process consists in the simultaneous action of heat and moisture on cement-containing materials to accelerate their hardening.

Набор прочности цементосодержащих водных растворов при нормальных условиях и естественной влажности требует длительного периода времени - 28 суток. Из-за более быстрого высыхания поверхностного слоя детали происходит нарушение процесса структурообразования, гидролиза и гидратации цементного камня. Это приводит к появлению внутренних напряжений в теле изделия, появлению скрытых дефектов, снижению физико-химических и прочностных свойств. Неравномерность усадки бетона при твердении, в первую очередь, на наружной поверхности, приводит к появлению трещин.The increase in strength of cement-containing aqueous solutions under normal conditions and natural humidity requires a long period of time - 28 days. Due to the faster drying of the surface layer of the part, a violation of the process of structure formation, hydrolysis and hydration of the cement stone occurs. This leads to the appearance of internal stresses in the body of the product, the appearance of latent defects, and a decrease in physicochemical and strength properties. Uneven shrinkage of concrete during hardening, primarily on the outer surface, leads to cracks.

Общеизвестно применение для уменьшения испарения влаги и повышения прочности бетона укрытия твердеющих деталей полиэтиленовой пленкой и периодическое смачивание их водой. Принимаем это техническое решение за аналог.It is well known to use to reduce moisture evaporation and increase the strength of concrete in sheltering hardening parts with plastic wrap and periodically wet them with water. We accept this technical solution as an analogue.

Известен также способ тепловлажностной обработки бетонных изделий путем регулирования температуры и увлажнения при твердении. Этот метод очень широко используется в производстве. Для сокращения времени достижения бетоном марочной прочности применяется нагрев и создание условий высокой влажности, обычно 80%. Наиболее часто для этого используются пропарочные камеры, в которые по определенной программе производится подача необходимого количества теплоносителя-пара и впрыскивание нужной порции воды. Конденсат и образующиеся стоки отводятся наружу и уносят с собой значительное количества тепла. Способ управления в камерах условиями тепловлажностной обработки описан, например, в патенте RU №2111191. Принимаем его за прототип.There is also known a method of heat and moisture treatment of concrete products by controlling temperature and moisture during hardening. This method is very widely used in production. To reduce the time it takes for concrete to reach brand strength, heating and the creation of high humidity conditions, usually 80%, are used. Most often, steaming chambers are used for this, in which, according to a certain program, the required amount of heat-transfer fluid is supplied and the desired portion of water is injected. Condensate and resulting effluents are drained out and carry a significant amount of heat with them. The method of controlling the conditions of heat and humidity treatment in the chambers is described, for example, in patent RU No. 2111191. We take it for a prototype.

Но нагрев массивных деталей до высокой температуры в специальных пропарочных камерах или автоклавах требует значительных энергозатрат и не обеспечивает достижение гарантированного высокого качества из-за значительного градиента по перепаду температуры и влажности как внутренних, так и внешних слоев бетонных изделий. Кроме того, ухудшаются условия структурообразования цементного камня из-за невозможности достижения 100% влажности и наличия воздуха в капиллярах.But heating massive parts to high temperatures in special steaming chambers or autoclaves requires significant energy consumption and does not provide guaranteed high quality due to the significant gradient in temperature and humidity differences of both internal and external layers of concrete products. In addition, the conditions for the formation of cement stone are deteriorating due to the impossibility of achieving 100% humidity and the presence of air in the capillaries.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и значительное повышение качества тепловлажностной обработки бетонных изделий.The aim of the invention is to reduce energy consumption and a significant increase in the quality of heat and moisture treatment of concrete products.

Указанная цель достигается тем, что изделие погружают в воду после завершения процесса схватывания бетона и оставляют под водой до момента достижения прочности бетона в диапазоне от 1 до 100% проектного значения прочности.This goal is achieved by the fact that the product is immersed in water after the concrete setting process is completed and left under water until the concrete strength is achieved in the range from 1 to 100% of the design strength value.

Возможен вариант проведения этого технологического процесса под значительным гидравлическим давлением.A variant of carrying out this process under significant hydraulic pressure is possible.

Обычно проектное значение прочности детали совпадает с выбранной маркой бетона. Процесс схватывания при температуре 20°C затворенного бетона начинается примерно через 2 часа и продолжается около 1 часа. После этого деталь теряет пластичность и сохраняет свою форму. Процесс твердения с набором марочной прочности бетона при 20°C продолжается 28 суток.Typically, the design value of the strength of the part matches the selected concrete grade. The setting process at a temperature of 20 ° C closed concrete begins after about 2 hours and lasts about 1 hour. After that, the part loses its plasticity and retains its shape. The hardening process with a set of brand concrete strength at 20 ° C lasts 28 days.

Экономия тепла по новому способу объясняется тем, что горячая вода, имеющая рабочую температуру приблизительно в диапазоне 25-65°C, в процессе нагрева, выдержки и удаления детали из бассейна остается для дальнейшего использования. То есть потеря теплоносителя и вынос его во внешнюю среду, в отличие от пропарочных камер, отсутствует.The heat saving in the new method is explained by the fact that hot water having an operating temperature in the range of about 25-65 ° C remains for further use in the process of heating, holding and removing the part from the pool. That is, the loss of coolant and its removal into the external environment, in contrast to the steaming chambers, is absent.

Теплоемкость воды многократно превышает теплоемкость бетона. Вследствие этого нагрев изделия до температуры выдержки происходит очень быстро и, что очень полезно, при 100% влажности. Поэтому снижения качества не происходит, так как время нагрева детали для достижения заданной температуры минимально, происходит на начальном этапе твердения, когда структурные преобразования в цементе идут крайне медленно и в реакцию вовлекается не более 1% цемента.The heat capacity of water is many times higher than the heat capacity of concrete. As a result, the product is heated to a holding temperature very quickly and, which is very useful, at 100% humidity. Therefore, a decrease in quality does not occur, since the heating time of a part to achieve a given temperature is minimal, occurs at the initial stage of hardening, when structural transformations in cement are extremely slow and no more than 1% of cement is involved in the reaction.

Кроме того, третьей основной отличительной особенностью при погружении в воду бетонной детали является удаление воздуха из пор и капилляров. Количество же газообразной фазы по данным НИИЖТ оценивается в 30-40 л/м³, и это отрицательно влияет на качестве бетона.In addition, the third main distinguishing feature when immersing a concrete part in water is the removal of air from the pores and capillaries. The amount of the gaseous phase according to NIIIZhT is estimated at 30-40 l / m ³ , and this negatively affects the quality of concrete.

Известно, что структура цементного камня формируется вначале в виде пористого тела с различными хаотично расположенными капиллярами. При погружении в воду схватившегося бетона воздух из них самостоятельно легко и быстро всплывает и удаляется. Влага при отсутствии в порах газа легко и полностью заполняет капилляры, и поэтому очень активно идет процесс гидратации. В начальный период за счет этой реакции образуется перенасыщенный раствор новообразований. Причем новообразования уже не мигрируют по капиллярам, как обычно, так исчезли перемещающие, а также дробящие их пузырьки воздуха. Кроме того, значительно ослабилось на новообразования и вредное действие силы гравитации, так как процесс протекает под водой. Новообразования, выделяясь в виде геля из перенасыщенного раствора, формируют первичную структуру цементного камня. Эта первичная структура имеет вид рыхлого каркаса, который постоянно упрочняется. По новому способу условия формирования прочной цементной структуры являются идеальными.It is known that the structure of cement stone is initially formed in the form of a porous body with various randomly located capillaries. When submerged concrete is immersed in water, air from them independently easily and quickly pops up and is removed. Moisture in the absence of gas in the pores easily and completely fills the capillaries, and therefore the hydration process is very active. In the initial period, due to this reaction, a supersaturated solution of neoplasms is formed. Moreover, the neoplasms no longer migrate through the capillaries, as usual, the air bubbles that displace them, as well as the particles that crush them, have disappeared. In addition, significantly weakened by the neoplasms and the harmful effects of gravitational forces, since the process proceeds under water. Neoplasms, standing out in the form of a gel from a supersaturated solution, form the primary structure of a cement stone. This primary structure has the appearance of a loose frame, which is constantly hardened. According to the new method, the conditions for the formation of a strong cement structure are ideal.

Объектом применения нового способа могут быть, например, железобетонные шпалы. Для исключения температурного выброса железнодорожного пути, приводящего к аварии, необходимо увеличить усилие сдвига рельсовых опор в щебеночном балласте. Это наиболее эффективно достичь установкой зубьев на подошве модернизируемой шпалы, например, старогодной. Усилие сдвига увеличивается многократно. Зубья могут быть как стальными, так и, например, гранитными, полученными методом каменного литья. Достаточное их количество составляет 10-12 штук на рельсовую опору.The object of application of the new method can be, for example, reinforced concrete sleepers. To exclude the temperature emission of the railway track leading to an accident, it is necessary to increase the shear force of the rail supports in the ballast ballast. This is most effectively achieved by installing the teeth on the sole of the modernized sleepers, such as old ones. The shear force increases many times. The teeth can be either steel or, for example, granite, obtained by stone casting. A sufficient number of them is 10-12 pieces per rail support.

Процесс модернизации старогодной шпалы происходит следующим образом. Шпала поворачивается вверх подошвой и на ней в подрельсовой зоне формируют бетонный выступ высотой 40 мм. В конце периода схватывания цемента, когда раствор еще остается достаточно пластичным и не схватился окончательно, вставляют вертикально зубья. В этот момент их ориентацию в пространстве обеспечивает и сохраняет значительная вязкость, определенная жесткость самой смеси. После завершения схватывания бетонный выступ окружают оболочкой, устанавливаемой с зазором по периметру, заливают водой и поддерживают нужную температуру. Этот метод аналогично может быть использован при модернизации и новых шпал. Стоимость доработки составляет ориентировочно 120 р. В процентном отношении это составляет приблизительно 6% стоимости изготовления изделия. Зубатые шпалы, обладая в несколько раз лучшими характеристиками по устойчивости, позволяют обеспечить высокую надежность и безопасность движения поездов. Это очень актуально, особенно для высокоскоростного движения. Производство железобетонных шпал в нашей стране составляет более 10 млн. шт/г. Кроме того, ежегодно после демонтажа старой шпальной решетки высвобождается 2-3 млн. старогодных рельсовых опор. После устройства на их подошве зубатых выступов площадь сечения тела в подрельсовой зоне увеличивается. Таким образом модернизация шпал кроме значительного увеличения основного технического параметра - усилия сдвига в балласте, повышает и прочность изделия. Это позволит использовать старогодные рельсовые опоры взамен новых на главных путях с самой высокой грузонапряженностью. Получаемый экономический эффект значителен.The process of modernization of old-year sleepers is as follows. The sleeper is turned upside down and a 40 mm high ledge is formed on it in the under-rail zone. At the end of the cement setting period, when the mortar still remains sufficiently plastic and has not completely set, teeth are inserted vertically. At this moment, their orientation in space is ensured and retained by a significant viscosity, a certain rigidity of the mixture itself. After setting, the concrete protrusion is surrounded by a shell installed with a gap around the perimeter, filled with water and maintain the desired temperature. This method can similarly be used for upgrading new sleepers. The cost of refinement is approximately 120 p. In percentage terms, this is approximately 6% of the cost of manufacturing the product. Toothed sleepers, having several times the best characteristics in terms of stability, make it possible to ensure high reliability and safety of train traffic. This is very important, especially for high-speed traffic. The production of reinforced concrete sleepers in our country is more than 10 million units / g. In addition, every year after dismantling the old sleepers, 2-3 million old rail supports are released. After the installation of tooth protrusions on their soles, the cross-sectional area of the body in the under-rail zone increases. Thus, the modernization of sleepers, in addition to a significant increase in the main technical parameter - shear forces in the ballast, increases the strength of the product. This will make it possible to use old-fashioned rail supports instead of new ones on the main tracks with the highest load intensity. The resulting economic effect is significant.

Энергозатраты по предлагаемому способу при модернизации шпал минимальные, так как нагрев является локальным, местным - только для выступа, масса которого в 50 раз меньше массы самой рельсовой опоры. Прочность соединения прибетонированной к подошве конструкции высокая и близка к такому параметру у монолита.The energy consumption of the proposed method for the modernization of sleepers is minimal, since the heating is local, local - only for the protrusion, the mass of which is 50 times less than the mass of the rail support. The strength of the joint concreted to the sole of the structure is high and close to that of a monolith.

Применение изобретения позволяет изготовлять детали самой сложной формы путем присоединения к телу изделия новых, менее крупных частей, выполняя процесс их прибетонирования в водной среде. Кроме того, тепловлажностная обработка по новому способу уменьшает энергозатраты и значительно повышает прочность благодаря созданию идеальных условий для протекания физико-химических реакций во время процесса твердения.The application of the invention allows the manufacture of parts of the most complex form by attaching new, smaller parts to the body of the product, performing the process of concreting them in an aqueous medium. In addition, heat and moisture treatment according to the new method reduces energy consumption and significantly increases strength by creating ideal conditions for the occurrence of physicochemical reactions during the hardening process.

Claims (1)

Способ тепловлажностной обработки железобетонных зубатых шпал, отличающийся тем, что после схватывания бетона зубатый выступ на подошве подрельсовой зоны шпалы окружают оболочкой, установленной с зазором по периметру, и заливают водой. The method of heat and moisture treatment of reinforced concrete gear ties, characterized in that after setting the concrete, the notched protrusion on the base of the under-rail zone of the sleepers is surrounded by a shell installed with a perimeter gap and filled with water.