Введение
В настоящее время железобетон и изделия на основе его являютсяосновными строительными материалами в стройиндустрии.
В целях сокращения сроков распалубки железобетонных конструкций исдачи их под нагрузку строители всегда стремились ускорить твердение бетона.Этот вопрос приобрел особую актуальность при изготовлении бетонных и ж/бизделий в заводских условиях, т. к. предприятия заинтересованы в максимальномиспользовании производственных площадей и в сокращении сроков изготовленияизделий.
В настоящее время наиболее распространенным способом ускорениятвердения бетона, позволяющим получать в короткий срок изделия с отпускнойпрочностью, при которой их можно транспортировать на строительную площадку имонтировать в зданиях и сооружениях, является тепловлажностная обработка.
Благодаря применению установок для тепловлажностной обработкиосвобождаются громадные заводские площади, которые потребовались бы для размещенияизделий после формования при естественном вызревании их до выдачи на стройки.Тепловодяная среда способствует также ускорению и полноте происходящих вматериалах реакций, изделиям придается прочность и повышается их долговечность.
Теплообменные аппараты широко распространены в современной техникеи имеют весьма многообразное назначение. Вместе с тем все они должны отвечатьопределенным общим требованиям, которые являются исходными при проектированииаппаратов. К этим требованиям относятся: высокая тепловая производительность иэкономичность в работе; обеспечение заданных технологических условий процесса ивысокого качества готового продукта; простота конструкции, дешевизна материалови изготовления, компактность и малый вес аппарата; удобство монтажа,доступность и быстрота ремонта, надежность в работе, длительный срок службы;техническое и эстетическое соответствие времени проектирования; соответствиетребованиям охраны труда, государственным стандартам, ведомственным нормам и правилам.
Эффективность пропаривания, как и других видов тепловой обработки,определяется выбором рационального режима обработки в полном соответствии спринятым составом бетона, характеристикой составляющих материалов, особенностьюцемента, размерами и конфигурацией изделия, начальной прочностью бетона кмоменту обработки и др.
Величина отпускной прочности бетона в конструкциях и изделияхустанавливается в соответствии с требованиями ГОСТов предприятием-изготовителемпо согласованию с потребителем и проектной организацией с учетом условийдостижения бетоном проектной прочности ко времени полного загруженияконструкций.
1. Теоретические основы тепло-влажностной обработки
Одно из основных требований, предъявляемых к железобетону,является механическая прочность. Тепловая обработка позволяет ускоритьтвердение бетонной смеси и придать бетону необходимую механическую прочность.
Для формирования структуры бетона особенно важным являетсявлажностные условия твердения, поэтому во многих случаях отдают предпочтениетепло-влажностной обработке железобетонных изделий. Она является наиболеедлительным, ответственным и энергоёмким процессом.
Тепло-влажностную обработку проводят до достижения бетономпрочности около 70% от марочной. Сущность её заключается в том, что приповышении температуры среды до 353–373 К скорость реакции гидратацииувеличивается, т. е. процесс твердения изделия ускоряется, чем при обычнойтемпературе, изделие приобретает механическую прочность, допускающую ихтранспортировку на строительную площадку и монтаж.
В зависимости от состава бетонной смеси, свойств готовой продукциии от температуры пропаривания применяют следующие виды тепловлажностнойобработки:
1. пропаривание изделий при нормальном давлении при температуре 60–100°С;
2. запаривание изделий в автоклавах, насыщенным водяным паром придавлении 0,9–1,3 МН/м2 (9–13 атм) и температуре 175–191°С;
3. контактный обогрев изделий;
4. электропрогрев путем пропускания электрического тока через толщубетона;
5. обогрев бетона инфракрасными лучами.
Вследствие большого разнообразия видов тепло-влажностной обработкив производстве железобетона широко используются весьма разнообразные установки,которые классифицируются по различным признакам. Так, по принципу действияустановки бывают периодического или непрерывного действия.
В процессе тепло-влажностной обработки происходит ряд физических,физико-химических и химических процессов, которые и формируют структурнуюпрочность бетона. В начальный период цемент реагирует с водой, за счет реакциигидратации образуется пересыщенный раствор новообразований. Новообразования,выделяясь в виде геля из пересыщенного раствора, формируют первичную структуруцементного камня, которая постепенно упрочняется.
Получаемый во время гидратации цементный гель увеличивается вразмерах одновременно внутрь и наружу цементных зерен, занимает почти в двараза больший объем, чем зерна цемента, из которых он образуется. Поэтому гельвынужден занимать пространство, где ранее находились вода и воздух, уменьшатьпористость и радиус пор. Всё это заставляет свободную влагу и воздухперемещаться по бетону, а сам бетон обменивается влагой и воздухом с окружающейсредой.
В процессе нагрева бетона пар, отдавая свою теплоту,конденсируется на поверхности бетона. В этом случае изменяется как температура,так и влагосодержание поверхности бетона и среды. Этот процесс является внешнимтепло- и массообменом. Передвижение влаги и воздуха, а также изменениетемпературного поля внутри материала называют внутренним тепло- и массообменом.
Передвижение влаги и воздуха по материалу, а также изменениетемпературного поля воздействует на формирующуюся структуру материала. Еслиобразующаяся структура не в состоянии противостоять силе, с которойпередвигается масса, слагающаяся с силой возникающих температурных напряжений,то эта структура может разрушаться.
Как известно, цикл тепло-влажностной обработки бетонных ижелезобетонных изделий в камере складывается из следующих периодов:
1) подъем температуры в камере до принятого наивысшего уровня;
2) изотермический прогрев изделий в камере при наивысшей принятойтемпературе;
3) остывание изделий в камере.
При этом пропариванию предшествует предварительное выдерживаниесвежеотформованных изделий при температуре окружающей среды. Длительностьотдельных периодов может быть различной. Так, например, время предварительноговыдерживания может составлять от нескольких минут до нескольких часов и дажесуток; время подъема, выдерживания при наивысшей температуре и охлаждения такжеможет колебаться в больших пределах. Так, например, при вибропрокате времяподъема температуры до 100°С составляет всего несколько минут, вместе с тем придругих технологических схемах производства этот период длится несколько часов. А.Б. Виткупрекомендует очень медленно охлаждать изделия (8–15 ч) в камере твердения. Междутем на ряде заводов сборного железобетона этот период порой отсутствует.Поэтому необходимо определить роль того или иного периода в общем циклетепловой обработки для того, чтобы более правильно назначать режимыпропаривания.
1.1 Предварительное выдерживание
Положительное влияние выдерживания свежеотформованных изделийперед тепловой обработкой в настоящее время может считаться бесспорным. Еще в1935–1936 гг. О.А. Гершбергом и С.А. Мироновым было установлено, чтопрочность бетона, подвергнутого пропариванию после выдерживания в течениенескольких часов при нормальной температуре, выше прочности бетона,пропаренного сразу после изготовления.
Впоследствии вывод о необходимости предварительного выдерживаниябыл подтвержден многочисленными исследованиями различных авторов, а такжепрактикой работы заводов сборного железобетона.
Было установлено, что преждевременное повышение температуры даже вусловиях, исключающих возможность испарения влаги, отрицательно отражается наконечной прочности бетона. Оптимальное время предварительной выдержки бетонаперед тепловой обработкой зависит от ряда факторов и оно тем меньше, чем тоньшепомол цемента, чем меньше в нем белита и чем выше температура среды, в которой выдерживаетсябетон перед пропариванием. Оно составляет от 2 до 6 ч в зависимости от сроков схватыванияцемента. Р.К. Малиновский провел детальные исследования по изучениювлияния предварительного выдерживания перед пропариванием на бетоны,изготовление на пяти польских цементах. На основании опытов были сделаны выводы,что в большинстве случаев пропаривать бетон следует после 6-часовой выдержки. А.Б. Виткупуказывает, что предварительная выдержка не только повышает прочность бетона, нои обеспечивает получение более устойчивых прочностных показателей. Как показалиисследования З. Райнсдорфа, оптимальное время предварительноговыдерживания зависит также и от температуры пропаривания.
Зависимость оптимального времени предварительного выдерживания от температуры пропаривания. />
Оптимальным временем предварительного выдерживания может считатьсяначало схватывания бетона. Оно, в свою очередь, зависит не только от составацемента и бетона, но и от температуры окружающей среды. Чем выше В/Ц иподвижность бетонной смеси и ниже температура окружающей среды, тем болеепродолжительным должно быть предварительное выдерживание изделий допропаривания. Как показали исследования, в зависимости от этих факторовоптимальное время предварительного выдерживания бетонов на портландцементеможет изменяться от 2 до 10 ч.
Однако в заводских условиях предварительное выдерживаниесвежеотформованных изделий связано с увеличением производственной площади,созданием дополнительного количества форм и потому обычно не применяется. Междутем при определенной организации производства изделия подвергаютсяпредварительному выдерживанию, даже если оно специально не запланировано.
С момента изготовления первого пропариваемого в вертикальнойкамере изделия до последнего проходит определенный промежуток времени. При этомпервое изделие получает максимальную выдержку, часто составляющую несколькочасов (в зависимости от скорости формования изделий и объема пропарочнойкамеры), а последнее находится в камере всего несколько минут. Поэтому причинойнеоднородной прочности бетона при пропаривании изделий в вертикальных камерахявляется не только неравномерное распределение температуры по высоте камеры, нотакже и различное предварительное выдерживание пропариваемых изделий.
Отсутствие специально запланированного предварительноговыдерживания при организации заводского производства, особенно при пропариванииизделий с немедленной распалубкой, приводит к получению меньшей прочности каксразу после тепловой обработки, так и при последующем твердении. Вследствиеэтого увеличивается недобор прочности бетона в возрасте 28 суток по сравнению сбетоном нормального твердения.
Таким образом, в период предварительного выдерживания складываетсяопределенная структура бетона, которая формируется в сравнительно спокойныхусловиях (без движения влаги, температурных деформаций составляющих бетонматериалов и т.д.). Эта структура становится способной воспринимать тепловоевоздействие при подъеме температуры без существенного изменения пористости.
Оптимальным временем предварительного выдерживания бетона следуетсчитать период, за который бетон приобретает прочность порядка 3 5 кг/см2.Вследствие этого для сокращения времени предварительного выдерживания можнорекомендовать все те методы, которые приводят к ускорению твердения: введениехимических ускорителей твердения, домол цемента, как сухого, так и, особенно,мокрого, выдерживание при несколько повышенной температуре окружающей среды –25–30°С и т.д.
1.2 Период подъема температуры в камере
В этот период температура в камере должна достигнуть заданноймаксимальной температуры пропаривания. Длительность этого периода может бытьразличной.
Рекомендуемая рядом исследователей скорость подъема температурыколеблется в весьма широких пределах (от 10 до 30С в 1 ч).
По мнению О.П. Мчедлова-Петросяна, время подъема температурыв изделии необходимо увязывать с началом собственного тепловыделения притвердении цемента. При этом бетонную смесь следует сразу помещать впредварительно нагретую до 60–80°С форму и прогрев изделия осуществлять впервые 1,5–2 ч. После того как начинаетсяинтенсивное тепловыделение цемента, подачу пара следует прекратить, чтобыдальнейший прогрев в течение 2–3 ч осуществлялся за счет собственногогидратационного тепла.
Ряд исследователей ставит скорость подъема температуры взависимость в основном от двух факторов – массивности изделий и жесткостибетонной смеси.
Период подъема температуры по существу является подготовительным.От него зависит эффективность последующего твердения бетона. Так, например,быстрый подъем температуры при пропаривании изделий с немедленной распалубкойприводит к порче бетона (большое остаточное расширение, пониженная прочность,видимые трещины). При этом даже тщательное соблюдение режима в остальные периодыпропаривания и идеальный последующий уход не могут исправить дефектов,возникших в период подъема температуры. При пропаривании изделий в формах соткрытой поверхностью быстрый подъем температуры ведет к вспучиванию этойповерхности.
Необходимо отметить, что весьма целесообразен ступенчатый подъемтемпературы до максимально принятой. Он заключается в быстром подъеметемпературы в камере до 35–40°С, выдерживании при ней в течение 1,5–2,5 придальнейшем быстром подъеме до 80–95°С.
Ю.С. Малинин и М.М. Капкин исследовали влияние отдельныхпериодов пропаривания на процесс гидратации цемента При этом степень гидратацииопределяли по контракции цементного теста, количеству химически связанной воды,выделившегося гидрата окиси кальция, а также на основании петрографическихисследований.
Следовательно, период подъема температуры играет важную роль вформировании структуры бетона, пропариваемого без форм. От него зависит восновном степень понижения плотности этого бетона по сравнению с таким жебетоном нормального твердения.
Если большая часть поверхности изделия непосредственносоприкасается с паровоздушной средой, необходимо весьма медленно и осторожноповышать температуру в камере, так как свежеотформованное изделие должносамостоятельно противостоять температурным напряжениям. Поэтому при медленномподъеме температуры уже при 30–40° С. вследствие ускорения процессов тверденияцемента бетон быстро приобретает необходимую структурную прочность и может ужевоспринимать напряжения, возникающие при дальнейшем подъеме температуры.Особенно целесообразен ступенчатый подъем температуры с выдерживанием изделия втечение 1,5–2,5 ч при 30–40С.
В связи с тем, что разрыхлению от теплового воздействияподвергаются лишь поверхностные слон бетона, скорость прогрева не должна ставитьсяв зависимость от массивности изделий. Наоборот, при прогреве массивных изделийрекомендуется более интенсивный подъем температуры в камере, так как отношениеразрыхленной части слоя к остальной массе бетона в них меньше, чем в тонких.
В массивных изделиях лежащие выше слои играют роль пригруза,препятствующего свободному расширению бетона. Кроме того, при более быстромподъеме температуры камеры массивное изделие будет быстрее прогреваться повсему сечению.
Скорость подъема температуры при пропаривании в зависимости отзначения начальной прочности, достигнутой в период предварительноговыдерживания, может ориентировочно приниматься по таблице.
Таблица 1 — Скорость подъёма температуры в зависимости отначальной прочности
Начальная прочность бетона при сжатии, МПа Скорость подъема температуры среды камеры, °С/ч 0,1 — 0,2 10 — 15 0,2 — 0,4 15 — 25 0,4 — 0,5 25 — 35 0,5 — 0,6 35 — 45 Более 0,6 45 — 60
Максимально допустимая температура бетона к концу периода нагреване должна превышать 80-85°С при использовании портландцементов (в том числе сминеральными добавками) и 90 — 95 °С при использовании шлакопортландцементов.
1.3 Период изотермического прогрева изделийв камере
После подъема температуры до заданного максимума следует периодизотермического прогрева, когда изделие определенное время выдерживается припринятой постоянной температуре.
Как известно, интенсивность твердения меняется во времени. Так,при нормальных условиях твердения при температуре 20°С бетон умеренно жесткойконсистенции за первые 3-5 суток приобретает 50% марочной прочности, аостальные 50%–за 23-25 суток. Аналогичная картина наблюдается и припропаривании. В первые часы имеет место интенсивное нарастание прочностибетона, которое замедляется по мере увеличения продолжительности пропаривании.Таким образом, при пропаривании прочность бетона возрастает непропорциональноувеличению градусо-часов.
Как известно, интенсивность твердения бетона как в нормальныхусловиях, так и при пропаривании в значительной степени зависит от водоцементногоотношениями жесткости бетонной смеси. Так, жесткие бетонные смеси с низким В/Цнабирают высокую прочность в первые дни и часы твердения, а в подвижных бетонахпроцесс нарастания прочности растянут во времени.
Однако в соответствии с теорией градусо-часов все бетонынезависимо от их состава и В/Ц при твердении в течение одного, итого же периода должны иметь одинаковую относительную прочность.
Между тем вследствие замедленного темпа нарастания прочности вбетонах подвижной консистенции с высокими В/Ц в начальный период твердения иускоренного темпа у жестких бетонов с низким В/Цградусо-часы не являются критерием интенсивности твердения.
Как показали исследования, ускоряющее действие повышениятемпературы на нарастание прочности бетона неодинаково для различныхтемпературных интервалов. Следовательно, величина температуры пропариваниятакже влияет на нарастание прочности бетона. К тому же цементы различногоминералогического состава ведут себя в процессе твердения при различныхтемпературах по-разному. Так, например, при повышении температуры пропариваниязначительно возрастает интенсивность твердения смешанных цементов, содержащихкремнеземистые добавки, но степень интенсивности понижается по мере увеличенияактивности чистых портландцементов.
Установлено, что независимо от состава цемента и бетона прочностьбетона при пропаривании увеличивается лишь до определенного времени. При этоминтенсивность нарастания прочности не пропорциональна продолжительностипропаривания при максимально принятой температуре.
При последующем твердении в нормальных условиях прочностьпропаренных растворов и бетонов возрастает. При этом 28-суточная прочностьраствора изменяется также по волнообразной линии в зависимости отпродолжительности пропаривания. Характерно, что образцы, имевшие более высокуюпрочность сразу после пропаривания, характеризовались более высокой прочностьюи при последующем хранении (в возрасте 28 суток).
Нарастание прочности и последующее ее понижение в процессепропаривания при 80°С наступают в более поздние сроки, а достигаемая при этоммаксимальная прочность выше, чем при 100° С. При предварительномвыдерживании бетона до пропаривания прочность нарастает более плавно и втечение более длительного времени. При этом чем продолжительнее предварительноевыдерживание, тем позднее наступает первый спад прочности. Величина спадапрочности для бетона при длительном пропаривании имеет меньшее значение, чемдля образцов из цементного теста и раствора. В дальнейшем характер измененияпрочности у них одинаков. Необходимо отметить, что максимальная прочность, атакже начало первого спада прочности в значительной мере зависят не только отвремени предварительного выдерживания, но и от скорости подъема температуры,состава цемента и бетона и могут смещаться как по величине, так и по времени.По мере повышения содержания в цементе трехкальциевого алюмината и ускоренияподъема температуры, а также при использовании жестких бетонных смесей с низкимзначением водоцементного отношения первый сброс прочности происходит быстрее, апериоды спада и нарастания прочности выражены более резко, чем прииспользовании пластичных бетонных смесей с большим значением В/Ц.
Практический интерес представляет максимальная прочность,получаемая в начальный период пропаривания, т.е. до первого спада. Исследованияпоказали, что в производственных условиях следует внимательно подходить кназначению продолжительности изотермического прогрева, особенно притемпературах выше 80°С, так как вместо ожидаемого роста прочности бетона возможноее понижение. Волнообразное изменение прочности при длительном пропариваниитакже представляет интерес не только практический, но и теоретический.
Из результатов исследований видно, что изменение прочностиобразцов при различной продолжительности пропаривания не находится в прямойзависимости от степени гидратации цемента. Об увеличении степени гидратациицемента можно судить по тому, что удельный вес цементного камня уменьшается, аколичество выделяющегося гидрата окиси кальция, а также связанной воды непрерывноувеличивается.
Изменение прочности образцов зависит от скорости протеканияпроисходящих в них процессов перекристаллизации, причем фазовый составцементирующего вещества может иметь в этом случае второстепенное значение.Изменение прочности в данном случае, видимо, можно объяснить тем, что в первыечасы пропаривания при 80°С, и особенно при 100С, процесс гидратации протекаеточень интенсивно и новообразования возникают в виде чрезвычайно мелкозернистоймассы, образуя кристаллический сросток определенной прочности. С увеличениемдлительности пропаривания сначала за счет роста кристаллов уплотняется иупрочняется первичный сросток, а затем вследствие непрерывно идущей гидратациибудут возникать в нем внутренние напряжения, нарушающие целостность сростка иснижающие прочность цементного камня. Вместе с тем продолжающийся процессгидратации приводит к самозалечиванию образовавшихся трещин и дефектовцементного камня вновь образующимися продуктами гидратации и начинается новыйэтап в увеличении прочности. Кроме упомянутых процессов идет такжеперекристаллизация, связанная с укрупнением новообразований и изменениемфазового состава новообразований вследствие перехода нестабильных соединений вболее стабильные.
Следовательно, прочность цементного камня, определяемая обычнымиметодами, свидетельствует о преобладании структурообразующего илидеструктивного процесса на определенном этапе твердения. При этом периодысброса прочности являются не случайным, а вполне закономерным явлением. Задачаже технологов состоит в том, чтобы обеспечить получение максимальной прочностибетона при коротком режиме пропаривания, пока в цементном камне не возникли истали преобладающими деструктивные процессы, сопровождающиеся сбросомпрочности.
Пропаривание интенсифицирует процессы диффузии иперекристаллизации. Однако после достижения некоторого оптимума, зависящего отминералогического состава цемента, увеличение продолжительности пропариванияприводит к консервации указанных процессов. Приращение прочности при этомвесьма незначительно.
1.4 Период остывания изделий в камере
За периодом изотермического прогрева следует период понижениятемпературы в камере. Продолжительность его, так же как и остальных, может бытьразличной.
На многих заводах сборного железобетона после окончанияизотермического выдерживания прекращается подача пара в камеру, и изделиевыдерживается в течение 2-3 ч. При этом скорость понижениятемпературы зависит от степени герметизации камеры и подчас составляет 2–5°С в1 ч.Следовательно, за 2– 3 ч температура в камере понижаетсявсего на 5–10°С и в случае пропаривания при 80° С. составляет 75–70°С. Далеекрышку камеры открывают, и изделие некоторое время выдерживают в теплой камере,потом извлекают из нее и распалубливают. Такой режим охлаждения характерен для агрегатно-поточнойсхемы производства при пропаривании изделий в вертикальных камерах. Отсюдаследует, что охлаждение изделий в основном протекает произвольно и зависит отстепени герметизации камеры, а также от температуры в цехе. Для охлажденияизделий по заданному режиму необходим отсос пара и принудительная вентиляциякамер.
В период охлаждения бетона после изотермического прогрева в немпроисходят следующие процессы. Вследствие того что изделие имеет температурубольшую, чем среда камеры, из бетона начинает испаряться вода, поверхность еговысыхает и становится светлее. Кроме того, вследствие разности температур визделии возникают температурные перепады, которые приводят к образованиюнапряжений. При этом чем массивнее изделие и чем быстрее оно охлаждается, тем,естественно, больше температурные напряжения, которые могут привести кобразованию трещин.
Допустимая скорость понижения температуры зависит также и отпрочности бетона, полученной к концу изотермического прогрева изделий.Температурные перепады приводят к образованию растягивающих напряжений. Поэтомучем выше прочность бетона, тем большие напряжения он может воспринять безразрушения.
В тех случаях, когда предъявляются повышенные требования кводонепроницаемости и морозостойкости бетона, целесообразно охлаждать изделияпутем орошения их водой с постепенным понижением ее температуры до температурыокружающей среды.
Существенно влияют на появление температурных трещин приохлаждении сквозняки. В закрытом помещении без сквозняков температурный перепад60–70°С может не вызвать образования трещин, в то время как при охлаждении наулице, особенно при ветре, даже при меньшем температурном перепаде возможно ихвозникновение.
Следовательно, в зависимости от условий последующего остываниявеличина допустимого температурного перепада должна быть различной.
Если же изделия изготовляют на полигонах, а охлаждаются они наулице, то допустимым следует считать перепад 40°С. Независимо от места, гдебудут охлаждаться изделия (теплый склад или улица), необходимо, чтобы их совсех сторон омывал более холодный воздух. Одностороннее охлаждение, например,когда изделие находится на теплом полу, а охлаждается сверху, приводит кобразованию трещин.
2. Характеристика вертикальной камеры и изделий
Сушильные установки непрерывного действия представляют собойвытянутые (в высоту или в длину в зависимости от удобства размещения в цехе)камеры, внутри которых с помощью конвейеров различных конструкций высушиваемыйматериал перемещается от загрузочного к разгрузочному концу. Из-за трудностисоздания надежных конвейерных устройств для транспортировки тяжелых форм икрупных стержней эти сушила применяются только для сушки мелких и среднихстержней. Сушила непрерывного действия работают с постоянным во временитепловым режимом.
Вертикальная камера выполняется в виде башни со стенамирамно-щитовой конструкции. Пространство между внутренним и внешним стальнымилистами обшивки рам заполняется теплоизоляционным материалом (шлаковой илистеклянной ватой). Внутри сушила движется вертикальный конвейер, состоящий издвух непрерывных роликовых цепей с подвешенными на них этажерками. На полкиэтажерок укладывают подвергаемые сушке стержни. Количество полок на каждой изэтажерок зависит от размера стержней. При массе стержней до 5 кг обычно на этажерке устанавливают по три полки, при сушке более крупных стержней количество полокуменьшается. Изменяя скорость движения конвейера, можно устанавливать различноевремя пребывания стержней в сушиле в зависимости от их массы. Загрузка стержнейпроизводится со стороны восходящей ветви конвейера, разгрузка – спротивоположной стороны, причем загрузка и выгрузка обычно механизированы.
Топка сушила находится между двумя ветвями конвейера; размещенавыше уровня загрузочного и разгрузочного окон, чтобы предотвратить выбиваниегорячих дымовых газон. Топливо сжигается в топке, расположенной внутрисмесительной камеры, в которой происходит перемешивание выходящих из топкипродуктов горения (с температурой 1000–1200° С) с холодным воздухом илиотработанными газами. Наружная камера одновременно играет роль тепловойизоляции кладки топки. Приготовленный таким образом сушильный агент выходит изкамеры смешения через отверстия в ее своде и поступает в сушильную камеру состороны восходящей ветви конвейера. Поднявшись в верхнюю часть сушила, дымовыегазы огибают перегородку, опускаются в нижнюю часть сушила, откуда дымососомчасть их отводится для рециркуляции, а часть поступает в дымовую трубу. Вместосплошной перегородки часто используются газоотбойные щиты, устанавливаемые надтопкой. Меняя угол наклона этих щитов при помощи лебедки, можно регулироватьраспределение газовых потоков в сушильной камере. Помимо этого, дымовая трубасоединена с верхней частью сушильной камеры четырьмя короткими трубопроводами сзаслонками на каждом из них. Все эти средства позволяют регулировать работусушила и подбирать тот режим сушки, который требуется для данных стержней.
Стержни перед выдачей из сушила охлаждаются. Зоной охлажденияслужит участок нисходящей ветви конвейера между дымоотборным отверстием иразгрузочным окном. Охлаждение стержней осуществляется воздухом, подсасываемымв сушильную камеру через окно разгрузки.
Отопление может осуществляться любым видом топлива (твердым,жидким или газообразным), сжигание которого осуществляется с помощьютопливосжигательных устройств.
3. Номенклатура выпускаемых изделий
Основными изделиями, которые пропариваются в вертикальной камере,являются железобетонные плиты. Свойства железобетона оказывают большое влияниена процесс протекания тепло-влажностной обработки. Исходя из этого, необходимовыявить основные свойства железобетона и его номенклатуру.
камера вертикальный изделие номенклатура
Таблица 2 – Номенклатура железобетонных изделий
Наименование изделий и эскиз
Марка изделия
Габаритные размеры, мм
Объём материала, м3
длина
ширина
высота
1
2
3
4
5
6
Плиты перекрытий жилых и общественных зданий
/> ПК 46-12
4600
1200
360
1,98
Плиты перекрытий жилых и общественных зданий
/> ПК 63-15-8
6280
1490
220
2,59 Продолжение таблицы 2
Плиты перекрытий жилых и общественных зданий
/> ПК 63-12-8
6280
1190
220
1,6
1. Плиты перекрытий жилых и общественных зданий
/> ПК-53-10-8
5280
1190
220
1,38
2. Ребристые плиты
/> П2-5АIIIв
5650
1485
300
0,76
3. Стеновые панели
/>
М 100
1220
3,2
2440
9,5
4. Расчет
4.1 Конструктивный расчет
Для расчета рассмотрим изделие ПК 46-12
1)Длинакамеры:
Lк=2Lф+3L1,где
Lф-длина формы вагонетки (в среднем длина изделия +0,5)
L1 –расстояние между стенкой камеры и формой
Lк=2*5,1+3*0,5=11,7м
2) Ширинакамеры
Вк=Вф+2В1; м,где
Вф-ширина формы
В1 — то же, что L1,только по ширине
Вк=1,2+1=2,2
3)Высота камеры
Нк=nяhф+(nя+1)h1; м, где:
hф — высота формы (высотавагонетки 0,31 м + толщина изделия)
h1 – высота консолиповоротных устройств и расстояние от формы до пола камеры и потолка
nя – количество ярусов
Нк=6*0,67+5*0,2=5,02м
4)Количество камер определяют по формуле:
/>
/> - годоваяпроизводительность завода
/> - количество рабочихчасов в году
/> - время тепловой обработки,час
/> - количество изделий,находящихся в камере
/>
Вычислимдлины зон, подставив значения:
для зоныподогрева — LI = 5,02 (3,5 / 12) = 1,45 м;
для зоныизотермической выдержки — LII = 5,02 (6/ 12) = 2,5 м;
для зоныохлаждения — LIII = 5,02 (2,5 / 12) = 1,05 м;
4.2 Технологический расчет
Длительность технологического цикла работы установки:
фц=фз+фпред+фТВО+ фр, ч,фц=1,6+0,16+16+0,86=18,62 ч.
фз– длительность загрузки установки, которая равна: фз=(фф+фтр)*n;
фф–время формования, определяемое по нормамтехнологического проектирования; 5 минут
фтр – время транспортирования формы с изделием отформовочного поста в установку; 5 минут
фз = (0.08+0.08)*10=1.6 ч.
фпред – время предварительной выдержки, берётся понормам технологического проектирования; 0,16 ч (10 минут)
фТВО – длительность режима тепловой обработки,выбирается по нормам технологического проектирования; 16 часов
фр –длительность разгрузки камеры: фр=(фск+фтр*n), где фск≈0,06 ч (4 мин) – время открытия камеры. фр=(0,06+0,08*10)=0,86ч.
Суточная оборачиваемость установки:
Ксут=24/ фц, ч.
Ксут=24/18,62=1,29 ч.
Количество циклов работы установки в год:
Кгод= фгод* kисп / фц, где
фгод– время работы одной установки в год от количестварабочих дней (обычно 260) и смен, ч. фгод= фц*260=18,62*260=4840,kисп=0,9 – коэффициент использования установки.
Кгод=4840*0,9/18,62=234
Годовая производительность одной установки:
N=Е*Ксут*260,м3 где
Е – вместимость камеры по изделиям, Е=Vизд*20=2,059*20=41,2,м3.
N=41,2*1,29*260=13818м3
nустан.=П/ N, штук.
nустан.=200000/13818=14,47,
4.3 Теплотехнический расчет. Аэродинамический расчет
Температура разогрева 85 С0
Общий расход тепловой энергии Q, МДж/м3 при разогревебетона изделий определяется по формуле:
Q = K(Qб + Qм + Qрп),
где K — коэффициент, учитывающий потери тепла с конденсатом.Численные значения коэффициента определяются по табл. 1 прил. 3 и равняется притемпературе разогрева 85 С0составляет 1,07
Qб — расход тепловой энергии на разогрев бетона изделий с учетомтепловыделения, МДж/м3; определяется по табл. 2 прил. 3 и равняетсядля бетона В30 (400) 109 МДж/м3
Qм — расход тепловой энергии на разогрев металла форм, МДж/м3;определяется по табл. 3 прил. 3 и равняется 50 МДж/м3
Qпр — расход тепловой энергиина разогрев элементов ограждений блока камер, включая потери тепла за времяразогрева, МДж/м3.
Qпр = (q1ЧF1+ q2ЧF2 + q3ЧF3 + q4ЧF4+ q5ЧF5)/Vб0,
где F1 — площадь поверхности наружных стен блока камервыше нулевой отметки пола, м2
F1=2(Lк+2*д)*(Hк–hз)+2(Bк*3+4*д)(Hк-hз)
F1=2(6.58+2*0.3)(2,6-0.5)+2(3.83*3+0.3*4)(2,6-0.5)=30+53,3=83,3м2
F2 — площадь поверхности наружных стен блока камер ниже нулевойотметки пола, м2
F2= 2(Bк*3+4*д)*hз+2(Lк+2*д)hз
F2=2(3,83*3+4*0,3)0,5+2(6,58+2*0,3)0,5=19,88м2
F3 — площадь поверхности днища, м2
F4 — площадь поверхности крышки м2
F3 = F4= (Bк*3+ д*4)*(Lк+2*д)
F3 = F4 =(3,83*3+0,3*4)*(6,58+2*0,3)=90,4 м2
F5 — площадь поверхности перегородок м2
F5 = 3* Lк* Hк
F5 = 6,58*2,6=17 м2
Vб0 — объем бетона прогреваемых изделий, м3
Vб0 =Vб *3=20,5*3=61,5 м3;
q1 — q5 — удельные потери тепловой энергии, приходящиесяна 1 м2 поверхности отдельных ограждений при различных температурахразогрева изделий, °С и определяются по табл. 4 и 5 прил. 3:
q1=19,5 МДж/м2
q2=15,9 МДж/м2
q3=15,9 МДж/м2
q4=8 МДж/м2
q5=19,7 МДж/м2
Qпр=(19,5*83,3+15,9*19,88+15,9*90,4+8*90,4+19,7*17)/61,5=72МДж/м3
Далее определяем:
Q=1,07(109+50+72)=231 МДж/м3
По удельному расходу тепловой энергии Q, кг/ч, рассчитываетсячасовой расход пара по формуле
G = QVб0,43/ф,
где Vб — объем пропариваемого бетона в плотном теле,равняется 61,5 м3; ф — продолжительность подачи пара в установку(3ч).
G=231*61,5*0,43/3=2036 кг/ч
5. Новые технологии
Использование теплогенераторов (воздухонагревателей) в работе пропарочныхкамер для железобетонных изделий.
Внастоящее время многие предприниматели строят или восстанавливают мини-заводыпо производству шлакоблоков и небольших бетонных изделий. Для того чтобы этиизделия приняли требуемую прочность по технологии изготовления их необходимо“пропаривать», т.е. обеспечить просушку ЖБИ в паровоздушной среде притемпературе порядка 60-1000С и относительной влажности 90-100%.
Накрупных заводах железобетонных изделий и комбинатах панельного домостроенияданная операция выполняется по схеме, изображенной на рисунке.
Основнойпринцип работы данной схемы следующий:
· Требуемаявлажность обеспечивается непосредственной подачей пара в пропарочную камеру.
· Требуемаятемпература в камере поддерживается за счет тепла от подаваемого пара и за счетотопительных приборов, работающих от пара.
Электромагнитныеклапаны открывают либо закрывают расход пара в пропарочную камеру (сушильную камеру) в зависимости отвлажности и температуры. Все параметры (влажность и температуру) отслеживает иуправляет работой парового котла, электромагнитных клапанов и всей системыконтроллер.
Дляобеспечения работы данной схемы требуется строительство паровой котельной,применение систем водоподготовки и т.п. При этом система пароснабжения камерыне предусматривает возврата конденсата в котельную, а это увеличиваетэксплуатационные затраты.
Другойвариант получения требуемых параметров паро-воздушной смеси в пропарочной камере – применение теплогенераторов (воздухонагревателей) смесительного илирекуперативного типа.
Принципработы данной схемы следующий:
· Требуемаявлажность обеспечивается впрыскиванием воды через дополнительную камеру внагретый воздух. После чего паровоздушная смесь подается впропарочную камеру.
· Требуемаятемпература в камере поддерживается за счет тепла, подаваемого воздуха.
Электромагнитныеклапаны открывают либо закрывают расход пара в сушильную камеру в зависимостиот влажности и температуры. Все параметры (влажность, температуру) отслеживаети управляет работой теплогенератора,оросительной камерой, всей системой в целом контроллер.
Дляобеспечения работы данной системы не требуется применения системыводоподготовки. При этом допускается использование технической и оборотнойводы, очищенной механически, что значительно уменьшает затраты по эксплуатации системы.
Краткиетехнические данныеВнешние размеры камеры (ДхШхВ, мм) 12000 х 5400 х3500
Температура воздуха в пропарочной камере, 0С +60…90 Влажность воздуха в камере,% 90…100
Расход воздуха через теплогенератор, м3/час 6000…8000
Расход приточного воздуха составляет 20% от расхода воздуха через теплогенератор (80% – рециркуляция), м3/час 1200…1600 Потребляемая тепловая мощность, кВт 100
Список использованных источников
1. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы иустановки в технологии строительных изделий и деталей. – М.: Стройиздат, 1983.– 416 с.
2. Ерёмин Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительныхматериалов. – М.: Высш. Шк., 1986. – 280 с.
3. Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985. – 431с.
4. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатациятеплоиспользующих установок. – М.: Энергия, 1970. – 569 с.
5. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердениябетона. – М.: Стройиздат, 1964.- 349 с.
6. Миронов С.А., Френкель И.М., Малинина Л.А. и др. Ростпрочности бетона при пропаривании и последующем твердении. – М.: Стройиздат,1973. – 96 с.
7. Малинина Л.А. Тепло-влажностная обработка тяжелого бетона.– М.: Стройиздат, 1977. – 160 с.
8. Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций иизделий. – М.: Стройиздат, 1989. – 50 с.
9. ГОСТ 13015.0-83 конструкции и изделия бетонные и железобетонныесборные.
10. СНиП 3.09.01-85 Производство сборных железобетонных.
11. СНиП II-3-79** Строительная теплотехника.
12. ОНТП-07-85 Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятийсборного железобетона.