5.4. Кассетные установки
Кассетные установки сочетают в себе установки для формования и тепловлажностной обработки изделий, что обусловливает значительную экономию производственных площадей. Бетонные и железобетонные изделия (плоские, ребристые) формуют и прогревают в вертикальных сборно-разборных формах. Так как длительная тепловая обработка снижает производительность и эффективность кассетного способа производства, то такие установки используются в двухстадийной технологии: формование и короткий прогрев в кассетной установке, а окончание процесса тепловой обработки в камерах выдерживания.
Конструктивно кассетные установки состоят из неподвижной станины, подвижных тепловых отсеков, разделительных стенок, опор и прижимных домкратов. К паровым отсекам или разделительным стенкам крепятся днища и борта форм, которые в собранном состоянии (установка сжата домкратами) образуют вертикальные формы, запотняемые арматурой и бетоном. Торцевая неподвижная теплоизолированная стенка крепится к раме станины, а подвижные стенки и отсеки перемещаются на роликовых опорах. Передвижение стенок производится гидравлическими домкратами, а закрепление их – установочными клиньями в кронштейнах.
Тепловые отсеки различных типов кассет (конструкции Гипростроймаша, Гипростройиндустрии, и др.) имеют различные толщину и конструктивные особенности. Как правило, это жесткие металлические конструкции толщиной 70...240 мм, имеющие каркас и обшитые металлическим листом толщиной 12...24 мм. Исключение составляют тепловые отсеки кассет конструкции ЦНИИЭПЖилища, имеющие плоский тепловой регистр из стальных трубок, вложенный между двумя армированными железобетонными стенками; общая толщина отсека 40 мм. Несмотря на некоторые усложнения теплопередачи (теплоноситель–трубы–бетон–изделие), эти тепловые отсеки выгодны, так как имеют малую металлоемкость.
Теплоноситель к греющим отсекам подводится с помощью гибких шлангов, арматурный каркас и бетонная смесь подаются сверху. Вибрирование бетона производится навесными вибраторами. В большинстве случаев в качестве теплоносителя используют пар, однако возможно применение горячей воды и высокотемпературных теплоносителей.
К недостаткам кассетных установок относится необходимость использования пластичных бетонных смесей, так как высокую узкую щель (формовочный отсек), в которой находится арматурный каркас, заполнить жесткой бетонной смесью и уплотнить невозможно. Применение же пластичных смесей требует снижения скорости прогрева, удлинения цикла тепловой обработки и ограничения температуры нагрева (не выше 100 °С).
Во всех конструкциях кассетных установок тепловые и формовочные отсеки раздвигаются в горизонтальной плоскости. Исключение составляет кассетная установка конструкции ЦНИИЭПЖилища с оснасткой, передвигающейся в вертикальной плоскости и позволяющей применять жесткие бетонные смеси. Значительная высота формовочного отсека приводит к тому, что нижние слои бетонной смеси находятся под избыточным давлением и имеют более высокие прочностные показатели (в 1,5. .2 раза), чем верхняя часть изделия С целью экономии цемента применяют бетонную смесь переменного состава, с уменьшением расхода цемента для нижних слоев.
Кассетные установки отличаются высокой металлоемкостью (до 10 т металла на одно изделие). Так как эти установки периодического действия, то прежде чем начнет прогреваться изделие, необходимо прогреть всю бортоснастку. Если формовочные отсеки чередуются с тепловыми, то прогрев изделий происходит с двух сторон; если же между изделиями установлены разделительные стенки (гибкие из металлических листов толщиной 24 мм или жесткие в виде пространственных каркасов), то осуществляется односторонний прогрев, а температура в средних изделиях на 10...30 °С отстает от температуры изделий, расположенных около теплых отсеков.
В кассетных установках неравномерность прогрева изделия может иметь место по длине (быстрый прогрев в зоне подачи пара и слабое поступление теплоносителя в дальний торец из-за обилия ребер жесткости), по толщине (при одностороннем прогреве) и высоте (из-за расслоения теплоносителя в узком высоком отсеке). Поэтому важное значение приобретают организация теплообмена, движение и циркуляция теплоносителя, что сказывается на скорости прогрева, расходах тепловой энергии и эксплуатационных характеристиках изделий.
Как известно, интенсивность теплообмена зависит от скорости движения и турбулизации теплоносителя. Поэтому предусматривают циркуляцию, многократное ис пользование и многоходовое движение теплоносителя в отсеках.
Одной из наиболее распространенных схем пароснабжения кассетных установок является эжекторная система (рис. 27). Применение эжектора позволяет организовать циркуляцию теплоносителя через тепловой отсек, уменьшить неравномерность прогрева изделий, экономить тепловую энергию, многократно используя теплоноситель.
Пар с высокой температурой из магистрального паропровода / через узел регулирования 3 попадает в эжектор 4 В эжекторе, имеющем сопло, конфузор и диффузор, создается разрежение и охладившаяся паровоздушная смесь из тепловых отсеков 5 через резиновые шланги и отсасывающий коллектор 9 подсасывается в эжектор. Смешавшись со свежим паром и повысив температуру, теплоноситель через подающий коллектор 2 поступает в тепловые отсеки 5, прогревая формовочные отсеки 10 с бетонными изделиями. Остывший пар конденсируется и по резиновым шлангам стекает в коллектор сбора конденсата 6 и далее в конденсатопровод 8; конденсационный горшок 7 отделяет конденсат и не позволяет пару из тепловых отсеков уходить в конденсатопровод.
Рис. 5.10. Схема эжекторной системы пароснабжеиия кассеты:
1 – магистральный паропровод 3 – подающий коллектор; 3 – узел регулирования, 4 – эжектор, 5 – тепловые отсеки, 6 – коллектор i6opd конденсата; 7 – конденсационный горшок, 8 – конденсатопровод, 9 – отсасывающий коллектор; 10 – формовочные отсеки с разделительной стенкой.
Прогрев изделий в кассетных формах может производиться сразу после окончания формования, без предварительного выдерживания Для ускорения прогрева и сокращения продолжительности тепловой обработки целесообразно бетонную смесь укладывать в предварительно подогретую до 40...45° форму. В этом случае продолжительность подъема температуры в отсеках форм до максимальной может быть сокращена до 1...1,5 ч.
Продолжительность изотермического прогрева зависит от температуры и расположения тепловых отсеков, толщины изделий и состава бетона.
Остывание изделий после прекращения подачи пара происходит весьма медленно из-за большой теплоемкости кассеты с изделиями, поэтому распалубку изделий делают при температуре 75...80 °С. Для снижения температуры в тепловом отсеке применяют принудительное охлаждение водой.
Ускорить процесс твердения бетона можно путем введения химических ускорителей. Наибольшее сокращение сроков твердения может быть достигнуто предварительным электроразогревом бетонной смеси и последующим кратковременным прогревом бетона в кассетной форме при температуре 95...100 С.
Повышение температуры изотермического прогрева выше 100°С связано с повышением давления в отсеках (при применении пара в качестве теплоносителя) и для плоских изделий с большой поверхностью требует значительного усиления каркаса отсеков. В этих случаях рациональнее применять высокотемпературные теплоносители, имеющие температуру кипения 250...350 °С.
Удельные расходы пара в кассетных установках должны составлять 200 кг пара на 1 м3 бетона, однако в зависимости от длительности цикла, состояния кассет и качества эксплуатации они колеблются от 200 до 1000 кг/м3.