2107

Анализ полученных формул позволяет сделать следующие выводы:

1.Наличие экзотермии в бетоне является положительным фактором, так как тепловыделение цемента уменьшает перепады температур между поверхностью и центром изделия, что подтверждается также исследованиями. Объясняется это тем, что вследствие экзотермии увеличивается тепловой поток от наружных слоев изделия к центру. Перепад температур между поверхностью и центром изделия пропорционален разности между скоростью подъема температур b и коэффициентом m, характеризующим экзотермический эффект гидратации цемента. При больших значениях b влияние экзотермии незначительно. При b = т температурные градиенты в изделии равны нулю. Однако это условие соблюдается при значениях b = =2…3, что практически равноценно твердению бетона в нормальных условиях.

2.Температура в центре сечения изделия на протяжении всего периода разогрева остается ниже температуры поверхности изделия и среды в камере независимо от его толщины, скорости подъема температуры среды

вкамере, расхода цемента и его экзотермии.

3.Температура в центре изделия тем более отстает от температуры поверхности и перепад этих температур в процессе разогрева тем больше, чем больше толщина изделия, меньше коэффициент температуропроводности и меньше расход цемента в бетоне, меньше экзотермия и интенсивнее скорость подъема температуры среды в камере. Влияние этих факторов неодинаково. Наибольшее влияние на величину перепада температур Δt в бетоне изделий оказывают их толщина и скорость подъема температуры в камере. Экзотермия цемента и его расход в бетоне оказывают меньшее влияние.

2. ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ И ИХ РАСЧЁТ

Железобетонные изделия разнообразны по своим геометрическим размерам и форме, составу бетонной смеси, свойствам готового бетона, способам формования и отделки поверхностей. Этим и объясняется применение весьма разнообразных установок для тепловлажностной обработки в производстве сборного железобетона.

Систем классификации установок для тепловлажностной обработки железобетонных изделий известно много. Например, по принципу действия это периодически действующие и непрерывно действующие. К установкам периодического действия относят ямные камеры, автоклавы, кассеты, камеры с обогревом в поле индукционного тока и т. п. Установками

30

непрерывного действия являются туннельные, щелевые, вертикальные камеры, пакетировщики, камеры прокатных станов и др.

Установки для тепловлажностной обработки можно также классифицировать по давлению рабочей среды установки, работающие при атмосферном давлении и выше атмосферного, по способу обогрева паром или электроэнергией; по использованию их в той или иной технологии изготовления изделий стендовой, поточно-агрегатной или конвейерной и т. п.

Установки для тепловлажностной обработки железобетонных изделий могут работать периодически или непрерывно. В стендовой и поточноагрегатной технологии обычно применяют установки периодического действия, в конвейерной непрерывного.

Большое значение для качества изделия имеет строгое соблюдение заданного режима тепловлажностной обработки. Режимом тепловлажностной обработки называют совокупность условий окружающей среды, т. е. температуры, влажности и давления, воздействующих на изделие в течение определенного времени и обусловливающих оптимальную для данного изделия скорость процесса твердения.

В соответствии с установленным режимом для данного изделия, весь цикл тепловлажностной обработки делят на три периода: подогрева до максимальной температуры, выдержки при максимальной температуре, или изотермической выдержки и охлаждения до температуры окружающей среды.

2.1. Камера ямного типа

Камеры ямного типа (рис. 19) применяют как на заводах, так и на полигонах. Они относятся к установкам периодического действия. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру либо заглубляют в землю так, чтобы её края для удобства эксплуатации возвышались над полом цеха не более 0,6…0,7 м, или устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки.

Камеры имеют прямоугольную форму и изготовляют их из железобетона, стены снабжают теплоизоляцией для снижения потерь теплоты в окружающую среду. Пол камеры делают с уклоном для стока конденсата. В полу есть трап для вывода конденсата. В приямке трапа, куда стекает конденсат, делают конденсатоотводящее устройство, в качестве которого чаще всего ставят водоотделительную петлю. Назначение конденсатоотводящего устройства – выпускать конденсат в систему конденсатоотвода и

31

вается уложенными по периметру камеры трубами с отверстиями – перфорациями, через которые пар поступает в камеру. Кроме отверстия для ввода пара в стене камеры делают отверстие для вентиляции в период охлаждения. Оно соединяется каналом с вентилятором, который отбирает паровоздушную смесь из камеры. Для изоляции камеры во время подогрева и изотермической выдержки от системы вентиляции устраивают герметизирующий конус, который с помощью червячного винта, снабженного маховиком, может подниматься и опускаться. При поднятом конусе происходит вентиляция, при опущенном – камера надежно изолирована от этой системы. Кроме герметизирующего конуса в таких же целях могут применяться различные затворы.

В камеру с помощью направляющих, в качестве которых используют опорные стойки, краном загружают изделия в формах. Каждая форма от следующей изолируется прокладками из металла для того, чтобы пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры достигает 2,5…4 м. Ширину и длину обычно выбирают с учётом размещения в ней двух штабелей изделий в формах. Между штабелями изделий и между штабелем и стенками камеры устраивают зазоры, чтобы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузке камеры.

После загрузки камера закрывается крышкой, представляющей собой металлический каркас, заполненный теплоизоляционным материалом. Низ

32

и верх крышки изолируют металлическим листом. Крышку так же, как и пол, делают с уклоном i = 0,005…0,01 для стока конденсата. Для герметизации крышки служит водяной затвор. Для этого на верхних обрезах стен камеры устанавливают швеллер, а крышку по её периметру оборудуют уголком, который входит в швеллер. Швеллер заполняют водой, кроме того, конденсат с крышки также стекает в швеллер. Образующийся таким образом в нём слой воды предотвращает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой.

2.2. Эффективные системы парораспределения в ямной камере

Недостатками тепловых агрегатов являются температурные перепады по высоте, снижающие однородность технических свойств изделий после тепловой обработки. В пространствах между изделиями в камерах, в технологических пустотах и полостях изделий образуются области неподвижной греющей среды, так называемые воздушные «мешки», что существенно снижает эффективность тепло- и массообмена. Для устранения этих недостатков применяют направленное движение теплоносителя за счет эжектирующего действия струй пара, подаваемого в пропарочную камеру под давлением из крупноразмерных точечных сопел, что выравнивает тепловлажностные условия во всем объеме камеры на протяжении всего периода пуска пара. Направленная циркуляция среды за счет струйной энергии подаваемого пара может быть получена как в установках периодического, так и непрерывного действия.

Однородность среды повышается при оснащении камеры отводной трубой с клапаном для удаления избытка воздуха, что также повышает эффективность прогрева.

Ниже рассмотрены эффективные системы распределения пара в наиболее распространенных тепловых установках.

Ямные камеры периодического действия могут быть оборудованы одной из эффективных систем парораспределения, хорошо себя зарекомендовавших на практике.

Парораспределение с помощью крупноразмерных (15...25 мм) паровыпускных устройств точечного типа (сопла Лаваля или цилиндрические), установленных у днища камеры или на двух горизонтальных коллекторах, расположенных на противоположных стенках камеры на разной высоте (рис. 20, а). Сопла располагают с шагом 500...1000 мм. Струи пара не должны быть направлены на поверхность бетона. Интенсификация движения теплоносителя внутри камеры достигается противоположным направлением сопел на двух коллекторах. Эжектируемый пар, выходящий из сопел с большой скоростью, захватывает неподвижную греющую среду в скоростную циркуляцию с многократным коэффициентом (4...6 и более),

33

интенсивно смешивая теплоноситель в камере. В результате улучшается равномерность прогрева изделий, однородность свойств бетона.

Рис. 20. Схемы парораспределения:

а с помощью сопел; б через вертикальные стояки; в с помощью насосов-кондиционеров; г с внешним эжектором; 1 магистральный паропровод; 2 запорный вентиль; 3 регулирующий клапан;

4 нижний коллектор; 5 сопло; 6 верхний коллектор; 7 съемная дроссельная шайба для стока конденсата; 8 вертикальный стояк;

9 обводная линия; 10 продувочный трубопровод; 11 внешний эжектор

Давление пара перед соплами, камерой, на разводной гребенке должно быть согласовано с Госгортехнадзором.

Парораспределение с выпуском теплоносителя через вертикальные стояки. Направленное движение теплоносителя в камере можно организовать не только в вертикальной плоскости, как было показано ранее, но и в горизонтальной (рис. 20, б, в). Равномерная подача пара по высоте камеры через отверстия в стояках обеспечивает его равномерное распределение, а большее (по сравнению с коллекторами в предыдущей схеме) количество стояков с направленным расположением отверстий создает интенсивное движение теплоносителя, но организованное в горизонтальной плоскости. При этом стояки можно поставить и в углах камеры, т. е. там, где обычно образуется зона неподвижной среды: это повышает однородность греющей среды и условия тепло- и массообмена.

34

Для интенсификации теплоотдачи путем повышения скорости движения теплоносителя вертикальные стояки могут быть оборудованы соплами или насосами-кондиционерами. В результате разности давлений, получаемых на концах соплообразного патрубка насоса-кондиционера за счет различной скорости поступления пара, происходит подсос паровоздушной среды из камеры и последующее перемешивание с поступающим паром.

Рассмотренные системы с соплами типа Лаваля эффективны в камерах пропаривания, если возможно обеспечить требуемые параметры пара перед камерой.

Пароснабжение камеры с внешним эжектированием паровоздушной среды. Усовершенствованная система пароснабжения ямных камер разработана Харьковским институтом инженеров коммунального строительства (рис. 20, г). Эффективность системы повышается за счет применения внешнего эжектора, с помощью которого можно осуществлять рециркуляцию паровоздушной смеси через перфорированный коллектор, установленный в нижней зоне камеры. Это способствует хорошему перемешиванию смеси. Подавать пар можно отдельно через сопла верхнего или нижнего коллектора, а также одновременно. Количество сухого пара можно уменьшить, Так как изделия будут нагреваться за счет рециркуляции теплоносителя; при увлажнении пара подавать его в период нагрева можно через сопла и перфорированный нижний коллектор, а в период изотермической выдержки подачу теплоносителя следует перевести на рециркуляционный режим.

В период охлаждения изделий внешний эжектор при необходимости можно использовать для отсоса паровоздушной смеси из камеры, однако это связано с дополнительным расходом пара (около 50 кг/м3).

2.3. Расчёт ямной камеры

Исходные данные:

1. Внутренние размеры

камеры ……………………...…. Vк Lк Вк Нк 6,3 3,9 3,7 90,9 м3. 2. Толщина железобетонных стен наружных …………….. стн 0,4 м,

внутренних…………………………………………………... ств 0,2 м.

3.Толщина бетонного пола камеры………………………. δпол = 0,15 м.

4.Крышка металлическая, утеплённая

минеральной ватой: масса металла……………………….. Gм = 2000 кг,

утеплителя…………………………………………………..Gут = 1180 кг, толщина минваты…………………….. δут = 0,16, λут = 0,063 Вт/м· C.

35

5. Коэффициенты: тепловосприятия ограждений камеры………………………………………………..…. α1 = 30

Вт/м2·°C,

теплоотдачи от ограждений камеры

в окружающую среду…………………………………..... α2 = 5 Вт/м2·°C.

6.Плотность материала ограждений………………… ρж/б =2300 кг/м3.

7.Расход материалов на 1м3 бетона изделий, кг:

портландцемент М500 Ц = 262, Щ = 1420, песок П = 572, вода В = 152, арматура А = 70.

8.Плотность бетона изделий………………………….… ρ = 2406 кг/м3.

9.Температура: свежеотформованных изделий

до поступления в камеру…………………………………..….. t1 = 20 °C,

средняя температура по сечению изделия

к концу периода подогрева…………………………………. tII = 54,6 °C,

изотермического прогрева…………………………...……….. tII = 80 °C. 10. Объём одного изделия………………………………….. Vи = 1,08 м3,

в камере находится………………………………….….. nи = 12 изделий,

объём бетона в камере ……… Vб Vи nи 1,08 12 12,96 м3 13 м3.

11.Масса одной металлической формы…………….…… m1ф = 1625 кг,

масса формы в камере……………………………………. mф = 19500 кг, их объём…………………………………………...………… Vф = 61,9 м3.

12.Объём прокладок и выступающих

частей в камере……………………………………………… Wв.ч = 1,8 м3.

13.Заглубление камеры……………………………………….. hk = 3,1 м.

14.Определить удельный расход пара

при нормальных физических условиях на тепловую обработку 1м3 бетона изделий

при……………………… ТВО в I II III 1,5 1,5 4 2 9 ч. 15. Пар, поступающий из паропровода,

Расчёт основных габаритов камеры

Габариты камер ямного типа зависят от номенклатуры изделий, производительности технологических линий, размера форм и технологических зазоров (на прокладки, захваты траверсы и др.).

Длину камеры (м) определяют по формуле

где ф – длина формы с изделием, м; n – количество форм по длине каме-

ры, шт. (при ф >4 м, n=1); 1 =0,1 м – расстояние между формой и стенкой

36

камеры и между штабелями форм.

б)

Рис. 21. Схема укладки изделий в пропарочной камере ямного типа: а план камеры;

б продольный разрез

Ширина камеры (м):

где bф – ширина формы с изделием, м; n1 – количество форм по ширине камеры, шт. (при bф >2 м, n1=1).

При укладке форм в камеру автоматическими траверсами расстояние1 принимают с учётом зазора на радиус действия захвата. Для камер, оборудованных стойками с кронштейнами, в 1 входит и ширина стойки.

где hф – высота формы с изделием, м; n2 – количество форм по высоте камеры, шт.; h1 ≥ 0,03 м – расстояние между формами изделиями по высоте, т.е. величина прокладки между формами; h2 ≥ 0,15 м – то же, между нижней формой и дном камеры; h3 ≥ 0,05 м – между верхним изделием и крышкой камеры.

Теплотехнический расчёт

Материальный баланс камеры, кг/цикл.

Приход материалов:

37