2390

Приведенные выше зависимости для расчёта распределения температур в бетонных и железобетонных изделиях при их тепловой обработке могут быть применены для любых установок ускоренного твердения бетона. Эти зависимости значительно упрощаются при условии, что в процессе тепловой обработки бетона из него не испаряется влага. Данному условию удовлетворяют установки: ямные камеры, вертикальные камеры и другие, в которых изделия пропариваются. В этом случае поверхность изделий соприкасается с паровоздушной средой, относительная влажность которой равна 100 %, или с насыщенным паром.

2.5. Распределение температур и температурные перепады в бетонных и железобетонных изделиях в период охлаждения

Решения дифференциальных уравнений теплопроводности для неограниченной пластины, цилиндра и шара позволяют подсчитать температуру в любой точке, а также как происходит охлаждение при снижении тем-

69

пературы среды в камере. Для этого в соответствующих формулах необходимо перед величиной, характеризующей скорость снижения температуры среды, подставить знак минус и принять m = 0.

К периоду охлаждения гидратация цемента в основном закончилась, поэтому начальная температура бетона принимается равной температуре бетона к концу периода изотермической выдержки и интенсивность испарения влаги с поверхности бетона 1 = 0,25 кг/м2 · ч

Пример 2.5. Определить температуру на поверхности и в середине железобетонной панели к концу периода охлаждения в ямной камере при

Испарение влаги происходит только с верхней поверхности панели с интенсивностью 1 = 0,25 кг/м2 ч. Величины λ, с, R и γ те же, что и в предыдущих примерах.

Вычисляем критерий Вi:

Bi 1R 14,6 0,1 0,74.1,98

По графикам (см. рис. 2.12 и 2.15) находим, что для Вi = 0,74:

Подставляя известные величины в формулу (2.24), в которой полагаем т = 0 и ограничиваемся только первым членом ряда, так как F0 > 0,2, получаем температуру верхней поверхности:

70

Для расчёта температуры нижней поверхности нужно принять х =минус R, тогда температура будет равна 79 °С, т.е. в случае испарения температура верхней поверхности будет ниже температуры нижней. Температуру середины панели определяем по формуле

2262,6 0,25 1,081 e 0,7052 0,554 3,6 2 11,6

50 37 1,04 86 оС 359 К .

Пользуясь вышеприведенными решениями уравнений теплопроводности для неограниченной пластины, неограниченного цилиндра и шара, представляем перепад температур между поверхностью и центром для каждого из этих тел в случае отсутствия испарения влаги в следующем виде:

t b m R2 M , a

где M f F0;Вi функция, в начальный момент равная нулю и с течением времени асимптотически приближающаяся к постоянной величине, т.е. при τ = 0 М = 0 и при τ => ∞ M => const. Из формулы следует, что наличие экзотермии m > 0 уменьшает перепад температур между поверхностью и центром изделия.

71

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

вкамере независимо от его толщины, скорости подъема температуры среды в камере, 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.

72

3. 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 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 по- точно-агрегатной 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: подогрев до максимальной температуры, выдержки при максимальной температуре или изотермическая выдержка и охлаждение до температуры окружающей среды.

73

3.1. Камера ямного типа

Камеры ямного типа (рис. 3.1, 3.2) применяют как на заводах, так и на полигонах. Они относятся к установкам периодического действия.

Камеры конструкции Гипростройиндустрии загружают и выгружа-

ют в вертикальной плоскости. Эти операции должны быть полностью механизированы. Применяемые для этого автоматические траверсы с самозахватами позволяют одному крановщику справляться с загрузкой и выгрузкой изделий.

В камере изделия укладывают так, чтобы коэффициент ее заполнения был максимальным. При этом надо обеспечить возможность всестороннего обтекания изделий паром, для чего между ними и стенками камер оставляют зазоры. По вертикали формы с изделиями укладывают одну на другую через прокладки, а немедленно распалубленные изделия на поддонах устанавливают на стойки с кронштейнами-упорами, которые связаны между собой тягами (рис. 3.3). Нижний кронштейн, на который поставлен поддон с изделием, через систему тяг подготавливает к установке следующий кронштейн, расположенный над ним.

Рис. 3.1. Пропарочная камера ямного типа Гипростройиндустрии:

1 – трап; 2 – конденсатоотводящее устройство; 3 – паропровод; 4 – трубы с перфорациями; 5 – вентиляционное отверстие; 6 – вентиляционный клапан; 7 – крышка камеры; 8 – гидрозатвор; 9 – пол цеха

Для камер ямного типа применяют пакетировщики СМЖ-293, позволяющие укладывать изделия с шагом 850, 690, 565 и 485 мм, а также СМЖ-294 с шагом 965, 780, 645 и 565 мм. При помощи этих пакетировщиков изделия можно укладывать в четыре – семь ярусов.

74

Размеры камер зависят от вида, габаритов изделий и необходимости создания равномерной температуры по высоте. Обычно высота камер не превышает 4, ширина 1,5…4 и длина 7…13м. Глубина подземной части камер определяется уровнем грунтовых вод и высотой подкранового оборудования. Стены камер, расположенные в земле, характеризуются меньшими потерями тепла, чем наземные, поэтому в большинстве случаев ямные камеры выполняют так, чтобы они возвышались над землей не более чем на 0,5…0,7 м.

Рис. 3.2.Пропарочные камеры ямного типа Л. А. Семенова (а) и Гипростройиндустрии для районов с высокими грунтовыми водами (б): 1 – ограждение камеры; 2 – гидравлический затвор; 3 – крышка; 4 – верхние перфорированные трубопроводы; 5 – магистральный паропровод; 6 – нижние перфорированные трубопроводы; 7 – вентиляционный канал; 8 – гидрозатвор вентиляционного подъемного канала; 9 – подъемный клапан; 10 – ходовой настил; 11 – обвязочные швеллеры для крепления кронштейнов; 12 – пол цеха

75

К основным конструктивным элементам пропарочных камер отно-

сятся ограждения (пол, стены, крышки или потолок), системы разводки пара и вентиляции (см. рис. 3.1, 3.2).

Ограждения камер выбирают с учетом требований к их прочности, устойчивости, долговечности и экономичности. При этом следует учитывать основные свойства материала по тепло-, паро- и воздухопроницаемости, а также конструкцию и температурно-влажностный режим тепловой установки. Наиболее экономичен прочный малотеплопроводный материал.

Пол камеры выполняют из монолитного бетона или железобетонных

лический затвор). В случае необходимости он может быть двойным (рис. 3.4). Затворы предназначены для предупреждения утечки паровоздушной смеси или пара через неплотности между крышкой и стенами камеры, а также между составными крышками.

76

Рис. 3.4. Схема откидной крышки с двойным гидравлическим затвором: 1 ― гидродомкрат, 2 ― стойка, 3 ― стенки камеры, 4 ― двойной гидравлический затвор, 5 ― крышка камеры

Крышки камер выполняют из паронепроницаемого и малотеплопроводного материала, коэффициент теплопередачи которого не превышает 0,6…1,16 Вт/(м2·ºС). Каркас крышки изготовляют из швеллеров, а низ его обшивают стальными листами толщиной 1,5…2 мм. Крышку, верх которой выполняют деревянным или бетонным по металлической сетке, внутри заполняют утеплителем (обычно шлаковатой). В ряде случаев каркас, обшитый снизу металлическим листом, заполняют легким бетоном. Низ крышки по периметру оборудуют уголком, заходящим в швеллеры стенок камеры, чтобы обеспечить ее герметичность. Крышки камер должны иметь уклон 0,005…0,01 для стока конденсата к стенам и автоматическую подпитку гидравлического затвора, а также быть взаимозаменяемыми. Камеры за-

77

крывают одной или несколькими крышками. В последнем случае герметичность обеспечивается дополнительными песочными затворами, смонтированными на каждой из крышек.

Система разводки пара обычных ямных камер ямного типа состоит из кольцевых паропроводов диаметром 50…60 мм, расположенных на высоте 150…300 мм от уровня пола. В трубах паропровода на расстоянии 150…200 мм одно от другого расположены отверстия диаметром 3…5 мм, обеспечивающие равномерное распределение пара по площади камеры. В сторону пола пар выпускается со скоростью 100…120 м/с.

Обычно для разводки пара используют перфорированные трубы из антикоррозийных материалов или с антикоррозийным покрытием. В ряде случаев, особенно при отсутствии циркуляции, в камерах у пола монтируют еще регистры без перфорации для дополнительного подогрева глухим паром. Температура по высоте камеры выравнивается, в результате чего нижние и верхние изделия находятся в одинаковых условиях.

Для отвода конденсата в канализацию используют трубы с диаметром 50 мм. Отвод может быть общим и отдельным для каждой камеры. Под стенами, где проходит конденсатоотвод, устанавливают гидравлический затвор высотой 5…10 см. Он обеспечивает гидравлическую изоляцию действующей камеры, т.е. устраняет подсос воздуха из рядом расположенной охлаждаемой или загружаемой камеры. Один из таких затворов, рекомендуемый Гипростройиндустрией, изображен на рис. 3.1.

Тепло конденсата глухого пара повторно используют в теплогенерирующей установке. Конденсат острого пара, большая часть которого испаряется при охлаждении изделий, как правило, загрязнен маслами и солями. Использовать тепло загрязненного конденсата нерентабельно из-за необходимости очистки его перед подачей в теплообменные приборы.

Схема вытяжной вентиляции предназначена для удаления паровоздушной смеси из камер в период охлаждения и организации постоянного движения среды в целях увеличения коэффициента теплообмена. Один вентилятор может обеспечить работу блока из 6…8 камер и более (в зависимости от их расположения). Магистральный канал прокладывают под полом цеха. Камеры присоединяют к каналу через герметичные клапаны, которые должны обеспечивать во время пропаривания полное и надежное отключение камеры от системы вентиляции. Для этого каждую камеру оборудуют приточными и вентиляционными эжекторними водяными затворами.

Приточный водяной эжекторный затвор соединяет внутренний объем камеры с атмосферой и обеспечивает пропуск воздуха из цеха в камеру во время ее вентиляции и одновременное охлаждение изделий после изотермического прогрева.

78