Меню Рубрики

Установки для тепловлажностной обработки бетона

Тема лекции 10. Тепловлажностная обработка строительных материалов Назначение тепловлажностной обработки. Стадии тепловлажностной обрабоки. Виды и характеристика теплоносителей

Контрольные вопросы

1.Что понимают под линии постоянной энтальпией.

2.Зависимости основных параметров влажного воздуха..

3. Температура точки росы tр.

5. Что называется кривой насыщения.

Установки для тепловлажностной обработки предназначены для ускоренного твердения изделий. Обычно тепловлажностную обработку ведут до достижения 70% полной проектной прочности бетона.

Тепловлажностная обработка бетона насыщенным паром — основной способ, который позволяет создать влажностные условия нагрева и сохранить влагу затворения в материале. Поэтому именно этот способ приме­няется на большинстве заводов. Чтобы представить себе процессы, проходящие в установке и материале при тепловлажностной обработке, на первом этапе изучения предположим, что свежесформованный бетон после предварительной выдержки набрал какую-то начальную прочность, которая позволяет подвергать его обработке без формы и поддона

Установки для теп­ловлажностной обработки разделяют по следующим: признакам:

1. По режиму работы — на установки периодическо­го и непрерывного действия. Установки периодического действия в свою очередь подразделяются на две груп­пы: на работающие при атмосферном и избыточном дав­лении. Установки непрерывного действия могут работать только при атмосферном давлении. В качестве устано­вок периодического действия применяют ямные и на­польные камеры, кассеты, пакеты, термоформы и авто­клавы. Установки непрерывного действия изготовляют в виде горизонтальных и вертикальных камер, в кото­рых происходит непрерывное или импульсное передви­жение подвергаемого обработке материала.

2. По виду используемого теплоносителя различают установки, в которых используют водяной пар при ат­мосферном и избыточном давлениях; паровоздушную смесь, горячую воду, электроэнергию, продукты горения топлива и высокотемпературные органические теплоно­сители (горячие масла, даутерм, дитолилметан и др.)-

Кроме установок для тепловлажностной обработки в технологии сборного бетона и железобетона применя­ют установки для разогрева бетонной смеси и подогрева заполнителей.

Установки периодического действия

Раньше всех на заводах сборного бетона и железо­бетона появились ямные и туннельные камеры периоди­ческого действия. Постепенно с развитием промышленности несовершенные туннельные камеры периодическо­го действия утратили свое значение, и в промышленности остались только камеры ямного типа. Технический прогресс привел к появлению новых типов установок периодического действия, таких как кассеты, пакеты, термоформы и др.

Рисунок —10.1. Пропарочная камера ямного типа

Камеры ямного типа. Простейшей и наиболее распространенной является пропарочная камера ямного типа. Эти -камеры, которые называют просто ямными, применяют как на заводах, так и на полигонах. В зави­симости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру либо заглубляют в землю так, чтобы ее 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 (рис. 10.1), стены камеры снабжают теплоизоляцией 17 для снижения потерь теплоты в ок­ружающую среду. Пол камеры I делают с уклоном для стока конденсата. В полу есть трап 2 для вывода кон­денсата. В приямке трапа, куда стекает конденсат, де­лают конденсатоотводящее устройство 3, в качестве ко­торого чаще всего ставят водоотделительную петлю. 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—3 м. Ширину и длину обычно выбирают с уче­том 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.

Установки непрерывного действия. В установках непрерывного действия в отличие от периодических легче механизировать и автоматизиро­вать весь процесс. Производительность труда обслу­живающего персонала на них значительно возрастает, поэтому в настоящее время они и внедряются наиболее широко в производство. В качестве установок непре­рывного действия для тепловлажностной обработки наи­более широко применяют щелевые горизонтальные, ще­левые полигональные и вертикальные пропарочные ка­меры.

Горизонтальные пропарочные камеры щелево­го типапредставляют собой туннель длиной b = 100—120 м. Ширина туннеля проектируется в расче­те на движение через него одного-двух изделий на каждой форме-вагонетке и находится в пределах b =5—7 м. Высота h=1,0—1,17 м. В камере помещает­ся от 17 до 27 вагонеток с изделиями. В отличие от пе­риодически действующих камер, где подъем температу­ры, а затем изотермическая выдержка и охлаждение осуществляются последовательно во времени в одной камере, щелевые пропарочные камеры по длине разде­ляются на соответствующие зоны: зону подъема темпе­ратуры среды, изотермической выдержки и охлаждения. В первую и вторую подводится тепловая энергия, третья зона — зона охлаждения, теплом не снабжается, а нао­борот, вентилируется холодным воздухом. Разделение камеры на функциональные зоны позволяет экономить тепловую энергию за счет затрат теплоты на нагрев конструкций после каждого цикла по сравнению с уста­новками периодического действия.

Схема горизонтальной щелевой пропарочной камеры показана на рис. 10.2 Принцип работы такой камеры следующий. Вагонетка с изделием в форме 1 поступает на снижатель 2, оборудованный толкателем. Снижатель опускает вагонетку на уровень рельсов щелевой камеры 4, и толкатель выталкивает вагонетку со снижателя в камеру. При этом вагонетка с изделием проходит под механической шторой 3, которая предохраняет торец, камеры от выбивания паровоздушной смеси и проника­ния в нее холодного воздуха. Одновременно вагонетка с изделием усилием толкателя продвигает весь поезд, находящийся в камере, и последняя вагонетка также че­рез герметизирующую штору 5 выдвигается на подъем­ник 6, который поднимает вагонетку на уровень пола, откуда она транспортируется на пост распалубки изде­лий. Изменяя ритм загрузки вагонеток можно повы­шать или снижать производительность камеры.

Читайте также:  Установка xupnpd на роутере zyxel keenetic

Камера разделяется на три зоны: зону подъема тем­пературы — подогрева /, зону изотермической выдержки II и зону охлаждения III. Тепловая обработка изделий в камере сводится к следующему. Материал, поступив­ший в камеру, может подогреваться либо паром, либо ТЭНами. При нагреве паром для его подачи используют двухсторонние стояки, причем первая пара стояков рас­полагается на расстоянии 20—25 м от входа с шагом от 2 до 6 м, а последняя — на расстоянии 35—40 м от выг­рузочного торца камеры. Пар смешивается с воздухом, образуя паровоздушную смесь. Для улучшения исполь­зования теплоты пара устраивают рециркуляцию: паро­воздушную смесь отбирают у загрузочного конца камеры и возвращают в конец зоны подогрева. Рецир­куляция помогает уменьшить потери пара, проникающе­го в зону охлаждения за счет его передвижения к загру­зочному концу камеры. Кроме того, в этих же целях между зоной изотермической выдержки и охлаждения устраивают воздушные завесы или перегородки из тер­мостойкой резины. Воздушные завесы в целях экономии тепла устраивают и в месте загрузки камеры. Макси­мальный нагрев изделий при использовании пара со­ставляет 80—85 °С, ибо в данном случае в камере кроме пара находится воздух.

Рисунок 10.2 — Схема горизонтальной пропарочной камеры щелевого типа

t — длина камеры; lI ZI , tI —соответственно длины зон подъема тем­пературы, tII изотермической выдержки и tIII охлаждения

Рисунок 10.3 – Схема полигиональной пропарочной камеры

Кроме рассмотренных на заводах применяют щелевые камеры с расположенными на разных уровнях зонами тепловой обработки. Схемы таких камер даны на рис. 11.2 На рис. 11.3, а показана щелевая камера, где ма­териал на вагонетке входит в зону подогрева I, подо­гревается и попадает на снижатель 2. Снижатель спу­скает изделие на уровень рельсов зоны изотермиче­ской выдержки II, которая отделена от зоны подогрева глухим перекрытием. После зоны II материал попадает в зону III, где охлаждается за счет просасывания хо­лодного воздуха, и материал через подъемник 3 тран­спортируется на пост распалубки. Принцип подачи и отбора воздуха аналогичен принятому для горизонталь­ной щелевой камеры (см. рис. 10.3). Тепловлажностная обработка в камерах, расположенных на разных уров­нях, может осуществляться паром или ТЭНами. Такая камера занимает меньше места и легче компонуется с остальным оборудованием.

Более совершенная конструкция камеры предложена сотрудниками Киевского инженерно-строительного ин­ститута (рис.10.3). Она несколько отличается от пре­дыдущей. Часть камеры, расположенная над полом, удлинена, а длина камеры, расположенной под полом по отношению к камере, показанной на рис. 10.4, а, уменьшена. Таким образом зона подогрева I находится под зоной охлаждения III. Кроме того, между зоной ох­лаждения и зоной подогрева сплошного перекрытия не делают. Зона изотермической выдержки II располагает­ся на втором и первом ярусах и разделена сплошным перекрытием

Рисунок 10.4 — Схема двухъярусной пропарочной камеры

а — двухъярусная пропарочная камера; б — камера Киевского инженерно-стро­ительного института

Вертикальные пропарочные камеры.В поисках способа более рационального использования теплоты и уменьшения площади цеха проф. Л. А. Семенов предло­жил вертикальную пропарочную камеру, схема которой лриведена на рис. 5.15. Принцип работы такой камеры заключается в следующем. Изделие в форме 1 по при­водному рольгангу 2 проходит до положения 3, пока­занного пунктиром, в камеру 4, состоящую из бетонной коробки 5, покрытой теплоизоляционным слоем 6. Свер­ху бетонную коробку 5 покрывают герметичной сталь­ной крышкой 7. В положении 3 изделие останавливается концевым выключателем. Этот же концевой выключа­тель включает в работу загрузочные гидродомкраты 14. Они поднимают изделие из положения 3, при этом форма с изделием утапливает защелки 13, а штабель оказывается выше защелок. занимают положение, показанное на рисунке. После вы­хода защелок гидродомкраты начинают опускаться вниз, проходят между защелками, оставляя штабель изделий на защелках. Пока такие камеры применяют лишь на ограниченном числе предприятий

Разрез А-А

Рисунок 10.5 Схема вертикальной пропарочной камера

Пакетные установки.Для бескамерной тепло­вой обработки бетона наиболее широко применяют па­кеты, установленные в штабель на специальном устрой­стве— пакетировщике (рис. 10.5). Он состоит из подъ­емного стола — траверсы 1, четырех гидродомкратов 2, направляющих колонн 3 и четырех упоров-отсекателей 4. Работа пакетировщика заключается в следующем. На стол-траверсу ставят термоформу со сформован­ным изделием 7, готовую к тепловой обработке. Вклю­чают гидродомкраты и поднимают стол-траверсу немно­го выше упоров-отсекателей. При этом упоры-отсекате-ли во время прохождения формы утапливаются. После того, как форма поднялась вверх, упоры-отсекатели под действием эксцентрично приложенной силы собственной массы возращаются в нормальное положение. Далее стол опускается, а форма с изделием остается на упорах и подключается к системе пароснабжения. Следующая форма с изделием поднимается аналогичным образом, только форма, стоящая на упорах, оказывается на уже поднятой. Пакетировщик рассчитан на одновременную обработку шести форм.

Термоформу пакетировщика переоборудуют из обыч­ной, жесткой стальной формы посредством приварки ккаркасу поддона формы стального листа. Образующу­юся под формой полость используют как нагревательный отсек. В.нее подают пар и из нее отбирают конденсат. Схема пароснабжения пакетировщика показана на рис. 10.5, где для наглядности поддоны раздвинуты. Пар в полость каждого поддона-формы 4 подают, присоединяя к штуцеру формы гибкий шланг 3 от парораспредели­тельной системы / и регулируют его подачу вентилями 2. Отбор конденсата осуществляется также с помощью шлангов 5, присоединяемых к штуцерам поддона фор мы. Открываются вентили 6 и конденсат через конден-сатоотводчик 7 спускается в систему конденсатоотбора. Тепловую обработку изделий проводят без предвари­тельной выдержки. Каждое изделие, кроме верхнего, обогревается сдвух сторон. Чтобы обеспечить оптималь­ные режимы тепловой обработки на пакетировщике ус­танавливают регулятор программного регулирования температуры. Подъем температуры осуществляют до 90—95 °С за 2 ч. Однако прогрев изделий в таких фор­мах неравномерен, в местах, удаленных от подачи па­ра, температура бетона на 30—40 °С в течение первых 2—3 ч меньше. Поэтому прочность на сжатие изделий, прошедших тепловую обработку в пакетировщиках, в разных точках бывает различной.

Читайте также:  Установка behold tv 505

Автоклавные установки представляют собой герметически закрывающиеся сосуды цилиндрического типа, рассчитанные на тепловлажностную обработку из­делий паром под давлением порядка 0,8—1,3 МПа. Внут­ренний диаметр современных автоклавов 3,6 м, длина корпуса 21 м, они так называемого проходного типа. В такой автоклав поезд из вагонеток заталкивается с одного конца, а через другой после работы выгружается готовая продукция. На рис. 10.6 схематически показанавтоклав, состоящий из корпуса I с теплоизоляцией 13 и его оборудования. К оборудованию относятся две быст­ро закрывающиеся крышки 2, механизм, закрывающий и открывающий крышки 3, два предохранительных кла­пана 4, патрубок ввода пара 12, патрубок для вывода конденсата 7, патрубок для включения в вакуум-систе­му 10 и патрубок для перепуска пара 5. Сам корпус ус­танавливают на опоры, одна из которых закреплена не­подвижно—У/, а остальные — подвижные 5, что позволя­ет корпусу при тепловом расширении передвигаться по ним. В корпусе для загрузки вагонеток на специальных опорах смонтирован рельсовый путь 9 с колеей 1524 мм. Внизу между рельсами во всю длину корпуса вмонтиро­вана перфорированная труба 6, соединенная с патруб­ком ввода пара и предназначенная для раздачи пара в автоклаве.

Рисунок 10.6-Схема автоклавной установки

Производительность автоклава характеризуется дли­тельностью цикла работы и количеством загружаемой продукции. К садке изделий на вагонетку предъявляют большие требования. Чем больший объем изделий уда­ется разместить на вагонетке, тем экономичнее работа ав­токлава. Количество изделий, загруженных в автоклав, характеризуют коэффициентом его заполнения К. Под коэффициентом заполнения понимают отношение объема загруженных изделий Уи к объему автоклава Va:

Цикл работы автоклава складывается из времени, необходимого на загрузку ть времени, необходимого на тепловую обработку %2, равного времени, затрачивае­мому на периоды подъема температуры тп, изотермичес­кой выдержки тв и времени т охлаждения материала (т2=тп+тв+-с), а также времени на выгрузку и чист­ку самого автоклава т3. Цикл выражают в часах и для различных материалов он колеблется в пределах 12—18 ч. Работу автоклава контролирует инспекция кот­лонадзора. Необходимо неукоснительное соблюдение правил охраны труда и техники безопасности, ибо авто­клав представляет собой установку повышенной опасно­сти. Например, на крышку автоклава диаметром 3,6 м при работе на давлении Р=1 МПа действует сила, рав­ная 10170 кН, что необходимо помнить при его обслуживании. Расход пара на тепловлажностную обработку до­статочно велик и составляет в среднем 300—400 кг на 1 м 3 плотных изделий.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Тепловлажностная обработка. Теоретические основы

Бетоном называют композиционныйматериал,состоящий из цементного камня, заполнителя и контактного слоя между ними.

Скорость нарастания структурной прочности цементного камня, как и скорость любой химической реакции, может быть резко увеличена с повышением температуры среды при тепловой обработке. Чтобы сохранить при этом влагу, которая необходима для процесса гидратации зерен цемента, для тепловой обработки используют пар. Тепловую обработку бетона с условием сохранения влаги в материале называют тепловлажностной обработкой (ТВО). Для представления о принципах такой обработки бетона охарактеризуем материал и условия ее ведения в процессе изготовления сборного бетона и железобетона.

Материал, загружаемый в установку для тепловлажностной обработки, – свежесформованный или предварительно выдержанный бетон, – состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз.

Твердая фаза представлена заполнителем (щебень, гравий, песок), имеющим капиллярно-пористую структуру, и формирующейся структурой цементного камня, связывающий заполнитель в конгломерат. Структура цементного камня формируется также в виде пористого тела с различными хаотично расположенными капиллярами диаметром от 2∙10 -7 до 10 -2 см; могут встречаться поры и значительно большего диаметра. В будущем цементном камне на протяжении всего периода твердения происходят процессы гидратации зерен цемента, поэтому твердая фаза – система не стабильная.

Жидкая фаза представлена химически связанной, физико-химически и физико-механи-чески связанной влагой. Влага заполняет систему капилляров и участвует в процессе гидратации. Поэтому количество влаги, связанной с материалом различным способом, все время изменяется. Количество воды зависит от выбираемого В/Ц и для тяжелого бетона составляет около 170…200 л/м 3 . Вода затворения уже в процессе формования начинает связываться с цементом. В первые один–два часа, считая от начала затворения бетона, количество химически связанной влаги очень невелико, так как в реакции гидратации вступает не более 1% цемента, содержащегося в бетоне. Остальная влага приходится на физико-химическую и физико-механическую. Постепенно в химические реакции вовлекается больше цемента, и идет перераспределение влаги по формам связи. Количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, доля физико-механической уменьшается.

Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлеченного при формовании, воздуха, выделившегося при деаэрации воды затворения за счет вибрации при формовании, и газа, выделяющегося из составляющих бетона в результате химических реакций. Количество газообразной фазы, по данным НИИЖБ, оценивается в 30…40 л/м 3 .

Нарастание структурной прочности бетона в естественных условиях и при тепловлажностной обработке делят на два периода. В первом из них, в течение примерно 2…4 часов с момента формования, структурная прочность нарастает медленно. Второй период характеризуется резким увеличением скорости роста структурной прочности, которая может быть увеличена еще более за счет тепловлажностной обработки. Поэтому для улучшения качества бетона рекомендуется начинать тепловлажностную обработку именно во втором периоде. С учетом этого ТВО в большинстве случаев ведут после предварительной выдержки свежесформованного бетона. Предварительное выдерживание изделий до пропаривания способствует образованию начальной структуры бетона в условиях отсутствия температурных деформаций и миграции влаги, что положительно отражается на прочности и стойкости готовых изделий.

Читайте также:  Установка кондиционера для уаз патриот

Оптимальное время предварительного выдерживания колеблется от 2 до 10 часов и соответствует началу схватывания бетона, при котором он приобретает прочность около 0,3…0,5 МПа. После этого бетон в закрытой или открытой форме, а иногда после достаточной для предварительного твердения длительной выдержки, со снятой бортоснасткой на поддоне загружают в установку, куда подаётся пар. Пар, как более нагретое тело, отдаёт теплоту парообразования менее нагретым телам – материалу и установке, нагревает их, а сам в виде конденсата удаляется из установки. За счёт нагрева скорость реакций гидратации цемента резко возрастает и ускоряется структурообразование бетона.

Постепенно материал в установке нагревается до температуры паровоздушной смеси (кроме пара в установке находится воздух). Время, которое проходит с начала нагрева до достижения бетоном температуры паровоздушной смеси, называют первым периодом тепловлажностной обработки (рис. 10.1).

tcº, tc‘, tc« – температура среды в камере соответственно после загрузки, максимальная и при выгрузке; tmº, tm‘, tm« – то же, материала; I, II, III – соответственно периоды подогрева, выдержки и охлаждения

Рисунок 10.1 – Схематичные кривые изменения температуры среды и материала

в установке для тепловлажностной обработки бетона

Во второй период подача пара в установку продолжается. В материале по его сечению постепенно выравнивается поле температур, ибо температура в установке в этот период не изменяется. Это так называемый период изотермической выдержки. Длительность его определяется скоростью выравнивания температурного поля в материале и кинетикой химических реакций.

Далее наступает третий период – охлаждение. В это время пар в установку не подаётся. Для более быстрого охлаждения установку вентилируют воздухом. В этом случае с поверхностей материалов, формы, установки быстро испаряется влага, бетон также начинает терять её.

В процессе тепловлажностной обработки происходит ряд физических, физико-химичес-ких и химических процессов, которые и формируют структурную прочность бетона. Механизм формирования структурной прочности бетона разбирается детально в курсе “Технология бетонных и железобетонных изделий”, поэтому мы остановимся на нём очень кратко, чтобы увязать с ним одновременно идущие и влияющие на него тепло- и массообменные процессы.

В начальный период цемент реагирует с водой, за счёт реакции гидратации образуется пересыщенный раствор новообразований и по теории Байкова А.А. новообразования, выделяясь в виде геля из пересыщенного раствора, формируют первичную структуру цементного камня. Эта первичная структура имеет вид рыхлого каркаса, который по А.А. Байкову и
П.А. Ребиндеру, постоянно упрочняется.

Полученный во время гидратации цементный гель увеличивается в размерах одновременно внутрь и наружу цементных зёрен, занимает почти в два раза больший объём, чем зёрна цемента, из которых он образуется. Поэтому гель вынужден занимать пространство, где ранее находились вода и воздух, уменьшать пористость и радиус пор. Всё это заставляет свободную влагу и воздух перемещаться по бетону, а сам бетон обмениваться влагой и воздухом с окружающей средой.

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. Эти процессы являются внешними по отношению к материалу, и поэтому их называют внешним тепло- и массообменом. Передвижение влаги и воздуха, а также изменение температурного поля внутри материала называют внутренним тепло- и массообменом.

Передвижение влаги и воздуха (массы) по материалу, а также изменение температурного поля воздействует на формирующуюся структуру материала. Если образующаяся структура не в состоянии противостоять силе, с которой передвигается масса (влага и воздух), слагающаяся с силой возникающих температурных напряжений, то эта структура в большей или меньшей степени может разрушаться. Поскольку, с увеличением скорости нагрева, силы передвижения массы нарастают, то нагрев изделий следует вести с какой-то вполне определённой, безопасной для нарушения структуры скоростью.

Наибольшая скорость формирования структуры бетона наблюдается во второй период тепловлажностной обработки, во время выдержки при постоянной температуре. Разности температуры и влагосодержания по сечению материала в этот период начинают уменьшаться и постепенно выравниваются, что значительно улучшает условия структурообразования. Кроме того, в это время идёт дальнейшая гидратация цемента. Влага из образовавшегося на поверхности геля отсасывается внутренними слоями цементного зерна. Вследствие снижения влагосодержания геля, начинается кристаллизация новообразований, что и обусловливает нарастание процессов структурообразования и упрочнения всей системы.

В третий период – охлаждение, из материала интенсивно удаляется влага, процессы кристаллизации новообразований и структурообразование резко усиливаются, материал цементируется. Однако в это время опять начинают возрастать перепады температур и влагосодержания между поверхностью и центральными слоями материала, возрастает массоперенос внутри материала. Эти процессы опять начинают воздействовать на структуру материала и могут снова привести к её частичному разрушению.

Все сказанное заставляет глубже рассмотреть процессы тепло- и массообмена, увязать их с возникновением напряженного состояния и формированием структуры бетона.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник