Ямная камера для тепловлажностной обработки элементов мощения из мелкозернистого бетона

15-20ºС/ч, далее  20 – 30ºС/ч.

    Длительность  изотермического выдерживания необходимо назначать по отпускной прочности, толщине изделия, вида и марки цемента, В/Ц бетона, температуры изотермического периода.

   В период остывания должно быть обеспечено постепенное, по возможности, медленное и равномерное  по всему сечению изделия, понижение температуры. Снижение температуры среды в камере после изотермического прогрева производят так, чтобы температурный перепад между поверхностью изделий и температурой наружного воздуха не превышал 40 - 45ºС. Для изделий толщиной более 20 см температурный перепад между поверхностью изделия и окружающей средой допускается не выше 30ºС; при отрицательной наружной температуре изделия выдерживают в теплом помещении 6-12 ч [3,6].

3 Обоснование  режима тепловой обработки 

    Выбор рациональных режимов тепловлажностной обработки основывают на полной увязке технологических и теплотехнических факторов. Относительная прочность  образцов через 28 суток после тепловой обработки по отношению к прочности  образцов, твердеющих в естественных условиях составляет для бетонов на портландцементе 80 – 105%. Структура режима тепловой обработки складывается из отдельных периодов, включающих предварительное выдерживание, скорость разогрева, продолжительность выдерживания при максимально заданной температуре, время остывания изделия в агрегате и вне его.

    Предварительное выдерживание в камере ТВО осуществляется для создания в цементном тесте  условий, которые обеспечивали бы процесс  дальнейшей гидратации и формирования начальной структуры бетона, способной воспринимать температурные напряжения без нарушений. Предварительное выдерживание особенно необходимо при пропаривании распалубленных изделий и изделий с большой открытой поверхностью.  Длительность предварительной выдержки зависит от активности цемента, В/Ц, подвижности и жесткости бетонной смеси, начальной температуры изделия до введения его в камеру, и находится в пределах  1 до 5 часов.

    При подборе скорости подъема температуры  необходимо учитывать то, как долго  изделие находилось в режиме предварительной выдержки. Повышение температуры в камере со скоростью 60ºС/ч независимо от начальной прочности не рекомендуется. При двухчасовой предварительной выдержке наиболее эффективным будет подъем температуры со скоростью 25ºС/ч в течении трех часов. Период подъема температуры до бетонных смесей высокой подвижности  увеличивают до 20 – 30%; для жестких бетонных смесей сокращают на 15 – 20%. Значение периода подъема температуры среды в камере наиболее важно при паропрогрева распалубленных изделий и изделий в формах с большой площадью открытой поверхности, не имеющих достаточно времени предварительного выдерживания. В этих случаях подъем температуры среды в камере, независимо от толщины изделия, осуществляют в прогрессивно возрастающем темпе: в первый час - 10ºС/ч, во второй

15-20ºС/ч, далее  20 – 30ºС/ч.

    Длительность  изотермического выдерживания необходимо назначать по отпускной прочности, толщине изделия, вида и марки  цемента, В/Ц бетона, температуры  изотермического периода.

   В период остывания должно быть обеспечено постепенное, по возможности, медленное и равномерное по всему сечению изделия, понижение температуры. Снижение температуры среды в камере после изотермического прогрева производят так, чтобы температурный перепад между поверхностью изделий и температурой наружного воздуха не превышал 40 - 45ºС. Для изделий толщиной более 20 см температурный перепад между поверхностью изделия и окружающей средой допускается не выше 30ºС; при отрицательной наружной температуре изделия выдерживают в теплом помещении 6-12 ч [3,6].

Рисунок 1 - График ТВО 

4 Обоснование  типа тепловой установки 

    Установки для тепловлажностной  обработки предназначены для ускоренного твердения изделий. Установки для ТВО разделяются 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 импульсивное 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, дитолил-метан и др.).

    Для бескамерной обработки бетона применяют  пакеты, установленные в штабель  на специальном устройстве – пакетировщике. Тепловую обработку изделий проводят без предварительной выдержки. Каждое изделие, кроме верхнего прогревается с двух сторон. Прогрев изделий в таких формах неравномерен, поэтому прочность изделий, прошедших тепловую обработку в пакетировщике, в разных точках бывает различной. Расход пара 200-300 кг на 1 м³ бетона.

    Автоклавные установки представляют собой герметичные  закрывающиеся сосуды, рассчитанные на ТВО под давлением 0,8 – 1,3 МПа. В целях экономии теплоты все  автоклавы подвергают тепловой изоляции. Цикл работы автоклава 12 – 18 ч. Удельный расход пара составляет 300 – 400 кг/м³.

    Камеры  непрерывного действия применяются, главным  образом, на конвейерных линиях. Они  разделены на стационарные зоны –  подогрева, изотермического прогрева и остывания, в которых постоянно сохраняются необходимые для каждой зоны температурно-влажностные условия. Изделия в формах – вагонетках, последовательно перемещаясь из одной зоны в другую, подвергаются тепловой обработке.

    Наиболее  распространенными установками  ТВО на предприятиях сборного железобетона являются пропарочные камеры. Пропарочные камеры делятся на камеры периодического и непрерывного действия. По конструкции камеры периодического действия бывают туннельного и ямного типа. Габариты туннельных камер составляют по высоте до 2 метров, ширине до 6 м и длине до 100 м. С внутренней стороны стены камеры покрывают слоем гидроизоляции. В камере располагаются паропроводные перфорированные трубы, через которые подается острый пар, и трубы для разбрызгивания воды, с тем, чтобы поддерживать влажность среды при полном насыщении.

    Крупноразмерные изделия, имеющие длину 4 – 15м, ширину 2 - 10 м и высоту 1 – 4 м, пропаривают  преимущественно в камерах ямного типа.

    Равномерный нагрев изделий в камерах обеспечивается равномерной подачей пара, хотя, казалось бы, в начальный период, когда материалы имеют более низкую температуру, чем стенки камеры, конденсация водяного пар и нагрев должны протекать интенсивнее на холодных изделиях, а потери теплоты в окружающую среду в начальный период должны быть меньше, чем в последующее время, по мере прогрева материала изделий. Однако опыт показывает, что температура изделий растет достаточно равномерно во всем интервале времени их прогрева. Это объясняется тем, что, несмотря на большую разность температур среды и изделий в начальный период, коэффициент теплоотдачи имеет меньшее значение из-за наличия значительного количества воздуха в паровоздушной среде. В дальнейшем указанная разность температур снижается, а коэффициент теплоотдачи от среды к изделиям возрастает, поскольку воздуха в паровоздушной смеси с повышением температуры становится меньше.

    Следует иметь в виду, что в отличии  от сушильной и вентиляционной техники  тепловлажностная обработка строительных изделий при атмосферном давлении осуществляется в среде с температурой 70 - 100ºС, а в этом случае количество воздуха в паровоздушной смеси составляет незначительную часть. На практике неравномерность нагрева изделий при равномерной подаче пара происходит лишь при резко различных соотношениях площадей тепловоспринимающих поверхностей и ограждающих конструкций.

    Принимаем пропарочную камеру ямного типа с  вертикальными стояками, которые  способствуют созданию такой циркуляции пара, позволяющей уменьшить неравномерность  прогрева изделий. Камеры ямного типа применяют при агрегатно-поточной схеме производства. У этих камер высокий коэффициент использования полезного объема камеры. Удельный расход пара - 200 – 400 кг на 1 м³ плотного бетона. В хорошо оборудованных и правильно эксплуатируемых камерах, при хорошей организации теплоснабжения удельный расход пара может быть снижен до 120 – 150 кг/м³ бетона [3, 4, 5,6]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 Конструкция  выбранной тепловой установки 

      Ямные камеры паропрогрева используют  на поточно-агрегатных линиях  производства железобетонных изделий. Основными элементами ямной камеры являются стенки, пол с гидравлическим затвором, крышка и система паропроводов, оснащенных запорно-регулирующей арматурой для подачи пара в камеру.  Камера представляет собой напольную или заглубленную в землю установку, где отформатированные в другом месте, обычно крупноразмерные изделия подвергаются тепловлажностной обработке в периодическом процессе. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру заглубляют в землю на 0,5 – 2 м так, чтобы ее края для удобства эксплуатации возвышались над полом цеха не более 0,5 - 0,7 м или устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки.

    Ямные камеры (рис.1) имеют прямоугольную  форму иногда со скругленными углами для улучшения циркуляции теплоносителя.  С  целью достижения равномерности ТВО во всем объеме камеры расстояние от пола  до нижней плоскости форм или уложенного внизу изделия выбирается не менее 150 мм. Промежутки между отдельными изделиями – 50 – 75 мм, расстояние между верхним изделием и крышкой камеры – не более 50 мм. Для установки форм в камеру применяют стойки с поворотными кронштейнами. Формы в камере устанавливают в штабель по 5 – 8 шт. с зазором 30 – 50 мм для улучшения теплопередачи. Зазоры между изделиями обеспечиваются автоматическими стойками, установленными в камерах твердения, или металлическими прокладками. Ширина камер – 1,5 – 4 м, длина 7 – 13 м, общая высота камеры около 2 – 3 м. При большой высоте камеры (4 - 6 м) и малоподвижной среде наблюдается особенно большое расслоение паровоздушной смеси: пар (ρ = 0,804 кг/м³) располагается сверху, воздух (ρ = 1,293 кг/м³) снизу, что замедляет тепловую обработку нижних изделий. Кроме того, большая высота нагретой среды обуславливает создание в камере значительного статического давления под крышкой (25 – 30 Н/м²), что, при наличии неплотностей в ограждениях, приводит к выбиванию горячей смеси вверху и засасывания холодного воздуха внизу камеры. При расположении камер блоками (по 6 – 8 шт.) уменьшаются удельные расходы пара на 1 м³ плотного бетона, т.к. сокращаются потери тепла в окружающую среду. Размеры камеры в плане должны соответствовать укладке ее на полу не более 2-х крупноразмерных изделий, а высота определяется числом уложенных с зазорами горизонтально в несколько рядов (4 – 8) плоских изделий или размером поставленных вертикально изделий (трубы и т.д.). Ограждающие конструкции ямных камер (пол, стены, крышку) для уменьшения потерь в окружающую среду покрывают паро- и гидроизоляцией. Зазоры между изделиями и стенами должны быть минимальными и только позволять проход захватов автоматической траверсы.

    Пол камеры – бетонный с гидроизоляцией на утепленном слое. Большие потери через слой создают увеличенный  перепад температур среды по высоте камеры. Для стока конденсата в слив, оборудованный гидрозатвором, в канализацию пол должен иметь уклон (0,005 – 0,01). Ввиду загрязненности выходящего из камер конденсата он  в котельную не возвращается.

    Стены -   обычно железобетонные с отверстиями  для подключения к вентиляционному каналу, сообщения с атмосферой в период охлаждения и ввода паропровода. Толщина и конструкция стен камеры выбираются исходя из требований малой теплопроводности и малой паропроницаемости. Если стены для снижения потерь тепла в окружающую среду на аккумуляцию выполняются из пористых, но малотеплопроводных и нетеплоемких материалов, то их следует покрывать пароизолирующим слоем. Толщина стен из плотного бетона не должна быть менее 400 мм, что обеспечивает механическую прочность. Однако при периодическом нагреве ограждающих конструкций из-за высокой теплопроводности непроизвольно расходуется значительное (до 40%) количество тепловой энергии. Для повышения тепловой эффективности камер их ограждающие конструкции следует выполнять из легкого бетона или устраивать внутреннюю теплоизоляцию, защищенную от воздействия паровоздушной среды камеры.

    Сверху  камеру закрывают съемной крышкой, представляющей собой жесткую рамную конструкцию, заполненную теплоизоляцией. Для создания паронепроницаемости нижняя поверхность крышки обшита стальным листом. Крышки ямных камер должны быть не только малотеплопроводными, но и жесткими во избежание коробления и появления, связанных с ним неплотностей, а также во избежание перекосов и выхода пара в образующуюся щель. Если крышки не утеплены, то на внутренней их поверхности в большом количестве конденсируется пар, и падающие капли разрушают неукрытую поверхность изделия. Для устранения этого явления крышки выполняют с уклоном по бокам(0,005 – 0,001) вследствие чего конденсат стекает к стенкам и автоматически пополняет гидравлический затвор между крышкой и стеной, препятствующей выходу пар по контуру крышки. Он представляет собой корыто из швеллера, лежащего на верхнем обрезе стен, в который сверху опускается контурное вертикальное ребро, приваренное к крышке. Чтобы швеллер не сдвигался с места при укладке в камеру тяжелых изделий, к его стенке приваривается вертикальная полоса – хвостовик, которая заделывается в стену камеры.

    Повышение температуры в камере приводит к  увеличению в ней давления, что  может привести к нарушению в  ней герметизации и выбиванию  пара в помещение цеха. Для предупреждения этого в камере предусмотрено  устройство обратной трубы, соединенной со специальным гидравлическим затвором. В случае повышения давления в камере излишек пара выбрасывается через трубу.