Ямная камера для тепловлажностной обработки элементов мощения из мелкозернистого бетона

Содержание 

      Введение…………………………………………………………………….5

1 Обоснование  выбранного способа тепловой  обработки…………………..…6

2  Характеристика  выпускаемой продукции и технология  ее изготовления….9

3 Обоснование  режима тепловой обработки………………………………..…11

4 Обоснование типа тепловой установки….…………………………………...13

5 Конструкция  выбранной тепловой установки……………………………….16

6 Работа установки,  ее обслуживание и контроль………………………….....20

7 Технологический  расчет………………………………………………………23

8 Теплотехнический  расчет……………………………………………………..26

9 Аэродинамический  расчет…………………………………………………….29

10 Мероприятия  по охране труда и окружающей  среды……………………...30

11 Технико-экономические  показатели………………………………………...32

    Заключение……………………………………………………………….....34

    Библиографический список………………………………………………..35

 

Введение 

    Создание  прогрессивных технологий с минимальными затратами материальных и энергетических ресурсов – одна из главных задач  всех отраслей промышленности, в том  числе и строительной, к которой  относится производство строительных материалов и изделий.

    Одной из составных частей технологии строительной индустрии является тепловая обработка, на которую затрачивается около 30% стоимости производства строительных материалов  и уходит 80% всего  времени производства. Тепловая обработка  потребляет около 80% от расходуемых на весь производственный цикл топливно-энергетических ресурсов.

    Чтобы сделать производство железобетонных изделий более эффективным и  повысить его качество нужно совершенствовать конструкции агрегатов для тепловой обработки и направлять усилия на снижение потерь тепла и теплоносителя в установках для ТВО.

    В настоящее время на заводах по производству железобетонных изделий  наиболее распространены установки  периодического действия для тепловлажностной обработки, работающие при нормальном атмосферном давлении, основу которых составляют ямные камеры. Фактический коэффициент полного использования у многих из них не превышает 25 – 35%, остальное – различные потери, большая часть которых приходится на нагрев ограждающих конструкций и несовершенную герметизацию камер.

    Помимо  увеличения КПД агрегатов для  ТВО железобетонных изделий, необходимо проводить мероприятия по совершенствованию  самого процесса. ТО в некоторой  степени снижает показатели физико-химических свойств бетона, по сравнению с  теми свойствами, которые он приобрел бы, твердея в нормальных условиях во влажной среде. Это объясняется нарушением структуры бетона при тепловой обработке (появляются внутренние напряжения). Сведения к минимуму нежелательных образований можно обеспечить за счет использования с установкой современного электронного оборудования, которое обеспечивало бы более четкий контроль за соблюдением технологических параметров [3,5]. 

1 Обоснование выбранного способа тепловой обработки 

    На  предприятиях промышленности строительных материалов и изделий тепловая энергия расходуется на производство продукции и нетехнологические нужды, использование энергии на технологический процесс производства доходит до 50% и более расчетного расхода теплоты. Это объясняется тем, что одним из важнейших этапов технологического процесса изготовления строительных материалов и изделий является их тепловлажностная обработка.

    Благодаря применению установок для тепловлажностной обработки освобождаются громадные  заводские площади, которые понадобились бы для размещения изделий после формования при естественном вызревании их до выдачи на стройки. Тепловодная среда способствует ускорению и полноте происходящих в материалах реакций, изделиям придается прочность и повышается их долговечность. Согласно нормативным требования изделия должны применяться в строительстве с влагосодержанием порядка 10 – 12%. Поэтому на практике ищут способы, которые бы позволили снизить влагосодержание продукции до нормативного.

    Цикл  тепловлажностной обработки строительных материалов складывается из периодов загрузки их в соответствующие установки, нагрева, изотермической выдержки, охлаждения и выгрузки материала.

    Существует  несколько способов тепловой обработки. Наиболее распространенные это: ТВО  изделий паром, прогрев в продуктах сгорания природного газа, прогрев изделий горячим воздухом или паровоздушной смесью пониженной влажности, электротепловые методы, а также использование солнечной энергии.

    Самый распространенный способ тепловой обработки  железобетонных изделий – это  пропаривание. Данный способ применяется в следующих видах установок для тепловой обработки: пропарочных установках периодического действия (ямные камеры, кассеты и т.д.), установках непрерывного действия (щелевые, туннельные, вибропрокатные станы). Теплоносителем в них является насыщенный водяной пар, непосредственно взаимодействующий с поверхностью изделия. Пропаривание изделий происходит при поддержании в камере атмосферного давления и 100% влажности. Максимальная температура, до которой может быть нагрет теплоноситель -  95ºС.

    Тепловая  обработка насыщенным паром при  повышенном давлении производится в  автоклавах (p = 0,5 – 1,2 МПа и выше, t = 175 – 191 ºС). Автоклавный способ запаривания значительно эффективнее пропаривания изделий при атмосферном давлении, так как он сокращает сроки их обработки, а также позволяет осуществлять твердение известково-песчанных сырьевых смесей и, таким образом, получать изделия из силикатных мелкозернистых бетонов. При атмосферном воздействии такие смеси практически не затвердевают.

    Прогрев в продуктах сгорания природного газа целесообразно применять для  изделий из легких бетонов. Расход энергии  при этом 20 – 25% ниже, чем при пропаривании.

    Предварительный пароразогрев является дополнительной операцией, направленной на подготовку изделий для подачи их на дальнейшую ТВО, длительность при этом сокращается на 2 – 3 часа. Метод заключается в подаче пара в бетонную смесь t_{разогр.} = 55 - 60ºС.

    ТВО бетона газообразным теплоносителем используют для снижения конечного влагосодержания  керамзитобетонных изделий. Для этого в напольной камере, куда поступают керамзитобетонные изделия на вагонетках, создают условия твердения за счет нагрева газообразным теплоносителем, в котором регулируют начальную относительную влажность, что позволяет при частичном испарении влаги из бетона оставить в нем достаточное количество воды для гидратации цементного клинкера.

    Использование солнечной энергии для тепловой обработки является экономически обоснованным лишь в географических районах южнее 50º с.ш. Разогрев производят на специальных полигонах, где каждое изделие помещают в термоформу, оснащенную светопрозрачными и термоаккумулирующими элементами.

    Электротепловые методы делятся на электродные и  безэлектродные. Безэлектродные способы  основаны на использовании контактного и радиационного - конвективного тепловода в установках индукционных или с электронагревателями различных конструкций (t = 60 - 90ºС).Электродный погрев основан на использовании токопроводящих свойств бетонной смеси. Наиболее широкое распространение в щелевых пропарочных камерах получил электронагрев трубчатыми электронагревателями. Этот способ принципиально отличается от нагрева паром, так как при нагреве из изделия с открытой поверхности испаряется часть влаги до получения в установке насыщенной водяным паром среды.

    Все рассмотренные выше способы нагрева  бетона вызывают в изделии перепады температур, влагосодержаний и давлений, что приводит к напряженному его  состоянию и его структура  нарушается. Однако, бетон можно  нагревать, практически не создавая в нем перепадов в нем температур и влагосодержаний. Одним из таких  методов  является нагрев токами высокой частоты (ТВЧ). Данный способ дает возможность передать значительное количество теплоты внутрь, и, тем самым, получить сравнительно равномерный нагрев материала по всему объему. Но нагрев ТВЧ пока экономически невыгоден и не применяется, затраты на его осуществление в 2– 3 раза превышают затраты на тепловлажностную обработку.

    Тепловлажностная  обработка паровоздушной смесью при атмосферном давлении (пропарочные камеры) наиболее распространенный метод тепловой обработки, он сравнительно нетрудоемок, экономичен и доступен.

    Из  всех перечисленных методов тепловлажностной обработки железобетонных изделий  в ямной камере для производства элементов мощения наиболее подходящим является ТВО паровоздушной смесью при атмосферном давлен Применение в качестве теплоносителя продуктов сгорания природного газа или других паровоздушных смесей с пониженной влажностью может привести к излишнему пересыханию изделий и недобору нужной прочности, а также образованию внутри изделий градиента влажности, что может вызвать повышенную деструкцию и растрескивание бетона [3, 4, 5,6].

 

2 Характеристика  выпускаемой продукции и технология  ее изготовления

    Плиты тротуарные изготовленные из мелкозернистого бетона и предназначены для устройства сборных покрытий тротуаров, пешеходных и садово-парковых дорожек, пешеходных площадок и посадочных площадок общественного транспорта. 

 

    Для расчета тепловых установок принимаем  тротуарные плиты БТ-1;

    Характеристики  материалов:

    марка бетона М400 (В 22,5);

    марка по морозостойкости F 200;

    марка по удобоукладываемости П2;

    истираемость  – 1,1 г/см²;

    объем бетона на одно изделие: 0,0016 м³;

    Расход  материалов на 1 м³:

    - цемент ПЦ 400 (НГЦТ = 26%) = 449,6  кг;

    - песок (М_к = 2,8; ρ₀ = 2,63 кг/м³) = 1564,3  кг;

    - вода = 249,8  кг;

    - добавка СНВ (0,02% от массы цемента) = 0,2 кг.

    масса изделия – 0,035т;

    Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесительных цехах и установках, где производится прием, складирование, и подача сырьевых материалов (цемента, заполнителей и  добавок), их дозирование, смешивание и  подача горячей смеси в формовочные цехи. Как формование, так и тепловлажностная обработка осуществляются в пропарочных камерах [1].

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