Основные габариты тепловой установки и теплотехнических показателей ее работы

Для удобства подачи бетонной смеси кассетные  установки располагают по одной линии, они занимают примерно половину 18-метрового пролета. Другая половина пролета занимается под стеллажи для дозревания изделий (в вертикальном положении), под посты доводки изделий и операционный запас арматуры.

    Кассетное производство требует относительно больших объемов бетонной смеси (до 18 м³) в течение 30 — 40 мин, такую потребность могут обеспечить конвейеры, оборудованные сбрасывающей тележкой с хоботом, и пневматический транспорт; подача смеси краном в бадьях неэффективна.

    Применяют также комбинированные способы  — доставку бетонной смеси осуществляют пневматическим транспортом или конвейером, а затем вдоль линии кассет— одним или двумя бетоноукладчиками с бункерами большой емкости.

    Формование  изделий в кассетах производят комплексная бригада рабочих или специализированные звенья. Съем продукции с 1 м² площади участка, занятого кассетными формами, при двукратном обороте в сутки составляет до 80 м³/год.

    Кассетный способ производства имеет ряд преимуществ перед формованием изделий в горизонтальном положении. При кассетном способе изделия имеют гладкую, хорошего качества поверхность, высокую точность размеров. Этот способ позволяет сократить время тепловой обработки за счет применения более жестких режимов тепловой обработки. Кроме того, поскольку панели изготовляют и транспортируют в вертикальном положении, то отпадает необходимость в дополнительном армировании, связанном с монтажными работами; изделия можно транспортировать с распалубочной прочностью (около 50% проектной), при этом добор прочности до отпускной может протекать в камерах дозревания и в теплых складах. Этот способ обеспечивает более высокую производительность труда на изготовление и отделку изделий, требует меньшего расхода пара. Однако кассетный способ имеет ряд недостатков: он требует применения более подвижных бетонных смесей, дает некоторый перерасход цемента, значительно выше, чем при агрегатно-поточном способе, металлоемкость форм, кроме того, изделия имеют неодинаковую прочность по сечению. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ 

2.1 Характеристика  изделий, подвергаемых тепловой  обработке 

Балконная плита  – применяется в жилищном строительстве  см. Рисунок 2.

 

Рисунок 2 – балконная  плитаХарактеристики балконной  плиты представлены в таблице 1. 

Таблица 1 –  Характеристика изделия 
 

 
 

     2.2 Выбор режима тепловой обработки 

     Режим тепловлажностной обработки – совокупность основных теплотехнических параметров: температуры, влажности и давления среды; скорости подъема и снижения температуры; продолжительности периодов.

     В производстве изделий из легкого  бетона рекомендованы следующие общие пределы режимов пропаривания при нормальном давлении: повышение температуры в начальный период должно идти со скоростью не более 30 °С в час, а в конце —не более 50 °С в час; общая длительность подъема температуры 1,5 - 4,5 ч; температура пропаривания может изменяться в пределах 60 - 100°С при относительной влажности, близкой к 100%. 

    Режим тепловлажностной  обработки кассеты  составляет 6—8 ч. За это время изделия  нагреваются и выдерживаются при максимальной температуре 360—365 К. После чего кассету разбирают, а изделия с прочностью 50—60% проектной отправляют в яму-камеру. В яме-камере изделия ставятся вплотную одно к другому, поэтому они медленно охлаждаются (15—20 ч), набирая прочность. Поэтому режим тепловлажностной обработки характеризуется длительностью отдельных стадий процесса пропаривания и температурой изотермического прогрева. Режим выражается суммой продолжительностей каждого периода в часах:  2,5 + 3,5 + 2,0 = 8 ч.  Это означает, что время подъема температуры до максимального  заданного значения – 2,5 ч; изотермическая выдержка – 3,5 ч; охлаждение – 2 ч.

    В кассетных установках нет необходимости  применять такую технологическую  операцию как, выдерживание бетона, это  связано с тем что бетонная смесь подвергаемая тепловой обработке  не имеет большой открытой поверхности, следовательно  не соприкосается  с водой которая может повлиять на структуру бетона.  

    Главным процессом является изотермическая выдержка. При изотермическом прогреве протекают физические и физико - химические процессы в микроструктуре цементирующего вещества. Кристаллогидраты могут иметь различный и иной, чем негидратированные зерна цемента, коэффициент температурного расширения. Возможно развитие внутрипорового давления, объемных изменений и других процессов, вызывающих собственное напряжение в цементном камне бетона.

          Длительность изотермического  выдерживания определяется величиной заданной прочности бетона изделий (распалубочной, передаточной, отпускной) и зависит от состава и подвижности бетонной смеси; конфигурации и габаритов изделия, температуры периода. В среднем продолжительность прогрева в кассетных установках составляет 3-5 ч.

     Использование портландцементного бетона позволяет  нагревать его до температуры  90°С, и поэтому в зоне изотермической выдержки именно такая температура. [5]

    Время охлаждения для данного бетона было выбрано 2 часа. Время охлаждения не должно быть очень большим так как это будет экономически не выгодно для производства, но и уменьшать его до минимальных значений нельзя так как это может вызвать необратимые структурные изменения в бетоне, и как правило такие изменения являются негативными.

    Возможные режимы тепловой обработки для тяжелого бетона в кассетных установках указаны в таблице 2.  
 
 
 
 
 

Таблица 2   – Режимы тепловлажностной обработки в кассетах изделий

                           из  тяжелого  бетона  на  портландцементе 

(прогрев  изделий с одной стороны   при температуре 90 – 98 ⁰С)    

 

    График  режима тепловой обработки указан на рисунке 4.

    

   Т, ºС 100

              90

              80

              70

              60

              50

              40

              30

              20

              10

              0 

                      1    2   3   4   5   6   7    8   9   10 Время,  ч 
 

    2.3 Физико-химические процессы, протекающие  при тепловой обработки изделий   в кассетной установке 

    При производстве изделий в кассетных  установках наблюдается внутренний теплообмен, и внутренний массообмен.

     При внутреннем теплообмене исходят  из того, что поверхность нагреваемого тела получает теплоту в количестве, определяемом формулами Фурье или Ньютона, которое и распространяется внутри материала. Процесс распространения теплоты в теле в общем случае складывается из потока теплоты, распространяемого за счет теплопроводности материала (уравнение Фурье) и за счет потока движущейся внутри материала массы влаги. Последний определяется произведением массы движущейся влаги на ее теплосодержание.

     Таким образом, для внутреннего теплопереноса  можно записать: 

                                                            (1) 

     где q — плотность суммарного потока теплоты; — коэффициент теплопроводности материала; — градиент температур, равный dt/dx; i — теплосодержание (энтальпия) влаги, перемещающейся в материале; q — плотность суммарного потока влаги, перемещающегося в материале. 

     При рассмотрении внутреннего теплообмена  сухого материала второй член уравнения  обращается в нуль и процесс теплообмена  описывается уравнением Фурье [5].

     При тепловлажностной обработке происходит так же массообмен, но в конкретном случае внутренний массообмен.

     Рассмотрим  изделие в виде параллелепипеда, открытого для взаимодействия с теплоносителем со всех сторон. Пусть материал имеет одинаковые по всему объему начальные влагосодержание и температуру. Температура теплоносителя — пара выше температуры материала, Тт>Тм, а парциальное давление водяных паров в теплоносителе выше парциального давления водяных паров на поверхности материала р'_т>р'_Пм. Покажем пунктиром начальное распределение влагосодержания и температуры на неограниченной пластине.

     За  счет взаимодействия с паром через  некоторый промежуток времени на поверхности материала образуется пленка конденсата толщиной t. Покажем эту пленку на пластине. Поверхность пластины ко времени t за счет контакта с конденсатом приобретет влагосодержание U и температуру Т . Образуется разность влагосодержаний и температур между центром пластины, где влагосодержание U и температура То, и поверхностью, где влагосодержание U и температура Т . Кривые влагосодержаний материала U_м и температуры Тм приобретут вид параболы. Покажем стрелками направлёнйе градиентов влагосодержания U и температуры T, а также частных потоков массы и .

     Как и при сушке, в процессе тепловлажностной обработки в материале возникает избыточное давление. По мере нагревания материала избыточное давление растет. Покажем характер кривой давления по толщине материала которое должно наблюдаться при р=f(Тм). Сопротивление слоев материала аналогично рассмотренному в процессе сушки и представлено штрихпунктирной линией . Тогда кривая распределения давления внутри материала будет abcde (площадь под линией abcde заштрихована). Стрелками отмечено направление градиентов давления p и частных потоков массы .

     Покажем сечения по толщине пластины Х и Х В сечении Х градиент давления p   меняет свой знак на обратный. При дальнейшем нагреве кривые b-c и с-d будут подниматься вверх к расстояние от центра Х будет уменьшаться. Избыточное давление внутри материала будет возрастать. По мере замещения в бетоне газовоздушной фазы влагой давление должно снижаться, но не в прямой пропорциональности, ибо гелевые поры водой практически не заполняются.

     Отсюда  можно записать суммарный поток  массы от центра до сечения Х : 

                                                           (2)