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

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 типа представляют 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.

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; l _I Z_I, t _I —соответственно длины зон подъема тем­пературы, t_II - изотермической выдержки и t_III 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 к каркасу 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 с двух 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.

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 У_и к объему автоклава V_a:

K = VJV_&. (10.1)

Цикл работы автоклава складывается из времени, необходимого на загрузку т_ь времени, необходимого на тепловую обработку %₂, равного времени, затрачивае­мому на периоды подъема температуры т_п, изотермичес­кой выдержки т_в и времени т₀ охлаждения материала (т₂=тп+тв+-с₀), 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 м³ плотных изделий.