Выбор и обоснование режима ТВО

При назначении режима ТВО изделий для лёгких бетонов существенное влияние оказывают не только особенности применяемого цемента, класса бетона, удобоукладываемость бетонной смеси, но и структура бетона (плотная, поризованная), наличие в его составе вовлеченного воздуха и его объем, прочность и объемная концентрация крупного заполнителя, гидравлическая активность мелкого заполнителя, зол и золошлаковых отходов ТЭС.

Для конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов, применяемых при изготовлении ограждающих конструкций зданий, режим ТВО должен обеспечить минимально возможную отпускную влажность бетона изделий.

Для обеспечения минимальной отпускной влажности тепловую обработку следует проводить в условиях, способствующих испарению влаги из изделия.

Такой прогрев может осуществляется в тепловых установках периодического и непрерывного действия (в камерах ямного, туннельного и щелевого типов), оборудованных регистрами, ТЭНами, колориферами или теплогенераторами для сжигания природного газа. Максимальная температура среды в камерах сухого прогрева может быть повышена в зависимости от необходимой длительности тепловой обработки до 150°С. С целью обеспечения заданной влажности изделий камеры рекомендуется оборудовать системой вентиляции.

При тепловой обработке в термоформах не следует укрывать открытую поверхность изделий.

ТВО в паровоздушной среде с относительной влажностью 85-95% и температурой 80-85°С допускается проводить для изделий, изготавливаемых из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов с низким начальным водосодержанием или при производстве панелей для промышленного строительства.

При назначении режимов тепловой обработки изделий из лёгких бетонов следует учитывать следующие особенности кинетики роста их прочности:

· Замедление темпа нарастания прочности при тепловой обработке бетонов на гидравлически активных мелких заполнителях тем сильнее, чем ниже температура в тепловой установке;

· Увеличение содержания вовлеченного воздуха и снижение проектной прочности и плотности бетона приводит к замедлению темпа нарастания прочности при тепловой обработке, проявляющегося тем заметнее, чем ниже температура в тепловой установке;

· При снижении прочности и плотности крупного заполнителя темп нарастания прочности при прочих равных условиях повышается и проявляется тем заметнее, чем ниже температура в тепловой установке.

При назначении режима ТВО изделий из лёгких бетонов необходимо учитывать замедленный рост прочности бетона в самом изделии по сравнению с кинетикой роста прочности в той же тепловой установке контрольных образцов-кубов. Это обусловлено замедлением прогрева бетона в изделиях вследствие его теплопроводности, проявляющейся тем больше, чем меньше плотность бетона, больше толщина изделия, меньше относительная влажность паровоздушной среды, снижающая величину коэффициента теплоотдачи.

В целях экономичного использования тепловой энергии при назначении режимов ТВО следует учитывать последующее нарастание прочности бетона изделий вследствие его остывания в цехе в течение 12 ч.

Длительность предварительного выдерживания и скорость подъема температуры среды при тепловой обработке изделий из тяжелого бетона принимаются в соответствии с данными табл. 15 и 16 [1].

Из табл. 16 [1] в зависимости от способа ТВО (пропаривание в камерах) выбираем скорость подъема температуры среды.,

Из таблицы 17 [1] в зависимости от способа тепловой обработки выбираем температуру и продолжительность изотермического прогрева.

Для пропаривания в камерах острым паром температура t_ИЗ=80°С. При этом продолжительность изотермического прогрева t₂=7ч. Продолжительность изотермического прогрева должна определятся временем, необходимым для достижения в центре изделий температуры 80°С.

Скорость остывания поверхности изделий после изотермического прогрева не должна быть больше 40°С/ч. При выгрузке изделий из камеры температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды не должен превышать 40°С.

Длительность охлаждения изделий в камерах устанавливается в зависимости от толщины изделия и температуры окружающей среды в момент распалубки в соответствии с данными табл. 19 [1].

Температуру окружающей среды принимаем равной t₀=20°C. Так как толщина изделия d=400 мм, следовательно длительность охлаждения в камере t₃=2 ч.

Зная температуру окружающей среды и скорость подъема температуры среды при ТВО изделий, а также температуру изотермического прогрева, определим продолжительность подъема температуры среды (I-й период ТВО):

; (4.1)

ч.

Принимаем t₁=4 ч. Следовательно, общая продолжительность ТВО:

; (4.2)

ч.

Выбранный режим проверяем расчетом средних температур по сечению изделий к концу основных периодов ТВО:

1. подъема температуры;

2. изотермической выдержки.

Расчет производим, используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях. Определяем критерий Фурье:

, (4.3)

где τ – продолжительность периода ТВО, ч;

R –толщина слоя бетона (при двухстороннем нагреве), м:

; (4.4)

α – коэффициент температуропроводности, м²/с. Определяем по формуле:

, (4.5)

где λ – коэффициент теплопроводности твердого бетона, Вт/мּК; λ=0,92 Вт/м²·С

с_б – удельная теплоемкость бетона, Дж/кгּК;

ρ – средняя плотность бетона, кг/м³.

, (4.6).

где - величины удельных теплоемкостей составляющих бетона (песок, цемент, вода, щебень, арматура, кДж/кг∙К; М_i – масса отдельных составляющих бетона, кг; М_Б – масса бетоного изделия, кг/ч:

Для первого периода ТВО:

м²/с;

.

Определяем критерий Био:

, (4.7)

где α =100- коэффициент теплопроводности от паровоздушной среды к поверхности изделия, Вт/м²·К.

Для первого периода ТВО:

.

С помощью критериев и монограмм находим безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия:

; (4.8)

, (4.9)

где t_C– температура паровоздушной среды;

t_П – температура поверхности изделия;

t_H – температура бетона в начале расчетного периода;

t_ц - температура в центре изделия.

Из графика для определения температуры на поверхности изделия:

Температура паровоздушной среды в первый период ТВО t_С=80°С, а температура бетона в начале расчетного периода t_Н=6,1°С, следовательно:

;

°С.

Определим температуру в центре изделия в I-й период ТВО аналогичным образом, т.е. из графика для определения температуры в центре изделия известно, что:

;

;

°С.

Режим ТВО выбран правильно, если к концу I периода температура поверхности изделия равна температуре среды (допускается ±10°С). Проверка: °С – условие выполняется. Следовательно, режим ТВО выбран верно.

Произведем аналогичный расчет для второго периода ТВО. Критерии Фурье и Био:

;

.

Находим температуры на поверхности и в центре изделия:

; ;

; ;

°С °С

Вывод: режим ТВО выбран неправильно, так как к концу второго периода t_П-t_Ц=80-58=22 °С, что не в пределах допустимого, т.к. (t_П-t_Ц) 10 °С.

Принимаем t_II=10,5 ч.

;

.

Находим температуры на поверхности и в центре изделия:

; ;

; ;

°С °С

Вывод: режим ТВО выбран правильно, так как к концу второго периода разность температур находится в пределах допустимого, т.е. °С.

В результате получаем:

ч.

5. Определение габаритных размеров и требуемого количества тепловых агрегатов

Для расчета принимаем:

1. Наружная стеновая панель: l=7,0 м; b=2,9 м; h=0,4 м

2. м - длина формы;

3. м - ширина формы;

4. м - высота формы.

Определение габаритных размеров:

· Ширину камеры находим по формуле:

, (5.1)

где b_Ф=3,4 – ширина формы, м;

b₁=0,2 – необходимые зазоры, м;

n – количество форм по ширине.

м.

· Высоту камеры определяем по формуле:

, (5.2)

где h_Ф =0,6 – высота формы, м;

h₁=0,05м – высота прокладок между формами;

h₂=h₃ =0,15м – расстояние от пола до нижней поверхности формы и от верха изделия до крышки , м;

n – количество форм по высоте.

м.

· Длину камеры находим по формуле:

, (5.3)

где l_Ф=7,5м – длина формы, м;

= 0,3м – зазоры между формами по длине;

n – количество форм по длине.

м

Определяем число установок:

Где -годовая производительность цеха; =22000м³;

- продолжительность цикла работы

время загрузки и выгрузки изделия ( )

- суммарный объем бетона обрабатываемого в одной установке;

м³/ч

м – число рабочох дней в году (250 дн.);

z – продолжительность рабочей смены (8);

к – число смен (2);

Принимаем количество пропарочных ямных камер 4.