7. Теплотехническая часть производства

Назначение режима тепловой обработки проводится на основании нормативной литературы с учетом вида, класса бетона, активности цемента при пропаривании, наличия химических добавок.

Тепловая обработка бетона осуществляется в ямной камере. Основными элементами ямной камеры являются стенки, пол с гидравлическим затвором для стока конденсата, крышка и система паропроводов, оснащенных запорной регулирующей арматурой для подачи пара в камеру.

После окончания подготовительных операций и формования камеры закрывают крышками, представляющими собой плоские металлические рамные конструкции, обшитые металлическими листами, между которыми уложен теплоизоляционный материал.

Для предотвращения утечки паровоздушной смеси через неплотности между крышкой и стенками камер в верхней части стены устраивают корытообразный желоб заполненный водой. При опускании крышки ребро металлического уголка, укрепленного по ее периметру, попадая в корытообразный желоб, изолирует внутреннее пространство камеры от окружающей среды.

Пар в камеру поступает через перфорированный трубопровод. Температуру паровоздушной среды контролируют термометрами сопротивления, установленными в специальной нише одной из стен камеры на расстоянии 2/3 высоты камеры.

Для охлаждения паровоздушной среды камеры в заключительный период тепловой обработки и удаления пара из камеры перед извлечением из нее изделий применяют принудительную вентиляцию через приточный и вытяжной водяные затворы. В период работы вентиляционной системы воду из водяных затворов удаляют эжекторым устройством, паровоздушную смесь отводят через вытяжной затвор в вентиляционный канал.

Назначение режима тепловой обработки проводится на основании нормативной литературы с учетом вида, класса бетона, активности цемента при пропаривании, наличия химических добавок.

Пропаривание осуществляется по следующему режиму:

• предварительное выдерживание –4 часа,

• подъем температуры до 60⁰С – 4 часа (т.к. используется добавка ускоритель твердения )

• изотермическая выдержка – 8 часов

• остывание – 4 часа.

• Итого: 20 часов.

7.1. Проверка режима тепловой обработки, расчет прогрева бетона

Первым этапом теплотехнического расчета является проверка выбранного режима тепловой обработки, заключающаяся в расчете средних температур по сечению обрабатываемых изделий к концу основных периодов тепловой обработки: подъема температуры и изотермической выдержки. Особое значение имеет расчет температуры в период нагрева, так как на этой стадии температурные градиенты по сечению изделия существенно влияют на процессы структурообразования.

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматривается как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

, где (7.1)

 - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

, где (7.2)

- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для твердеющего бетона =2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС),

с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

(табл.1)

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,84	4,19	0,48
G кг.	339,5	672	1242	168	79,2

кДж/(кг ºС),

По формуле:

м²/ч

По формуле с учетом R=0,2 м. и τ=2,0 ч. имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

, где (7.4)

α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м² ºС);

для, α₁=75, α₂=65, α₃=60 имеем следующие значения Bi:

;

;

;

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

, где (7.5)

- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна:

(7.6)

_п1=0,23 _п2=0,26; _п3=0,28;

t_п1 = 30 - 023*(30 - 20) = 27,7 ^оС

t_п2 = 50 - 0,26 *(50 - 27,7) = 44,2 ^оС

t_п3 = 60-0,28*(60 - 44,2) = 55,6 ^оС

t_п4 = 60 - 0,28*(60 – 55,6) = 58,8 ^оС

t_п5 = 60 - 0,28*(60 – 58,8) = 59,7 ^оС

t_п6 = 60 - 0,28*(60 – 59,7) = 59,9 ^оС

Температура в центре изделия:

(7.7)

_ц1=0,86; _ц2=0,87; _ц3=0,88;

t_ц1 = 40 - 0,86*(40 - 20 ) = 21,4 ^оС

t_ц2 = 50 - 0,87*(50– 21,4) = 25,1 ^оС

t_ц3 = 60-0,88*(60 – 25,1) = 29,3 ^оС

t_ц4 = 60 - 0,88*(60 – 29,3) = 32,8 ^оС

t_ц5= 60 - 0,88*(60 – 32,8) = 36,2 ^оС

t_ц6 = 60 - 0,88*(60 – 36,2) = 39,1 ^оС

Значения безразмерных температур _п и _ц определим по графикам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi.

Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле:

, ºС (7.8)

t_ср1 = (27,7+2*21,4)/3 = 23,5 ^оС

t_ср2 = (44,2+2*25,1)/3 = 31,5 ^оС

t_ср3 = (55,6+2*29,3)/3 = 38,1 ^оС

t_ср4 = (58,8+2*32,9)/3 = 41,6 ^оС

t_ср5 = (58,7+2*36,2)/3 = 44 ^оС

t_ср6 = (59,9+2*39,1)/3 = 46 ^оС

По формулам рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а так же средние температуры бетона на 2 и 4 часу режима подъема температуры и на протяжении 8-ми часов изотермической выдержки и занесем их в таблицу:

(табл.3)

№			п	ц
1	6	0,18	0,23	0,86	27,7	21,4	23,5
2	5,2	0,18	0,26	0,87	44,2	25,1	31,5
3	4,8	0,18	0,28	0,88	55,6	29,3	38,1
4	4,8	0,18	0,28	0,88	58,8	32,9	41,6
5	4,8	0,18	0,28	0,88	59,7	36,2	44
6	4,8	0,18	0,28	0,88	59,9	39,1	46

Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени:

(граф.1)

Недогрев бетона составил 14 градусов. При таком тепловом расчете температур температуру изделий получают без учета теплоты гидратации. В реальных условиях температура бетона к концу изотермической выдержки может быть уменьшена по отношению к заданному режиму.