Тепло-влажностная обработка бетона

Размещено на http://www.Allbest.ru/

70

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Лекция

Тема:

Тепло-влажностная обработка бетона (ТВО)

Жидкая фаза представлена химически связанной водой, физико-химической связанной водой, физико-механической связанной водой. Влага заполняет систему капилляров и участвует в процессе гидратации. Поэтому количество влаги всё время изменяется, причём влаги всех 3-х типов. Количество воды зависит от вида цемента и для тяжелого бетона составляет 170-200 . Вода затворения в процессе формирования, начинает связываться с цементом, впервые 1-2 часа, количество химической воды не велико, т.к. в реакции гидратации, вступает не более 1% цемента, остальная влага приходится на физико-химическую и физико-механическую. Постепенно в реакцию вступает всё большее количество цемента и идёт перераспределение влаги по видам связи. Количество химически-связанной и физико-химической связанной воды увеличивается, количество физико-механической уменьшается.

Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлеченного при формовании следующего: воздуха, который выделяется при деаэрации воды затворения, за счёт вибрации при формовании; и газа, который выделяется в результате хим. реакций, из составляющих бетона. Количество газообразной фазы составляет 30-40 .

Нарастание структурной прочности и в естественных при ТВО делят на два периода:

в первые 2-4 часа с момента формования, прочность нарастает медленно.

второй период. Характерен резким увеличением роста прочности, которую можно увеличить ТВО. Поэтому существует мнение, что ТВО нужно проводить только во второй период. Поэтому ведут после предварительной выдержки, свежесформованного бетона. Для этого бетон в (открытой/закрытой) форме, иногда без формы, (после предварительного твердения), помещают в установку, куда подаётся пар. Пар отдает теплоту, нагретому телу, а именно материалу и установке, сам охлаждается, и в виде конденсата удаляется из установки, за счёт нагрева, скорость реакции гидратации цемента резко возрастает и ускоряется структура образования бетона. Постепенно материал, нагревается до температуры пара или паро-воздушной смеси (далее ПВС), и время которое, проходит от начала нагрева, до достижения бетоном температуры ПВС, называют первым периодом ТВО.

График. Кривые изменения температуры при ТВО среды и материала

t,t - температура после загрузки материала

t,t - температура при ТВО

t,t - температура при выгрузке

1 период подогрева

2 период выдержки (необходим для полной р. гидратации)

3 период охлаждение

Во второй период продолжается поступление пара в установку, в материале выравниваются температуры по сечению (температурное поле выравнивается), т.к. температура в установке не меняется. Это период изотермической выдержки при t = const. Длительность этого периода зависит от кинетики х.р. и скорости выравнивания температурного поля.

Третий период. Охлаждение. Пар в установку не подается, и если не открывать установку, то за счёт потерь в окр. среду теплоты и её утечки, через неплотности, материал будет медленно охлаждаться; для более быстрого охлаждения, установка вентилируется воздухом. В этом случае с поверхности материла, с формы, с установки быстро испаряется вода и бетон также начинает её терять. В процессе ТВО протекают физические, химические, и физико-химические процессы, которые формируют прочность бетона.

Механизм формирования структурной прочности бетона

В начальный период цемент реагирует с водой, за счёт реакции гидратации, образуется пересыщенный раствор новообразований, которые выделяются в виде геля из пересыщенного раствора и формируют первичную структуру цементного камня. Первичная структура имеет вид рыхлого каркаса, который постепенно упрочняется; цементный гель увеличивается в размерах, одновременно внутрь и наружу цементных зерен. Гель занимает объём в два раза больший объём, чем само зерно цемента, поэтому гель вынужден занимать пространство, где ранее находились вода и воздух, при этом уменьшается пористость и радиус пор. Свободная влага и воздух перемещаются по бетону, а сам бетон обменивается влагой и воздухом с окр. средой.

В процессе нагрева бетона, пар отдает теплоту и конденсируется на поверхности бетона, изменяя температуру бетона и окр. среды, а также влагосодержание бетона и среды. Эти процессы являются внешними по отношению к материалу и их называют внешней тепло- и массо-обмен. Передвижение воды и воздуха по бетону, а также изменение температурного поля бетона, называют внутренним тепло- и массо- обменом. Всё это воздействует на формирование структуры материала. Движение воды и воздуха по материалу могут разрушать структуру, затем изменение температурного поля вызывают температурные напряжения, что также разрушают структуру, эти процессы тепло- и массо- обмена нужно контролировать. Наибольшая скорость формирования структуры бетона наблюдается во второй период ТВО.

Температура и влагосодержание постепенно выравниваются по объёму и это улучшает условия структуры образования (т.е. нет температурных полей) тепло- массо- передача не влияют на процесс. Кроме того идёт дальнейшая гидратация цемента. Влага из геля, который образуется на поверхности зерна отсасывается к внутренним слоям(внутрь зерна), влагосодержание геля уменьшается. Начинается кристаллизация, новообразование, а следственно упрочнение всей системы. На третьем периоде- охлаждение, из материала интенсивно удаляется влага, процессы кристаллизации усиливаются, материал цементируется. Однако в это время, опять возникают процессы тепло- и массо- передачи, они влияют на структуру и могут её частично разрушать.

Установки для ТВО изделий из бетона и железобетона

Установки для ТВО предназначены для ускоренного твердения изделий, обычно ТВО ведут до достижения 70% полной проектной прочности бетона.

Классификация:

По режиму работы делятся на:

Периодического и непрерывного действия.

Установки периодического действия делятся:

- установки работающие при атмосферном давлении;

- установки работающие при избыточном давлении;

Установки непрерывного действия работают только под атмосферным давлением.

Установки периодического действия:

Ямные камеры, напольные камеры, кассеты, пакеты, термоформы и автоклавы;

Установки непрерывного действия:

Горизонтальные и вертикальные камеры, в которых организовано непрерывное передвижение материала.

пар бетонный железобетонный структурный прочность

Установки периодического действия:

Камера ямного типа

Это самая простая и распространенная пропарочная камера. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод, камеру заглубляют в Землю так, что её края возвышаются над полом не более 0,6-0,7 м, или устанавливают на уровне пола, в этом случае устраивают специальные площадки для обслуживания.

Структура: камера имеет прямоугольную форму, выполнена из железобетона. Стены камеры имеют теплоизоляцию (17), для снижения потерь теплоты в окружающую среду, пол камеры (1), делают с уклоном для стока конденсата, в полу есть трап (2) для вывода конденсата. При ямке трапа, куда стекает конденсат, делают конденсат отводящее устройство (3). Чаще ставят вода отделительную петлю. Целью конденсат отводящее устройства: выпускать конденсат в систему конденсат отвода (4) и не пропускать пар. В стены камеры (5) имеет отверстие (6), для ввода пара, который подается вниз камеры, по трубопроводу (7) от сети. Трубопровод заканчивается трубами (8), которые уложены по периметру камеры, и имеют отверстия перфорации, через которые пар поступает в камеры, кроме отверстия для ввода пара, в стене камеры делают отверстие (9), для вентиляции в период охлаждения, оно соединяется каналом (10) с вентилятором, который отбирает ПВС из камеры. Для изоляции камеры во время подогрева и изотермической выдержки от системы вентиляции устраивают герметизирующий конус (11), который при помощи червячного винта (12) может подниматься и опускаться. При поднятом конусе происходит вентиляция, при опущенном, камера изолируется.

Принцип действия: камеру краном загружают изделия в формах. Каждая форма от следующей изолируется прокладкой из металла, для того что бы пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры достигает 2,5-3м. в ширину и длину делают такой, чтобы помещалось 2 штабеля изделий в формах. Между штабелями и штабелями и стенками, оставляют зазор, что бы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и отгрузке камеры. Иногда в таких камерах подвергают ТВО изделия, уже набравшие прочность, для их распалубки. Такие изделия на поддонах загружают на стойки кронштейнами-упорами. При укладке изделия на нижний кронштейн, открывается следующий кронштейн и т.д., и это позволяет загружать изделия на всю высоту камеры.

Кассетные установки

Схема кассетной установки

Применяется для ТВО панелей, лестничных маршей, ребристых плит применяемых в строительстве и формовании. ТВО проводится в кассетах в вертикальном положении. Масса сформованного бетона, находящийся в кассете в замкнутом пространстве, способствует наиболее интенсивной, ТВО. Форма-кассета состоит из ряда отсеков, образованных стальными, вертикальными стенками, причем отсеки для формования бетона чередуются с отсеками для пара (так называемая паровая рубашка), крайние отсеки теплоизолируют, бетон подают в отсеки (4) и после уплотнения, подвергают ТВО. Пар подают в отсеки (2), и прогревают с 2-х сторон сразу 2 изделия, разделенные стальной перегородкой. ТВО идёт в 2 периода: 1-прогрев, 2-изотермическая выдержка, после чего кассету разбирают, изделия распалубливают. В кассетах изделия не охлаждают. Время ТВО в кассетах 6-8 ч. Поэтому выгружают изделия с прочностью 50-60% от проектной (окончательной). Отправлять такие изделия на стройку рано (слабые), держать в кассетах нельзя из-за снижения производительности. Поэтому охлаждаемые ставят в специальную яму камеру, вертикально, и в плотную друг-другу. Изделия охлаждаются очень медленно, и продолжают набирать прочность в течение 15-18 часов. К концу, такого добора прочности, они достигают прочность 0,7-0,75 от марочной, и согласно принятым нормам, могут быть отправлены на строительные площадки. Прогрев изделий через стенку в кассетах, паром из-за большого расслоения температур, по высоте на 30-40С, прогрев сделать трудно, поэтому применяют инжекторное (впрыск под давлением) пароснабжение кассет.

Пакетные установки

Используются для безкамерных ТВО. Наиболее широко применяются пакеты установленные в штабель на специальные устройства пакетировщика.

Он состоит из подъемного стола траверса (1), гидродомкрата (2), направляющие колонны (3), упоры отсекателя (4).

Обозначения: паровые отсеки форм (5), нагреваемые изделия (6), изделие в форме, подготовленное к загрузке.

Принцип действия: на стол траверса ставят термоформу с формованным изделием (7) для ТВО, включая гидродомкраты он поднимает стол траверса немного выше упоров отсекателей. При подъеме упоры отсекатели устанавливаются, а после того, как форма поднялась вверх, возвращается в нормальное положение. Далее стол опускается и форма остается на упорах и подключается к системе пароснабжения. Следующая форма поднимается аналогичным способом, только форма стоявшая на упорах, оказывается на только что поднятой; (подъём снизу). Пакетировщик рассчитан на одновременную обработку 6 форм. Пар, в область каждой формы подают к штуцеру формы, через шланг, от пара распределительной системы.

Отбор конденсата проводят также, через шланги, которые соединены со штуцерами, поддонов формы. ТВО проводят без предварительной выдержки. Каждое изделие, кроме верхнего обогревается с 2-х сторон, подъём температуры до 90-95С проводят до 2 часа, однако прогрев в таких формах не равномерен, и в местах удаленных от подачи пара температура бетона на 30-40С меньше в течении первых 2-3 часов. В результате прочность на сжатие таких изделий, в разных точках, бывает разная.

Автоклавные установки

Автоклав - герметически закрывающийся сосуд цилиндрической формы. Для проведения ТВО под давлением 0,8-1,3 МПа. Внутренний диаметр составляет d = 3,6м. Длина L = 21м. Это автоклавы проходного типа. В такой автоклав поезд из вагонеток заталкивается с одного конца, а через другой после работы выгружается готовая продукция.

Конструкция: автоклав состоит из корпуса (1) с теплоизоляцией (13). В автоклаве есть оборудование, это 2 быстро закрывающиеся крышки (2), механизм, открывающий и закрывающий крышки (3), 2 предохранительных клапана (4). Патрубок ввода пара (12), патрубок для вывода конденсата (7), патрубок для включения вакуум системы (10) и патрубок для перезапуска пара (5). Корпус устанавливается на опоры (11) (неподвижная опора), а остальные подвижные (8). Это позволяет корпусу при тепловом расширении передвигаться по ним

В корпусе (внутри) для загрузки вагонеток на специальных опорах, смонтирован рельсовый путь (9), с колеёй 1524 мм. Внизу между рельсами во всю длину корпуса вмонтирована перфорированная труба (6), она соединяется с патрубком ввода пара и предназначена для раздачи пара во автоклаве. производительность автоклавы зависит от длительности цикла работы и от количества загружаемой продукции. К садке изделий на вагонетку, предъявляют большие требования. Чем больший объем изделий размещен на вагонетке, тем экономичнее работа автоклава. Количество изделий загруженных в автоклав определяется коэффициентом заполнения, который равен отношению объема изделий находящихся в автоклаве, к объему всего автоклава. . Цикл работы состоит из времени на загрузку, времени на теплообработку (складывается из 3 периодов (подогрев, выдержка, охлаждение), времени на выгрузку. При этом время на чистку автоклава.

Установка периодического действия

Цикл выражается в часах, и для различных материалов он изменяется от 12 до 18 часов, в зависимости от вида материала. Работу автоклавов контролирует инспекция котлонадзора, потому что это установка повышенной опасности. Расход пара во автоклаве повышен и составляет 300-400 плотных изделий, если сравнивать с кассетными 150-200 плотных изделий. Для ямных камер 120-150 плотных изделий. В целях экономии пара, на заводах перепускают пар из одного автоклава в другой. И пар который не израсходовался в первой, переходит перед пуском в другой.

Установки непрерывного действия

Установки непрерывного действия, легче механизировать, автоматизировать, с установками периодического действия. производительность труда значительно выше, поэтому в настоящее время нашли широкое применение в производстве и различают следующие виды, щелевые, горизонтальные установки, щелевые полигональные и вертикальные пропарочные камеры.

Горизонтальная пропарочная камера щелевого типа

Представляет собой туннель. Длина 100-120 м. Ширина туннеля определяется из расчета на движение по нему 1-2 изделий на каждой вагонетке. Обычно колеблется в пределах 5-7 метров. Форма вагонетка, это форма движется на колесиках. Высота туннеля от 1м до 1,17м. В камеру помещается от 17 до 27 вагонеток с изделиями. Щелевые пропарочные камеры по длине разделяются на зоны (нагрев, выдержка, охлаждение). В камере имеется 3 зоны, зона нагревания, зона изотермической выдержки, зона охлаждения. В 1 и 2-ую зону подводится тепловая энергия. Зона охлаждения теплом не снабжается, а наоборот вентилируется холодным воздухом. Такое устройство, позволяет экономить энергию, по сравнению с установками периодического действия.

Принцип работы:

Вагонетка с изделием в форме (1), поступает в снижатель (2), оборудованный толкателем. Снижатель опускает вагонетку на уровень рельсов, щелевой камеры (4), и толкатель выталкивает вагонетку, со снижателя в камеру. Вагонетка проходит под механической шторой (3), которая предохраняет торец камеры от выбивания ПВС и проникания в неё холодного воздуха. Вагонетка выдвигает весь поезд и последняя вагонетка, также через герметизирующую штору (5), выдвигается на подъёмник (6), который выдвигает вагонетку, на уровень пола, далее транспортируется на пост распалубки. Изменяя ритм загрузки можно повышать или снижать производительность камеры.

Принцип действия:

Материал в камере может нагреваться либо паром, либо тенами. При нагреве паром, используют двух сторонние стояки. Причем первая пара находится на расстоянии 20-25 м от входа, далее располагается с шагом 2-6 м и последнее располагается 35-40 м расстояния от выгрузочного торца камеры. Для повышения эффективности теплоты, используют рециркуляцию ПВС. Рециркулят помогает уменьшить потери пара. Для этого же устраивают воздушные завесы или перегородки. Максимальный нагрев изделия составляет 80-85С. При использовании тенов, нагрев изделий убыстряется и такие камеры делают короче L = 80-90 м. Температура среды T = 120-130С. Расход теплоты в таких камерах при расчете на пар 150-200 плотных изделий.

Полигональная пропарочная камера щелевого типа

Представляет собой такой же туннель с соотношением размеров как у горизонтальных пропарочных камерах щелевого типа, но имеют полигональные очертания.

Принцип действия:

Через снижатель (1), вагонетка с изделием (2) спускается к входу в камеру, где захватывается тянущимся механизмом. Тянущий механизм, протягивает поезд вагонеток на одну позицию, через камеру (3), выходящая из камеры вагонетка, поступает на подъемник (5) и поднимается на уровень пола, далее идет к месту распалубки. Пар вводится во вторую зону изотермической выдержки. В начале камеры образуется ПВС, далее поступает пар, т.к. он легче ПВС, и занимает самую верхнюю часть зоны два изотермической выдержки. Выдавливает ПВС в зону подогрева, расположенную ниже. Зона охлаждения отделяется от зоны изотермической выдержки воздушной завесой (4), поэтому в неё ПВС почти не перетекает. Таким образом в зоне два, воздуха не остается, а относительная влажность достигается 95-97%, температура в зоне два повышается почти до 100С, почти чистый пар. Таким образом, данная установка, позволяет уменьшить не только длину камеры, но и снизить долю воздуха в ПВС и повысить коэффициент теплопередачи от ПВС к материалу. Такие условия теплообмена, позволяют снизить расход пара на 8-10%, по сравнению с горизонтальной щелевой пропарочной камерой.

Пропарочная камера с разным уровнем зон

Показана щелевая камера, где материал на вагонетке входит в зону подогрева I, подогревается и попадает на снижатель (2). Снижатель опускает изделия, на уровень рельсов зоны II, которая отделена от зоны подогрева, глухим перекрытием, после зоны II, материал попадает в зону III, где охлаждается за счет просасывания холодного воздуха. Материал через подъемник (3) транспортируется на пост распалубки. Принцип подачи и отбора воздуха аналогичен с горизонтальной щелевой камерой. Такая камера занимает меньше места и легче компонуется с остальным оборудованием.

Более совершенная камера, часть камеры расположенная над полом удлинена, а длина камеры расположенная под полом по отношению к предыдущей камере, уменьшена.

Таким образом, зона подогрева I, находится над зоной охлаждения III. Между ними сплошного перекрытия не делают. Зона II находится на 1 и 2 ярусах и разделена сплошным перекрытием. Изделия поступающие в зону подогрева, находятся над поступившими в зону охлаждения. теплота нагретых изделий в зоне III интенсивно передается холодным в зоне I, нагревает их. Такие щелевые горизонтальные камеры можно располагать и в два и в три яруса. Варианты различны.

Вертикальная пропарочная камера

Принцип работы:

Изделия в форме (1) по приводному рольгангу (2) проходит до положения три, которая показана пунктиром, в камеру (4). Камера состоит из бетонной коробки (5), покрытой теплоизоляционным слоем (6), сверху бетонную коробку (5), покрываю герметичной стальной крышкой (7).

В положение три изделие останавливается концевым выключателем. Он же включает загрузочные гидродомкраты (14). Они поднимают изделие из положения три, при этом форма утапливает защелки (13) и штабель оказывается выше защелок. Защелки вновь принимают положение, указанное на рисунке и гидродомкратом начинают спускаться вниз, проходя между защелками. А штабель изделия остается на защелках. Домкраты уходят в крайнее нижнее положение и выключаются. Другим концевым выключателем включается передаточная тележка (8) в верхней части камеры. Эта тележка при помощи захватов (9), передаточная тележка, забирает верхнее изделие из штабеля, передвигается по ходу камеры, и ставит изделия на верх другого разгрузочного штабеля. Тележка возвращается в исходное положение и выключается. Одновременно включаются разгрузочные домкраты (11), они идут в верхнее положение, приподнимают штабель над защелками (12). защелки отводятся в сторону, гидродомкратом (11) начинают опускаться пока нижняя форма, полностью не пройдет вниз и станет ниже защелок. Домкраты выключаются. Защелки (12) встают на место. После чего домкраты с одним изделием начинает опускаться дальше, а остальной штабель остается на защелках.

Домкратом оставляет форму с изделием на выгрузочном роликовым конвейере, и этот конвейер выкатывает изделие из камеры. Такие камеры используются на редких предприятиях. Пар через трубопровод (15), подается в перфорированную трубу (16), она расположена по всему периметру камеры. Каждая новая порция пара занимает верхнюю часть камеры и вытесняет ПВС к низу, в верхней части камеры чистый пар с T = 100С, в нижней части ПВС с меньшей t. Таким образом, изделия, проходя путь по стрелкам, слегка нагреваются и затем, опускаясь вниз, постепенно охлаждаются. Расход пара 100-150 плотных изделий.

Размещено на Allbest.ru