Проектирование технологии предварительного разогрева бетонных смесей

В качестве вяжущего в  бетонной смеси применяется портландцемент. По минералогическому и вещественному составу наиболее предпочтительны для горячего формования высоко- и среднеалитовые, низко- и среднеалюминатные (содержание С₃А не более 8%) портландцементы марок 300-500 и шлакопортландцементы. На этих цементах получены лучшие прочностные показатели как в раннем, так и в месячном возрасте твердения.

 В данном курсовом  проекте рассматривается технология подогрева бетонной смеси.

Основное условие эффективности горячего формования – обеспечение высокой температуры бетонной смеси после ее укладки в форму, вплоть до начала тепловой обработки.

Бетонную смесь предусмотрено  разогревать в бетоносмесителях  различного типа, которые устанавливают  в бетоносмесительных узлах или  на заводах, откуда разогретую бетонную смесь транспортируют к постам формования изделий и конструкций.

При транспортировании, а также при перевалке и перегрузке бетонная смесь теряет тепло. Кроме того, разогретая бетонная смесь в связи с повышенной водопотребностью и испарением влаги, особенно в начальный период, теряет подвижность и удобоукладываемость.

Для исключения этих недостатков было предложено разогервать бетонную смесь на посту формования или в непосредственной близости от него. Для разогрева бтонной смеси на постах формования могут быть использованы как существующие бетоносмесители, переоборудованные под пароразогрев, так и специальные устройства. При такой схеме на бетоносмесительном узле приготовляют бетонную смесь с пониженным количеством воды затворения, транспортируют холодной к подогревающему устройству, разогревают и укладывают в форму.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчёт параметров пароразогрева.

 

4.1 Определяем расход воды при подборе состава легкобетонных смесей, подвергаемых пароразогреву, по следующей формуле

,                                                                                                (5)

где - расходводы для получения холодной бетонной смеси без учета воды, поглощенной крупным пористым заполнителем, находят по формуле

,                                                                                                   (6)

Где - расход воды для получения холодной бетонной смеси требуемой жесткости или подвижности;

 и  - расход цемента и крупного пористого заполнителя в подбираемом составе бетона кг/м ;

- водопоглощение крупного заполнителя в воде за 1 час, %; W= 10%

- увеличение водопотребности  бетонной смеси за счет повышения водопотребности цемента с увеличением температуры, определяется по формуле

,                                                                                                      (7)

где В_р – водопотребность пароразогретой до заданной температуры смеси, л/м³; определяется по формуле

                                                                       (8)

К_ц – коэффициент водопотребности в зависимости от группы цемента и температурного режима пароразогрева смеси, К_ц =1,3 [2, рис.4];

;

^.

- увеличение водопотребности  бетонной смеси за счет дополнительного  водопоглащения пористого заполнителя,  определяется по формуле

,                                                                                   (9)

где   - коэффициент увеличения водопоглащения пористого заполнителя, =1,7 при температуре смеси 60-70 С

 л/м .

 

4.2 Определяем приход тепла с паром q₁(давление 0,3 МПа).

4.2.1 Энтальпия пара:

 кДж/кг,                                                                                                  (10)

где: i_x – энтальпия пара со степенью сухости x, кДж/кг, принимаем х=0,85;

r – теплота парообразования, кДж/кг, r=2163, 9 кДж/кг [2, табл. 11];

i’ – энтальпия жидкости, кДж/кг, i’=561,7 кДж/кг [2, табл. 11].

 кДж/кг.

4.2.2 Уравнение прихода  тепла:

кДж/ч,                                                                                                       (11)

где D – расход пара, кг/ч.

.

4.3 Расход тепла q₁^’ (кДж/ч) на нагрев сыпучих составляющих по заданной температуре смеси определяют по формуле:

,                                                                                               (12)

где G_с – масса сыпучих составляющих, кг/ч;

t_см ^к- заданная температура смеси, ⁰С, t_см ^к =65⁰С;

t_с – начальная температура сыпучих составляющих, ⁰С, t_с =10⁰С.

 кДж/ч.

4.4 Расход тепла на  нагрев воды q₂^’ (кДж/ч), введённой в бетонную смесь (с учётом конденсата и влаги заполнителей), определяют по формуле:

                                  (13)

где:

t_в – начальная температура воды, вводимой в бетонную смесь, t_в =10⁰С;

W_п, W_к, G_п, G_к –соответственно влажность и расход на 1 м³ песка и керамзита. W_п =2,0%; W_к =1,0% [3, стр. 21]. G_п =499 кг; G_к =660 кг (из п. 2.3);

В =213,5 л/м³ (из п. 4.1);

η – коэффициент, учитывающий  неполную конденсацию пара из-за утечек и потерь на нагрев бетоносмесителя, для смесителей гравитационного действия η=1,15-1,2.

4.5 Составляем уравнение  теплового баланса по формуле:

                                                                                                              (14)

2401D=74200,5+47953,3-192,5D

D=47,1 кг/ч.

4.6 Определяем количество  конденсата:

                                                        В_к=D/η,                                                        (15)

где В_к – количество конденсата, л/ч.

В_к=47,1/1,2=39,2 л/ч.

4.7 Находим расход воды  затворения В_исх с учётом конденсата и воды, содержащейся в заполнителях, по формуле:

                                                           (16)

 

 л/ч.

4.8 Находим диаметр  паропровода d (м) по формуле:

, м                                                                                           (17)

где: D^m – расход пара, кг/ч, D^m =60 кг/ч;

V_x – удельный объём, кг/м³; V_x =x·V”, где V” определяем по таблице [2, приложение 1], х=0,85 (степень сухости), - 0,6055.

V_x =0,85·0,6055=0,515;

ω – скорость движения пара, м/с, принимаем ω=25 м/с.

 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Технологические характеристики аппарата.

 

Для подогрева бетонных смесей применение существующих смесителей не всегда возможно, так как они  требуют значительного места  для установки и их сложно включить в функционирующие технологические  линии. Поэтому были разработаны  и испытаны малогабаритные подогревающие устройства.

К ним относится вибролоток, который представляет собой двухполостный  лоток (верхняя и нижняя полости), имеющий в торцах загрузочную  воронку и разгрузочное отверстие. Для уменьшения парения загрузочное отверстие перекрыто эластичной резиновой шторкой. В верхней полости лотка перемешивается бетонная смесь, нижняя полость предназначена для подачи в нее пара.

Толщина слоя бетонной смеси  регулируется шибером и поддерживается в пределах 20-25 см. рабочее давление пара в нижней полости рассчитано на 1,7- 1,8 ати. Для отвода конденсата предусмотрен штуцер.

В таком лотке пар  из нижней полости в верхнюю, по которой  перемещается бетонная смесь, подается при помощи щелевидных сопел. Конструкция  таких сопел выполняется весьма просто. В днище верхней полости вырезают щели, примерно 50х4 мм, которые сверху прикрывают металлической пластиной так, чтобы между днищем и пластиной образовался зазор 1-1,5 мм. В таком положении пластину приваривают к днищу.

При такой конструкции  сопла пар в верхней полости двигается по направлению движения смеси и препятствует попаданию цементного молока в саму щель и паровую полость. Вибратор расположен снизу, а сверху по все длине устроены съемные крышки для удобства чистки лотка. Анализ работы таких вибролотков показал, что наряду с положительными факторами (равномерный прогрев, регулирование скорости перемешивания смеси и т.д.) они имеют существенный недостаток – вызывают дополнительный шум при работе вибраторов.

Для снижения шума целесообразно  применять вибраторы направленного действия, выполнять сам лоток жестким и уменьшить соударение металлических частей за счет применения эластичных прокладок [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Технологическая схема производственного процесса.

Производство  изделий из пароразогретых бетонных смесей может быть организовано на технологических линиях, работающих по стендовому, поточно-агрегатному и конвейерному способах.

Приготовление и разогрев   бетонных   смесей   можно организовать по трем схемам:

- одностадийное приготовление и разогрев смеси с транспортированием ее к постам формования;

- одностадийное  приготовление и разогрев бетонной смеси на постах формования изделий;

- двухстадийное  приготовление.

В первом случае бетонную смесь приготовляют и разогревают на бетоносмесительных узлах, а затем в разогретом состоянии транспортируют на место (пост) укладки в формы. Транспортирование смеси в зависимости от принятой технологической компоновки можно осуществлять различными принятыми способами: на транспортерной ленте, тележками, автотранспортом и т.п. Такая технологическая схема наряду с простотой организации (необходимо только переоборудовать смесители под пароразогрев) имеет существенный недостаток — при транспортировании и перевалках горячей бетонной смеси она теряет подвижность (удобоукладываемость) и температуру. Такое явление в значительной степени усложняет возможность ее применения.

При одностадийном приготовлении и разогреве бетонной смеси на постах формования изделий бетоносмеситель, переоборудованный под пароразогрев, устанавливают   непосредственно   на   постах формования изделий и к нему подводят систему подачи компонентов бетонной смеси. Это позволяет исключить или свести к минимуму транспортирование горячей бетонной смеси, что положительно влияет на обеспечение заданной подвижности и температуры смеси. Основным недостатком этой схемы является сложность организации подачи составляющих бетонной смеси к смесителю, особенно на действующих заводах. При проектировании новых цехов такая схема может быть реализована.

  Третья   схема   получила   название   двухстадийной. При  такой  схеме  на БСУ  готовят  холодную бетонную смесь с недостаточным количеством воды (жесткая смесь) в обычных бетоносмесителях. Затем ее транспортируют к постам формования изделий и подают в подогревающие устройства, где её доувлажняют и разогревают до заданной подвижности и температуры. Выбор подогревающего устройства обусловлен компоновкой технологического оборудования. Преимущество этой схемы в том, что исключается транспортирование горячей бетонной смеси и ее можно вписать практически в любую действующую технологическую линию.

Приготовленную  и разогретую бетонную смесь (в любой из трех рассматриваемых схем) подают в бетоноукладчик или непосредственно в формы, уплотняют подвергают или тепловой обработке по сокращенным режимам, или при необходимости термосному выдерживанию [3].

В данном курсовом проекте применяем схему двухстадийного способа приготовления и разогрева бетонной смеси, так как она исключает транспортирование горячей бетонной смеси и ее можно вписать практически в любую действующую технологическую линию.

 

Рисунок 1 - Стадии технологического процесса.

7 Материальный баланс технологического процесса.

 

7.1 Исходные данные для расчёта материального баланса (на 1 м³):

Цемент              340 кг

Песок                499 кг

     Керамзит           660 кг

Вода                  190 л

Всего               1689 кг

7.2 Принимаются расчётные  потери материалов по этапам  их переработки:

а) складирование:

Цемент – 0,5%;

Песок – 2%;

Керамзит – 2%;

б) дозировка:

Цемент – 0,5%;

Песок – 2%;

Керамзит – 2%;

в) приготовление:

Бетонная смесь – 0,5%;

г) формование:

Бетонная смесь – 0,5%;

д) твердение:

Бетон – 0,5%;

е) складирование готовой  продукции:

Бетон – 0%.

7.3 Данные коэффициенты, расход материалов бетонной смеси  и бетона заносятся в таблицы с учётом этапов их переработки.

 

Таблица 2 - Состав и структура потери материалов.

 

Материалы	Этапы переработки  и коэффициент потерь
	0	1	КП1	2	КП2	3	КП3	4	КП4	5	КП5
Цемент	-	ΔЦо	0,005	ΔЦо	0,005
Песок	-	ΔПо	0,02	ΔПо	0,02
Керамзит	-	ΔКо	0,02	ΔКо	0,02
Вода	-	ΔВо	0	ΔВо	0
Бетонная смесь	-	-	-	-	-	ΔБсо	0,005	ΔБсо	0,005
Бетон	-	-	-	-	-					ΔБо	0,005