Расчет, конструирование и составление теплового баланса установок для тепловой обработки строительных материалов и изделий

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Эффективность применения бетона в современном строительстве в значительной мере определяется темпами производства железобетонных изделий. Решающим средством ускорения твердения бетона в условиях заводской технологии сборного железобетона является. тепловая обработка  сборного железобетона является. Процесс тепловой обработки занимает 70—80 % времени всего цикла изготовления изделий. Затраты на тепловую обработку обусловлены не только затратами на пар и другие виды энергии, с ней связано количество форм и расход цемента. Длительность тепловой обработки определяет время оборачиваемости отдельных форм, стоимость которых составляет весьма существенную долю стоимости всех производственных фондов предприятия.

Интенсификацию тепловой обработки необходимо осуществлять одновременно с проведением таких мероприятий, как введение химических добавок—ускорителей твердения, формование из горячих смесей, двухстадийная тепловая обработка, использование цементов повышенного качества. Тепловая обработка сборных железобетонных изделий производится до достижения ими требуемой отпускной (передаточной, распалубочной) прочности. При этом должна обеспечиваться необходимая прочность в возрасте 28 сут. после пропаривания, т. е. заданная проектная марка бетона. Под отпускной прочностью бетона понимается такая прочность, при которой изделие разрешается отгружать с завода потребителю.

Оправданное снижение отпускной прочности бетона - один из существенных резервов экономии цемента. Электролиты-ускорители твердения эффективны и при электротермообработке бетона, снижая необходимое напряжение и расход электроэнергии. Относительный прирост прочности бетона с добавками электролитов увеличивается при сокращении режима тепловой обработки. Это позволяет применять для бетонов с добавками короткие форсированные режимы тепловой обработки при сокращенной предварительной выдержке. Существенное снижение энергетических затрат при введении ускорителей твердения возможно при двухстадийной тепловой обработке, включающей после кратковременного твердения в естественных условиях прогрев при температуре около 60 °С. Электролиты-ускорители твердения эффективны в композиции с пластифицирующими добавками. При этом представляется возможным усилить пластифицирующий эффект комплексной добавки, снизить расход дефицитного пластификатора, более существенно уменьшить В/Ц, или расход цемента. Совместное введение органических поверхностно-активных веществ и электролитов позволяет в нужных пределах регулировать сроки схватывания.

 

 

 

 

 

1. Краткое описание технологического процесса

 

Изготовление колонн осуществляется по стендовой технологии и включает в себя следующие процессы:

Очистка и смазка стенда.

Армирование.

Укладка бетонной смеси.

Виброуплотнение бетонной смеси.

Отделка поверхности.

Тепловая обработка.

Распалубка и маркировка.

 

Тепловая обработка осуществляется в напольной пропарочной камере.

Основными элементами  камеры являются стенки, пол с гидравлическим затвором для стока конденсата, крышка и система паропроводов, оснащенных запорорегулирующей арматурой для подачи пара в камеру.

После формования изделия камеру закрывают крышками, представляющими собой металлические рамные конструкции, обшитые металлическими листами, между которыми уложен теплоизоляционный материал.

Пар в камеру поступает через замкнутый перфорированный трубопровод.

Назначение режима тепловой обработки производится на основании нормативной литературы (ТКП 45-5.03-13-2005) с учетом вида, класса бетона, активности цемента при пропаривании, наличии химических добавок.

 

Напольная пропарочная камера

 

2. Характеристика изделия и формы

 

Характеристика колонн

Колонны должны изготавливаться из тяжелого бетона.

 

Для производства одной колонны длиной 6м и сечением 0,3×0,3 м требуется 0,54 м3 бетона и 38 кг стали.

 

Масса изделия – 0,54 * 2506 = 1353кг

 

Эскиз изделия (Колонна К75)

 

 

 

Масса формы – Gф = 13200кг

Размеры формы 6,2х1,4х0,4 м

 

3. Состав бетонной смеси

 

Исходные данные:

 

Класс бетона      С20/25

 

Состав бетонной смеси

 

Цемент: М500

 

Цемент: Ц=386 кг.

Песок:П=698 кг.

Щебень: Щ=1128 кг.

Вода: В=192 л.

Gмет = 38 кг/м3

 

Плотность бетонной смеси:

кг/м3

 

Для производства одной колонны длиной 6м и сечением 0,3×0,3 м требуется 0,54 м3 бетона и 38 кг стали.

 

Плотность бетонной смеси с учетом армирования:

кг/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор и обоснование режима тепловой обработки

 

Для производства изделия назначим следующий тепловой режим

(по ТКП 45-5.03-13-2005):

 

Класс бетона	Режимы тепловой обработки, ч, при толщине бетона в изделиях, мм
	До 160	160–300	300–400
С8/10 – С16/20	3,5 + 5,5 + 2	3,5 + 6,5 + 2	3,5 + 6,5 + 3
С20/25	3 + 4 + 2	3 + 5 + 2	3 + 5,5 + 2,5
С25/30	3 + 3,5 + 2	3 + 4,5 + 2	3 + 5 + 2,5
С30/37	3 + 3 + 2	3 + 4 + 2	3 + 4 + 2,5
С35/45 и более	3 + 2 + 2	3 + 3 + 2	3 + 3,5 + 2,5
Примечание — Режимы тепловой обработки включают время подъема температуры среды в тепловом агрегате, время изотермического выдерживания и время остывания изделий без подачи пара.

 

1. Предварительная выдержка                            2 часа;
2. Подъем температуры                                       3 часа;
3. Изотермическая выдержка (при t=70ºС)        5 часов;
4. Время охлаждения                                         2 часа.

                                       Итого:                12 часов

 

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

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

где

t - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м2/ч;

,

где

l- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС),

для тяжелого бетона l=2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м3,

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

, кДж/(кг ºС),

где

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

Gц,п,щ,в,м – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

 

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	1,13	0,84	0,89	4,19	0,48
G кг.	386	698	1128	192	38

 

 

 кДж/(кг ºС),

По формуле (2):

 м2/ч

 

С учетом R=0,15 м. и τ=1,0 ч. имеем:

 

 

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

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

α1=60 (1час ПТ), α2=70 (2час ПТ), α3=80 (3час ПТ), α4=90 (ИВ),

 

ПТ:  ;     

ИВ:  

 

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость:

 

,

где

Q- безразмерная температура;

tс- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

tн- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна

Температура в центре изделия

Значения безразмерных температур Qп и Qц определим по таблицам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

 

Qц1=0,95; Qц2=0,94; Qц3=0,93; Qц4=0,92;

Qп1=0,40; Qп2=0,36; Qп3=0,32; Qп4=0,28;

 

Режим подъема температуры будет равен: t = (70 - 15) / 3 = 18 ºС/час

 

Найдем tс - средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

tс1 = (15 + 18 + 15) / 2 = 24 ºС

tс2 = 24 + 18 = 42 ºС

tс3 = 42 + 18 = 60 ºС

 

 

 

Средняя температура изделия за расчетный период:

, ºС

По формулам рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а так же средние температуры бетона во время подъема температуры и на протяжении 5-ти часов изотермической выдержки и занесем их в таблицу:

 

 

 

 

№ пп	a	Fo	Bio	Oпов	Oц	tс	tпов	tц	tср.б
1	60	0,133	3,6	0,4	0,95	24	21	15	17
2	70	0,133	4,2	0,36	0,94	42	34	17	23
3	80	0,133	4,8	0,32	0,93	60	52	20	31
1	90	0,133	5,4	0,28	0,92	70	65	24	38
2	90	0,133	5,4	0,28	0,92	70	69	28	41
3	90	0,133	5,4	0,28	0,92	70	70	31	44
4	90	0,133	5,4	0,28	0,92	70	70	34	46
5	90	0,133	5,4	0,28	0,92	70	70	37	48