Проект завода по производству ЖБИ мощностью 70 000 м3/год

     ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ. 
 

     1.Обоснование необходимости ТВО. 

     В настоящее время железобетон  является в основном главным строительным материалом, объемы производства которого непрерывно растут.  Неотъемлемым процессом  производства  сборного железобетона  является  тепловая  обработка.

     Несмотря  на определенные  усилия тепловлажностная обработка  была и остается наиболее значительным технологическим переделом времени, необходимого для изготовления изделий.

     Режимы  твердения  железобетонных  изделий  следует назначать, исходя из необходимости  создания   оптимальных условий твердения и возможно более полного использования прочностных свойств бетона  при возможно  меньшем удельном расходе цемента и   с обязательным  обеспечением   необходимой долговечности изделий.

     Основным  теплоносителем  при  ТВО  является  пар.  Пар как   более нагретое тело отдает теплоту парообразования менее нагретым телам – материалу и установке, нагревает их, а сам в виде конденсата удаляется из установки. За счет нагрева скорость реакции гидратации цемента резко возрастает и ускоряется процесс структурообразования бетона.

     Постепенно  материал в установке нагревается  до температуры паровоздушной смеси. С ростом температуры ускоряются реакции гидратации и структурообразования. Время, которое проходит с начала нагрева до достижения бетоном температуры паровоздушной смеси, называют периодом тепловлажностной обработки.

     Во  второй период подача пара в установку  продолжается. В материале по его  сечению постепенно выравнивается  поле температур. Это так называемый период изотермической выдержки.

     Далее наступает третий период – охлаждения. В это время пар в установку  не подается. Для более быстрого охлаждения установку вентилируют  воздухом.

     В этом случае с поверхностей материала, формы, установки быстро испаряется влага, бетон также начинает терять ее.

     Некоторые бетонные изделия имеют большую  начальную влажность, и ТВО не только не снижает их начального влагосодержания, но увеличивает его. Поэтому в  практике ищут способы, которые позволили  бы снизить влагосодержание продукции до нормативного.

     Наиболее  широкое распространение в щелевых  пропарочных камерах получил  электронагрев ТЭНами. Это способ принципиально отличается от нагрева  паром, так как при нагреве  из изделия с открытой поверхности  испаряется часть влаги до получения в установке насыщенной водяным паром среды.

     Для снижения конечного влагосодержания  в начальной камере создают в напольной камере создают условия твердения за счет нагрева газообразным теплоносителем, в котором регулируют начальную относительную влажность. Регулирование относительной влажности позволяет при частичном изменении влаги из бетона оставить в нем достаточное количество воды для гидратации цементного клинкера.

    Пропаривание  бетона значительно ускоряет физико-химические процессы твердения, что позволяет в короткий срок получить бетоны требуемой прочности. В это же время при пропаривании возникают деструктивные процессы, которые повышают пористость и понижают физико-механические свойства бетона. Структурные нарушения в бетоне могут возникать в периоды подъема и понижения температуры. Для их устранения необходимо применение предварительного выдерживания бетона, рациональных скоростей подъема и снижения температуры, использование горячих бетонных смесей, предварительно разогретых паром или электрическим током.

     Нарушение структуры твердеющего бетона в  процессе тепловой обработки в основном сводится к следующему: объемные изменения, вызванные тепловым расширением  составляющих бетон материалов главным  образом увеличением объема свободной воды и вовлеченного воздуха, в том числе и расширяющимся растворенным в воде и абсорбированным воздухом; избыточное давление паровоздушной среды, возникающее в парах бетона; миграция влаги вследствие изменения внутреннего давления в пузырьках вовлеченного воздуха различного давления при нагревании; объемное изменение материала в результате внутреннего переноса тепла и вещества в виде влаги, пара и воздуха. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.Обоснование  выбора тепловой  установки. 

    Установки для тепловлажностной обработки предназначены для ускоренного процесса твердения изделий. Наиболее распространенной является пропарочная камера ямного типа. В зависимости от условий эксплуатации камеру устанавливают на уровне пола или заглубляют в землю так , чтобы ее края для удобства эксплуатации возвышались над полом цеха  не более 0.6 – 0.7 м; в этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки. Ямная камера работает по циклу порядка 12 – 15 часов.

    Цикл  включает в себя время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и охлаждение, а также на выгрузку материала. Удельный расход пара 200 – 300 кг/м³  бетона.

     Кассетные установки применяются для формования и тепловлажностной обработки панелей, лестничных маршей, ребристых плит и ряда других изделий, применяемых в строительстве. Как формование, так и тепловлажностная обработка осуществляется в кассетах в вертикальном положении. Масса сформированного бетона находиться в кассете в замкнутом пространстве, что способствует более интенсивной ТВО. ТВО складывается из двух периодов: первый – прогрев, второй – изотермическая выдержка, после чего кассету разбирают, а изделия распалубливают. В кассетах изделия не охлаждают. Время ТВО составляет 6 – 8 часов. Охлаждение очень медленное, в течении 15 – 18 часов, набирается прочность. Расход пара или любого другого источника теплоты в пересчете на теплоту, выделяемую паром, составляет 150 – 250 кг на 1 м³ бетона.

     Для бескамерной ТВО наиболее широко применяют пакеты, установленные  в штабель на специальном устройстве – пакетировщике. ТВО проводят без предварительной выдержки.

     Прогрев изделий в таких формах неравномерен. Поэтому прочность на сжатие в  разных точках бывает различной.

     Выше  перечисленные камеры относятся  к периодическим. В установках непрерывного действия происходит постоянное или импульсное передвижение подвергаемого обработки материала.

     Установки непрерывного действия легче механизировать и автоматизировать весь процесс. Производительность труда обслуживающего персонала  на них значительно возрастет, поэтому в настоящее время они внедряются наиболее широко в производство. В качестве установок непрерывного действия для ТВО наиболее распространены щелевые пропарочные камеры.

       Горизонтальные пропарочные камеры  щелевого типа представляют собой  туннель длинной 100 – 120 м. ширина проектируется в расчете на движение через него одного – двух изделий на каждой форме – вагонетке и находится в пределах 5 – 7 метров. Высота 1 – 1,7 м. В камере помещается от 17 до 27 вагонеток с изделиями.

     Для данного дипломного проекта при производстве колонн легкого каркаса по стендовой технологии целесообразно применять обработку изделий в пропарочной камере ямного типа, работающей по периодическому циклу.

     Такого  вида камеры является наиболее распространенной и применяемой на заводах ЖБИ. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру либо заглубляют землю так, чтоб ее края для удобства эксплуатации возвышались над полом цеха не более 0,6 – 0,7 м, или устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки.

     Принцип работы такой камеры следующий. В  камеру с помощью направляющих , в качестве которых используют опорные  стойки, краном загружают изделия  в формах. Каждая форма от следующей  изолируется прокладками из металла  для того, чтобы пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры достигает 2.5 – 3 м. Ширину и длину обычно выбирают с учетом размещения в ней двух штабелей изделий в формах. Между штабелями изделий и между штабелем и стенками камеры устраивают зазоры, чтобы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузки камеры.

     Иногда  в камерах подвергают тепловлажностной обработке предварительно выдержанные  изделия, набравшее достаточную  прочность для их распалубки. Такие  изделия на поддонах загружают на дополнительно устанавливаемые стойки с кронштейнами – упорами. При укладке изделия на нижней кронштейн за счет тяг открывается следующий и т.д., позволяя загружать изделия на всю высоту камеры. После загрузки камера закрывается крышкой, представляющей собой металлический каркас, заполненный теплоизоляционным материалом. Низ и верх крышки изолируют металлическим листом. Крышку также, как и пол, делают с уклоном i = 0,005 – 0,01 для стока конденсата. Для герметизации крышки служит водяной затвор. Для этого на верхних обрезах стен камеры устанавливают швеллер, а крышку по ее периметру оборудуют уголком, который входит в швеллер. Швеллер заполняют водой, кроме того, конденсат с крышки также стекает в швеллер. Образующийся таким образом в ней слой воды предотвращает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой.

     Расход  теплоносителя в данной камере составляет 200 – 300 кг/ м³ бетона.

      

        
 
 

    3. Обоснование режима  ТВО.

    Для тепловлажностной обработки колонн, изготавливаемых по стендовому способу, пропариваемых в напольной ямной пропарочной камере принимаем режим тепловлажностной обработки изделий 10 часов:

    Подъем  температуры (нагрев) – 1,5 часа

    Изотермическая  выдержка при 80 ºС – 6 часов

    Остывание – 2,5 часа

    Режим назначается на основании СНиПа 3.09.01 – 85  «Производство сборных железобетонных конструкций.» 

    4. Тепловой баланс  напольной ямной  пропарочной камеры (теплоноситель  – влажный пар).

    Ямная пропарочная камера является установкой периодического действия, поэтому ее тепловой баланс составляется на весь объем бетона в камере для каждого полного периода активного подвода теплоты.

    Данные  для проектирования:

    L_изд = 7500 мм                        

    H_изд =  400 мм 

    B_изд = 400 мм 

    M_изд = 2,9 т

    1) Определение габаритов  камеры.

    Длина камеры (L_к):

      L_к = L_изд + 2 B₃ + 2 B_б;

    где L_изд - длина изделия, м;

    B₃ – величина зазора между формой и стенкой камеры (при использовании влажного пара B₃ = 0,25 м;

    B_б – толщина борта формы, равная 0,15 м.

    L_к = 7,5 + (2 * 0,25) + (2 * 0,15) = 8,3 м

    Ширина  камеры (B):

    B_к = B_изд  +   2 B₃ + 2 B_б,

    где B_изд  -  ширина  изделия, м;

    B₃ – величина зазора между формой и стенкой камеры (при использовании влажного пара B₃ = 0,25 м;

    B_б – толщина борта формы, равная 0,15 м.

    B_к = 0,4 + (2 * 0,25) + (2 * 0,15) = 1,2 м

    Высота  камеры (H_к):

    H_к = n H_ф +  (n – 1) H_з + H₁ + H₂,

    где  n – количество форм в камере по высоте, шт.; H_ф – высота формы, которая складывается из толщины изделия и поддона, м; H_з -  величина зазора между формами (величина H_з принимается при использовании пара равной 0,1 м);

      H₁,H₂ – зазоры между нижней формой и дном камеры и между верхним изделием и крышкой камеры, м. Величины  H₁ и H₂ принимаются соответственно равными 0,2 и 0,1 м.

    H_к = 5 * 0,65 + (5 – 1) * 0,1 + 0,2 + 0,1 = 3,95 м

    2) Годовая производительность камеры (Q_к):

    Q_к = V_к * T_ф * K_з/ τ_ц,