123892 (Проектирование технологии предварительного разогрева бетонных смесей)

Введение

Традиционные способы тепловой обработки занимают большую часть времени в общем цикле изготовления бетонных и железобетонных изделий, а коэффициент использования энергии не превышает 40%.

Попытки сократить продолжительность тепловой обработки и интенсифицировать производство сборного железобетона за счёт ускорения процесса разогрева приводят к нарушениям структуры бетона и существенному ухудшению его свойств.

При разогреве свежеуложенного бетона происходит расширение его компонентов. Это расширение не одинаково, у воды оно на порядок выше, чем у заполнителей, а у воздуха на два порядка. При температуре более 60⁰С вода интенсивно переходит в пар, из неё выделяется растворённый воздух, в итоге, из одного грамма воды образуется около 2 л паровоздушной смеси. В стеснённых условиях (в форме) это приводит к появлению внутреннего избыточного давления, разрыхляющего бетон, вызывающего образование капилляров, направленных к открытым поверхностям.

Эти дефекты необратимы, они усиливаются с ускорением разогрева свежеуложенного бетона. Прочность, непроницаемость, морозостойкость бетона падают в 2 раза и более.

Положительное решение этих вопросов может быть получено при предварительном разогреве бетонной смеси, впервые использованном в нашей стране в монолитном строительстве, а затем и в заводском производстве сборного железобетона.

Сущность метода, называемого также горячим формованием заключается в том, что бетонная смесь подвергается быстрому разогреву до 60…90⁰С в течение 1…10 минут с последующим уплотнением в форме. Это сокращает продолжительность тепловой обработки, т. к. отпадает необходимость в предварительной выдержке и существенно сокращается период разогрева бетона либо он полностью отпадает. Исследования показали, что электротепловой импульс, внесённый в смесь до начала структурообразования, ускоряет гидратацию и экзотермию, а виброуплотнение горячей смеси способствует образованию более плотной структуры бетона. Для электроразогрева применяют одно- и трёхфазный переменный ток с частотой 50 Гц, т. к. постоянный ток вызывает электролиз воды в бетоне.

Предварительный разогрев заметно уменьшает опасность деструктивных процессов в бетоне, что положительно сказывается на его свойствах и качестве изделий.

Непрерывный способ разогрева наиболее эффективен в оборудовании непрерывного действия на технологических линиях с непрерывным или продолжительным процессом формования и интенсивным потоком смеси, т.е. на конвейерных линиях, линиях с вибропрокатным, двухъярусным и трёхъярусным станами, с кассетными установками. В ряде случаев этот способ применим при коротком цикле формования на конвейерных и агрегатно-поточных линиях.

По сравнению с цикличным непрерывный разогрев позволяет: обеспечить непрерывным потоком горячей смеси, уменьшить мощность или количество однотипного технологического оборудования благодаря одновременному выполнению всех технологических операций в одном агрегате, упростить регулирование скорости подъёма температуры смеси в процессе разогрева и осуществлять его в более широких пределах, уменьшить установленную для разогрева смеси электрическую мощность.

1. Теоретические основы

Предварительный разогрев бетонных смесей по способу осуществления процесса и характеру действия аппаратов подразделяется на порционный и непрерывный. По виду используемой энергии или теплоносителя и способу их подачи различают: электроразогрев, пароразогрев, предварительный подогрев исходных компонентов. По особенностям разогрева и горячего формования и спользуется предварительный разогрев в специальных аппаратах и непосредственно в формах.

Порционный разогрев заключается в разогреве определённого количества бетонной смеси, рассчитанного на весь объём или кратную часть объёма изделия.

Непрерывный способ заключается в том, бетонная смесь перемещается в зоне разогрева, разогреваясь к концу зоны до требуемой температуры.

Выбор способа и аппаратов для предварительного разогрева бетонных смесей определяется конструкцией изделий, особенностями технологий, требуемой производительностью и др.

Непрерывный разогрев целесообразен при конвейерной технологии и высокой производительности, как правило, более 10м³/ч. Вопрос об использовании форсированного разогрева бетонной смеси непосредственно в форме должен решаться с учётом армирования изделий. В случае предварительного подогрева воды и заполнителей повышаются требования к соблюдению температурных режимов и качеству исходных материалов.

Во всех случаях для уменьшения теплопотерь аппараты для предварительного разогрева бетонных смесей необходимо располагать ближе к постам формования. Возможны варианты использования вторичных смесителей и д.р. аппаратов непосредственно на постах формования.

Непрерывный способ разогрева характеризуется постоянной в объёме электродной камеры температурой смеси, равной среднеарифметическому начальной и конечной температур разогрева.

Постоянство средней температуры обеспечивает постоянство электросопротивления разогреваемой смеси конкретного состава. Это позволяет использовать непрерывный разогрев в целях уменьшения максимально потребляемой мощности при нерегулируемой скорости подъёма температуры в смеси.

Разогрев и укладка бетонной смеси производится непрерывно. Поток смеси должен быть, как правило, равномерным, заданной интенсивности. Последняя определяется с учётом допустимых тепло- и влагопотерь, а так же скорости загустевания горячей смеси в процессе формования и должна быть не менее 10м³/ч.

Смесь может нагреваться от начальной температуры 5 – 20 ⁰С до конечной 80 – 95 ⁰С. Конечная температура зависит от вида цемента, состава смеси и определяется для каждого случая опытным путём. При этом соблюдаются следующие условия:

а) количество дополнительно вводимой в состав бетонной смеси воды (для ликвидации возникающего при разогреве смеси снижения удобоукладываемости) не должно превышать 10 – 15% обычного водосодержания.

б) если дополнительная вода приводит к расслоению смеси, для сохранения связности в смесь вводят гидрофобнопластифицирующие, микропенообразующие, поверхностно-активные добавки (мылонафт, асидол-мылонафт, абиетат натрия, СНВ).

в) прочность бетона из разогретой смеси с увеличенным водосодержанием в месячном возрасте должна быть не меньше прочности бетона из холодной смеси с обычным водосодержанием, пропаренного в соответствии с принятым на конкретном производстве режимом. С целью уменьшения габаритов установки скорость разогрева смеси, определяемую по изменению температуры растворной части, следует принимать возможно большую, но не выше максимальной.

Для получения к концу разогрева смеси необходимой удобоукладываемости необходимо максимально сохранить введённую воду, а также пар, воздух и газы, пузырьки которых пластифицируют смесь.

Отклонение от температуры разогретой смеси от заданной не должно превышать , отклонение показателя подвижности от заданного не допускается более минус 2 см для смесей с осадкой конуса не менее 5 см в горячем состоянии, отклонение от показателя жёсткости не должно превышать при жёсткой смеси плюс 15%.

Величина среднего удельного электросопротивления смеси может меняться: до 6 – 7 раз от состава цемента, до 20 – 30% от содержания воды и цемента, до 5 раз при введении электролитических добавок в количестве 1 – 2% веса воды. Среднее удельное электросопротивление тяжёлых смесей составляет 250 – 1450 , керамзитобетонных – 420 – 2050 .

Из-за естественной электрической неоднородности цемента при неизменном составе смеси и стабильных составляющих удельное электросопротивление смеси может отклоняться от среднего значения на .

Для свободного прохождения смеси через электродную камеру расстояние между смежными электродами должно превышать размер наибольшей фракции заполнителя не менее чем в 3 раза.

С целью увеличения расстояния между электродами для лучшего прохождения смеси, а также с целью упрощения конструкции установки напряжение на электродах следует применять возможно большее, руководствуясь при этом только технико-экономическими соображениями и вопросами безопасности работ.

Предельно допустимое отклонение напряжения в сети от номинального в соответствии с нормами может составлять .

2. Анализ исходных данных и выбор базового аппарата

В соответствии с заданием по проектированию технологии предварительного непрерывного электроразогрева тяжёлой бетонной смеси завода ЖБК мощностью 65 тыс. м³/год. Разработана установка для непрерывного разогрева вертикального потока бетонной смеси I – ого типоразмера. Установка разработана по индивидуальным параметрам, обозначенным в задании. Установка оснащена комплектом сменных блоков электродов, с различными расстояниями между электродами. Каждый блок рассчитан на различное удельное электросопротивление. Регулирование режима разогрева также осуществляется изменением напряжения на электродах регуляторами МА – 195 – 118/60. В связи с небольшим временем разогрева бетонной смеси в установке минимальны тепло-, влаго- и газопотери. Использование вертикального потока движения бетонной смеси под действием силы тяжести исключает применение специальных устройств для продвижения смеси через аппарат.

Исходные данные по проектированию:

1. Бетонная смесь предназначена для производства плит перекрытий

2. Прочность бетона характеризуется классом (маркой) В22,5 (М400).

3. Бетонная смесь – тяжёлая с плотностью .

4. Смесь нагревается от начальной температуры до конечной .

5. Среднее удельное электросопротивление изменяется от 250 до 1450 .

6. Удельная теплоёмкость смеси – .

7. Время электроразогрева – 7 минут.

3. Структурная схема

4. Подбор состава бетона

Подбираем состав для бетона класса В 22,5 3100 кг/м³

Для перехода от класса к марке бетона используем формулу:

Мпа

Материалы для приготовления бетонной смеси

Портландцемент М 400 активностью Мпа, нормальная густота цементного теста , плотность цемента 3100 кг/ , средняя плотность цемента 1100 кг/

Песок речной, плотность песка 2550 кг/ , средняя плотность песка 1500 кг/ , влажность W=3%, модуль крупности

Щебень гранитный, наибольшая крупность Н , плотность щебня 2650 кг/ , средняя плотность щебня 1500 кг/