Теоретические основы тво Фазовый состав свежеотформованного бетона. Тепловлажностная обработка бетона


Понятия «тепловой процесс» и «тепловая установка»

Лекция 1

При производстве строительных материалов и изделий почти во всех случаях для перевода сырья в готовую продукцию применяют тепловую обработку. Для этого сырьё или полуфабрикаты помещают в тепловую установку, где создаётся необходимый тепловой режим. Под тепловым режимом понимают взаимосвязь теплового и массообменного воздействия на материал, а именно: изменение температуры среды; скорости течения жидкости или газов, омывающих материал, изменение давления.

Следовательно, тепловой режим это взаимосвязь тепловых, массообменных и гидродинамических процессов, происходящих в тепловой установке.

● Теловой процесс – это соединение стадий теплового воздействия на материал с целью придания ему заданных свойств.

● Тепловая установка – это устройство, в котором протекает тепловой процесс. Она представляет собой теплообменный аппарат, работа которого оценивается количеством тепловой энергии, передаваемой в единицу времени.

Способы тепловой обработки материала

Прежде чем приступить к классификации способов тепловой обработки рассмотрим уравнение потока влаги с единицы поверхности

,

где q mп – удельный поток влаги; αm – коэффициент влагоотдачи, отнесённый к разности парциальных давлений; РПМ! и РОС! – соответственно парциальное давление водяных паров на поверхности материала и в окружающей среде; В и В! – соответственно барометрическое давление при нормальных условиях и в установке.

Из этого уравнения следует, что при взаимодействии влажного материала с теплоносителем возможны три варранта:

● РПМ! < РОС!

● РПМ! = РОС!

● РПМ! > РОС!

В первом случае: q mп – величина отрицательная. Влага с поверхности материала не испаряется, а конденсируется на ней, при этом материал увлажняется.

Во втором случае: q mп = 0. Влажность материала находится в равновесном состоянии с влажностью теплоносителя.

В третьем случае: q mп – величина положительная. С поверхности материала удаляется влага и материал сушится. Сушка материала может осуществляться даже при отрицательной температуре, если выполняется условие: РПМ! > РОС!.

Исходя их этих положений, можно констатировать, что влажный материал может подвергаться тепловой обработке двумя способами:

Первый, когда из материала не удаляется влага, т.е. q mп < 0 – это способ тепловлажностной обработки (ТВО) бетонов. При этом обязательным условием является – сохранение влаги в нагреваемом материале.

Второй, когда из материала удаляется влага, т.е. q mп> 0 – это способ сушки.

Кроме этих способов в производстве строительных материалов и изделий применяют: обжиг; вспучивание; спекание; плавление.

Тепловлажностная обработка бетона. Теплоносители, используемые при тво

В качестве теплоносителей при ТВО применяют пар, электроэнергию, продукты сгорания природного газа, высококипящие жидкости. Наиболее распространённым теплоносителем является пар.

Электроэнергия применяется для предварительного электроразогрева бетонных смесей; электропрогрева изделий в формах, электрообогрева нагревательными элементами.

Тепловая обработка бетона продуктами сгорания газа производится в камерах, куда подаётся газовоздушная смесь заданной температуры, полученная при сжигании газа в выносной топке.

studfiles.net

Способ тепловлажностной обработки бетонных изделий

Изобретение относится к способу тепловлажностной обработки отформованных бетонных изделий, преимущественно сложной формы, например, зубатых железобетонных шпал. Способ тепловлажностной обработки железобетонных зубатых шпал заключается в том, что после схватывания бетона зубатый выступ на подошве подрельсовой зоны шпалы окружают оболочкой, установленной с зазором по периметру, и заливают водой. Поддерживают нужную температуру. Техническим результатом является повышение эффективности тепловлажной обработки.

 

Изобретение относится к способу тепловлажностной обработки отформованных бетонных изделий, преимущественно сложной формы, например, зубатых железобетонных шпал. Этот технологический процесс состоит в одновременном воздействии тепла и влаги на цементосодержащие материалы для ускорения их твердения.

Набор прочности цементосодержащих водных растворов при нормальных условиях и естественной влажности требует длительного периода времени - 28 суток. Из-за более быстрого высыхания поверхностного слоя детали происходит нарушение процесса структурообразования, гидролиза и гидратации цементного камня. Это приводит к появлению внутренних напряжений в теле изделия, появлению скрытых дефектов, снижению физико-химических и прочностных свойств. Неравномерность усадки бетона при твердении, в первую очередь, на наружной поверхности, приводит к появлению трещин.

Общеизвестно применение для уменьшения испарения влаги и повышения прочности бетона укрытия твердеющих деталей полиэтиленовой пленкой и периодическое смачивание их водой. Принимаем это техническое решение за аналог.

Известен также способ тепловлажностной обработки бетонных изделий путем регулирования температуры и увлажнения при твердении. Этот метод очень широко используется в производстве. Для сокращения времени достижения бетоном марочной прочности применяется нагрев и создание условий высокой влажности, обычно 80%. Наиболее часто для этого используются пропарочные камеры, в которые по определенной программе производится подача необходимого количества теплоносителя-пара и впрыскивание нужной порции воды. Конденсат и образующиеся стоки отводятся наружу и уносят с собой значительное количества тепла. Способ управления в камерах условиями тепловлажностной обработки описан, например, в патенте RU №2111191. Принимаем его за прототип.

Но нагрев массивных деталей до высокой температуры в специальных пропарочных камерах или автоклавах требует значительных энергозатрат и не обеспечивает достижение гарантированного высокого качества из-за значительного градиента по перепаду температуры и влажности как внутренних, так и внешних слоев бетонных изделий. Кроме того, ухудшаются условия структурообразования цементного камня из-за невозможности достижения 100% влажности и наличия воздуха в капиллярах.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и значительное повышение качества тепловлажностной обработки бетонных изделий.

Указанная цель достигается тем, что изделие погружают в воду после завершения процесса схватывания бетона и оставляют под водой до момента достижения прочности бетона в диапазоне от 1 до 100% проектного значения прочности.

Возможен вариант проведения этого технологического процесса под значительным гидравлическим давлением.

Обычно проектное значение прочности детали совпадает с выбранной маркой бетона. Процесс схватывания при температуре 20°C затворенного бетона начинается примерно через 2 часа и продолжается около 1 часа. После этого деталь теряет пластичность и сохраняет свою форму. Процесс твердения с набором марочной прочности бетона при 20°C продолжается 28 суток.

Экономия тепла по новому способу объясняется тем, что горячая вода, имеющая рабочую температуру приблизительно в диапазоне 25-65°C, в процессе нагрева, выдержки и удаления детали из бассейна остается для дальнейшего использования. То есть потеря теплоносителя и вынос его во внешнюю среду, в отличие от пропарочных камер, отсутствует.

Теплоемкость воды многократно превышает теплоемкость бетона. Вследствие этого нагрев изделия до температуры выдержки происходит очень быстро и, что очень полезно, при 100% влажности. Поэтому снижения качества не происходит, так как время нагрева детали для достижения заданной температуры минимально, происходит на начальном этапе твердения, когда структурные преобразования в цементе идут крайне медленно и в реакцию вовлекается не более 1% цемента.

Кроме того, третьей основной отличительной особенностью при погружении в воду бетонной детали является удаление воздуха из пор и капилляров. Количество же газообразной фазы по данным НИИЖТ оценивается в 30-40 л/м3, и это отрицательно влияет на качестве бетона.

Известно, что структура цементного камня формируется вначале в виде пористого тела с различными хаотично расположенными капиллярами. При погружении в воду схватившегося бетона воздух из них самостоятельно легко и быстро всплывает и удаляется. Влага при отсутствии в порах газа легко и полностью заполняет капилляры, и поэтому очень активно идет процесс гидратации. В начальный период за счет этой реакции образуется перенасыщенный раствор новообразований. Причем новообразования уже не мигрируют по капиллярам, как обычно, так исчезли перемещающие, а также дробящие их пузырьки воздуха. Кроме того, значительно ослабилось на новообразования и вредное действие силы гравитации, так как процесс протекает под водой. Новообразования, выделяясь в виде геля из перенасыщенного раствора, формируют первичную структуру цементного камня. Эта первичная структура имеет вид рыхлого каркаса, который постоянно упрочняется. По новому способу условия формирования прочной цементной структуры являются идеальными.

Объектом применения нового способа могут быть, например, железобетонные шпалы. Для исключения температурного выброса железнодорожного пути, приводящего к аварии, необходимо увеличить усилие сдвига рельсовых опор в щебеночном балласте. Это наиболее эффективно достичь установкой зубьев на подошве модернизируемой шпалы, например, старогодной. Усилие сдвига увеличивается многократно. Зубья могут быть как стальными, так и, например, гранитными, полученными методом каменного литья. Достаточное их количество составляет 10-12 штук на рельсовую опору.

Процесс модернизации старогодной шпалы происходит следующим образом. Шпала поворачивается вверх подошвой и на ней в подрельсовой зоне формируют бетонный выступ высотой 40 мм. В конце периода схватывания цемента, когда раствор еще остается достаточно пластичным и не схватился окончательно, вставляют вертикально зубья. В этот момент их ориентацию в пространстве обеспечивает и сохраняет значительная вязкость, определенная жесткость самой смеси. После завершения схватывания бетонный выступ окружают оболочкой, устанавливаемой с зазором по периметру, заливают водой и поддерживают нужную температуру. Этот метод аналогично может быть использован при модернизации и новых шпал. Стоимость доработки составляет ориентировочно 120 р. В процентном отношении это составляет приблизительно 6% стоимости изготовления изделия. Зубатые шпалы, обладая в несколько раз лучшими характеристиками по устойчивости, позволяют обеспечить высокую надежность и безопасность движения поездов. Это очень актуально, особенно для высокоскоростного движения. Производство железобетонных шпал в нашей стране составляет более 10 млн. шт/г. Кроме того, ежегодно после демонтажа старой шпальной решетки высвобождается 2-3 млн. старогодных рельсовых опор. После устройства на их подошве зубатых выступов площадь сечения тела в подрельсовой зоне увеличивается. Таким образом модернизация шпал кроме значительного увеличения основного технического параметра - усилия сдвига в балласте, повышает и прочность изделия. Это позволит использовать старогодные рельсовые опоры взамен новых на главных путях с самой высокой грузонапряженностью. Получаемый экономический эффект значителен.

Энергозатраты по предлагаемому способу при модернизации шпал минимальные, так как нагрев является локальным, местным - только для выступа, масса которого в 50 раз меньше массы самой рельсовой опоры. Прочность соединения прибетонированной к подошве конструкции высокая и близка к такому параметру у монолита.

Применение изобретения позволяет изготовлять детали самой сложной формы путем присоединения к телу изделия новых, менее крупных частей, выполняя процесс их прибетонирования в водной среде. Кроме того, тепловлажностная обработка по новому способу уменьшает энергозатраты и значительно повышает прочность благодаря созданию идеальных условий для протекания физико-химических реакций во время процесса твердения.

Способ тепловлажностной обработки железобетонных зубатых шпал, отличающийся тем, что после схватывания бетона зубатый выступ на подошве подрельсовой зоны шпалы окружают оболочкой, установленной с зазором по периметру, и заливают водой.

www.findpatent.ru

Теоретические основы тво Фазовый состав свежеотформованного бетона

Свежеотформованный бетон – это материал, состоящий из жидкой, твёрдой и газообразной фаз. Пространство между твёрдыми компонентами бетона и газообразной фазой связано непрерывной системой оводнённых капилляров, радиус которых зависит от расхода воды и удельной поверхности цемента.

● Твёрдая фаза представлена крупным и мелким заполнителем и формирующейся структурой цементного камня. Структура цементного камня формируется в виде пористого тела, имеющего капилляры диаметром от 2 ● 10 -7 до 10 -2 см. На стадии формирования твёрдая фаза в цементном камне не стабильна, т.к. в период твердения идёт процесс гидратации зёрен цемента.

● Жидкая фаза представлена химически, физико-химически и физико-механически связанной влагой. Эта влага участвует в гидратации зёрен цемента, поэтому в процессе формирования цементного камня происходит перераспределение влаги по формам связи, т.е. количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, а физико-механически уменьшается.

● Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлечённого при формовании; воздуха, выделившегося при деаэрации воды затворения за счёт вибрации при формовании; газа, выделившегося из составляющих бетона в результате химических реакций.

Физико-химические процессы, происходящие в бетоне при тво

Физические свойства бетона определяются строением капиллярно-пористой структуры цементного камня, образованной в процессе его твердения. Рассмотрим, какое воздействие оказывает повышенная температура, т.е. условия создаваемые при тепловлажностной обработке на формирование цементного камня и бетона в целом.

При твердении вяжущих веществ значительную роль играют плотность и вязкость жидкой фазы. Изменение относительной плотности и вязкости влияет на скорость растворения и диссоциацию на ионы минералов цемента и дальнейшее образование кристаллогидратов. С возрастанием температуры структура воды изменяется, т.к. происходит разрыв водородных связей. Плотность и вязкость воды уменьшаются, в результате чего увеличивается её растворяющая способность, приводящая к ускорению физико-химических процессов, превращающих цементное тесто в твёрдое тело.

При смачивании зёрен цемента водой начинают развиваться следующие физико-химические процессы, которые можно разделить на этапы:

1. Адсорбция воды зерном цемента.

2. Поверхностная гидратация.

3. Растворение.

4. Гидратация в растворе.

5. Образование центров кристаллизации.

6. Кристаллизация.

Растворение минералов цемента идёт с разрушением структуры вещества и сопровождается поглощением тепла (эндотермические процессы), а гидратация – выделением тепла (экзотермические процессы).

Рассмотрим этапы взаимодействия зёрен цемента с водой.

Этап 1. (протекает в 2 стадии) Стадия 1.

Частица цемента находится в воде затворения, которая начинает адсорбироваться на её поверхности.

Стадия 2.

Адсорбированная вода создаёт на частице поверхностное поле и становится структурированной, т.е. по своему строению приближается к твёрдому телу, в котором молекулы воды имеют определённую ориентацию, что изменяет её плотность до значения1,3…1,9 г/см3.

Этапы 2 и 3. (протекают параллельно в две стадии)

Стадия 1.

Переход вещества в раствор в виде ионов и даже молекул, которые затем диссоциируют на ионы.

Стадия 2.

На этой стадии происходит гидратация ионов, и образуются основы гидратных фаз, т.е. тех фаз, которые в дальнейшем способствуют образованию субмикрокристаллов.

Этап 4.

Жидкая фаза становится сильно пересыщенной новообразованиями – субмикрокристаллами. Содержание ионов (концентрация) распределяется неравномерно. Максимальная концентрация находится у поверхности зерна цемента в результате непосредственного присоединения воды к твёрдой фазе. При этом образуется «внутренний» продукт гидратации, а именно, внутренний гидросиликат (СSH),имеющий тонкую и плотную структуру.

Внешние продукты гидратации образуются через растворение вне зёрен цемента и состоят из небольшого количества внешнего гидросиликата, крупных кристаллов Са(ОН)2 и эттрингита 3CaO● AI2O3 ● 3CaSO4 ● 32h3O (гидросульфоалюминат кальция).

Этап 5. На этом этапе при повышенной температуре образование центров кристаллизации протекает в более короткие сроки. Происходит насыщение субмикрокристаллов адсорбированной водой и плотность всей системы меняется.

Этап 6. Субмикрокристаллы за счёт гравитационных сил и увеличения размеров соединяются и образуют пространственную структуру. Цементное тесто в бетоне теряет пластичность и приобретает свойства твёрдого тела. Повышение температуры среды до 80…100оС ускоряет реакции гидратации и кристаллизации в 8…10 раз.

Лекция 3

studfiles.net

Тепловлажностная обработка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Тепловлажностная обработка

Cтраница 1

Тепловлажностная обработка в оросительной камере осуществляется путем контактной его обработки водой, разбрызгиваемой специальными форсунками.  [2]

Тепловлажностная обработка может осуществляться также в автоклавах. В них создаются благоприятные условия при ускорении твердения и образования изделий со структурой высокой прочности. Такими условиями являются давление пара насыщенного, равного 0 8 - 1 2 МПа, и температура 175 - 193 С.  [3]

Тепловлажностная обработка состоит в одновременном воздействии тепла и влаги на материалы при обработке их водяным паром в автоклавах или пропарочных камерах.  [4]

Тепловлажностная обработка деталей производится в пропарочных камерах, автоклавах, туннельных камерах и кассетах. В некоторых случаях применяют электрический прогрев деталей, подключая напряжение к арматуре и форме и пропуская ток через бетонную массу.  [5]

Тепловлажностная обработка бетона в общем цикле производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций составляет 70 - 80 % времени. Такая прочность достигается удлинением тепловлажностной обработки, а при сохранении той же продолжительности тепловой обработки приводит к необходимости увеличения расхода цемента от 50 до 200 кг на 1 м3 бетона.  [6]

Тепловлажностную обработку производят непосредственно на стенде. Для этого применяют форму с паровыми рубашками или по краям стенда ( при плоских изделиях) устраивают борта, закрывают площадки с отформованными изделиями крышками и в образованную таким образом камеру подают пар через каналы в днище стенда.  [7]

Тепловлажностную обработку изделий из ячеистых бетонов производят в автоклавах.  [8]

Непрерывную тепловлажностную обработку гипсового камня с целью получения как низко -, так и высокообжиговых вяжущих можно проводить в шахтных или вращающихся печах. Шахтные печи используют сравнительно редко. Наибольшее внимание из них заслуживают шахтно-колосниковые печи системы Маркелова ( рис. 4), применяемые для получения строительного гипса производительностью до 90 - 100 т в сутки.  [9]

Тепловлажностной обработке воздух подвергают в установках, называемых кондиционерами. Установки кондиционирования воздуха имеют специальные устройства для определенных видов его обработки. Нагревают воздух обычно в калориферах, где он получает тепло от сребренных или гладких поверхностей трубок, по которым протекает теплоноситель. Охлаждение воздуха осуществляется в поверхностных или в контактных воздухоохладителях. В поверхностных воздухоохладителях воздух отдает тепло поверхностям трубок, по которым пропускают холодную воду и ли другой холодоноситель. Если эти поверхности имеют температуру ниже точки росы, то на них выпадает влага из воздуха, и последний не только охлаждается, но и осушается. Поверхности трубок воздухоохладителя или калорифера в некоторых случаях орошают водой, так как воздух интенсивнее обменивается теплом со смоченной поверхностью.  [10]

После тепловлажностной обработки изделие подлежит распалубке, которая разрешается только после достижения бетоном распалубочной прочности, определяемой техническими условиями для каждого изделия.  [11]

Камеры тепловлажностной обработки оборудованы пакетировщиками. Для контроля и ремонта плитных изделий предусмотрен стенд 409 - 10 - 16 / IA. Стендовым способом в индивидуальных формах с паровой рубашкой изготовляют лестничные марши с площадками и угловые панели наружных стен.  [12]

После тепловлажностной обработки изготовление железобетонных изделий, если не требуется дальнейшая отделка поверхности, заканчивается. Изделие, освобожденное от формы, поступает в отдел технического контроля завода и затем на склад готовой продукции.  [13]

Секция тепловлажностной обработки представляет собой щелевую камеру длиной 60 м, в которой свежеотформованные изделия подвергают контактному прогреву за счет подачи пара с температурой 105 - 110 С под формующую ленту. В этой секции изделия плотно закрыты со всех сторон: снизу - формующей лентой, сверху - паронепроницаемой теплостойкой покрывающей лентой, с боков - бортовой оснасткой. Покрывающая лента ( прорезиненная или металлическая) движется вместе с изделиями з - i счет сил трения между ней и поверхностью изделий. При этом нл участке 12 - 15 м поверхность бетона подвергают дополнительном у обжатию специальным механизмом - термопригрузом, создающим давление 3 9 - 4 9 кН / м2 ( 40 - 50 Г / см2), что предохраняет поверхность изделий от вспучивания. Прогрев изделий начинается сразу после калибровки и поступления их в секцию тепловлажностной обработки стана и продолжается 2 - 3 ч для тяжелых бетонов и 4 - 5 ч для легких бетонов на пористых заполнителях. Длительность прогрева регулируется скоростью движения ленты.  [14]

Режим тепловлажностной обработки, определяемый совокупностью температуры, давления и влажности окружающей среды, оказывает существенное влияние на свойства готовых изделий. Он устанавливается в соответствии с нормами технологического проектирования для каждого вида изделия и типа применяемой установки.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Тепловлажностная обработка. Теоретические основы

Количество просмотров публикации Тепловлажностная обработка. Теоретические основы - 167

Бетоном называют композиционныйматериал,состоящий из цементного камня, заполнителя и контактного слоя между ними.

Скорость нарастания структурной прочности цементного камня, как и скорость любой химической реакции, должна быть резко увеличена с повышением температуры среды при тепловой обработке. Чтобы сохранить при этом влагу, которая необходима для процесса гидратации зерен цемента͵ для тепловой обработки используют пар. Размещено на реф.рфТепловую обработку бетона с условием сохранения влаги в материале называют тепловлажностной обработкой (ТВО). Для представления о принципах такой обработки бетона охарактеризуем материал и условия ее ведения в процессе изготовления сборного бетона и желœезобетона.

Материал, загружаемый в установку для тепловлажностной обработки, – свежесформованный или предварительно выдержанный бетон, – состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз.

Твердая фаза представлена заполнителœем (щебень, гравий, песок), имеющим капиллярно-пористую структуру, и формирующейся структурой цементного камня, связывающий заполнитель в конгломерат. Структура цементного камня формируется также в виде пористого тела с различными хаотично расположенными капиллярами диаметром от 2∙10-7 до 10-2 см; могут встречаться поры и значительно большего диаметра. В будущем цементном камне на протяжении всœего периода твердения происходят процессы гидратации зерен цемента͵ в связи с этим твердая фаза – система не стабильная.

Жидкая фаза представлена химически связанной, физико-химически и физико-механи-чески связанной влагой. Влага заполняет систему капилляров и участвует в процессе гидратации. По этой причине количество влаги, связанной с материалом различным способом, всœе время изменяется. Количество воды зависит от выбираемого В/Ц и для тяжелого бетона составляет около 170…200 л/м3 . Вода затворения уже в процессе формования начинает связываться с цементом. В первые один–два часа, считая от начала затворения бетона, количество химически связанной влаги очень невелико, так как в реакции гидратации вступает не более 1% цемента͵ содержащегося в бетоне. Остальная влага приходится на физико-химическую и физико-механическую. Постепенно в химические реакции вовлекается больше цемента͵ и идет перераспределœение влаги по формам связи. Количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, доля физико-механической уменьшается.

Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлеченного при формовании, воздуха, выделившегося при деаэрации воды затворения за счёт вибрации при формовании, и газа, выделяющегося из составляющих бетона в результате химических реакций. Количество газообразной фазы, по данным НИИЖБ, оценивается в 30…40 л/м3.

Нарастание структурной прочности бетона в естественных условиях и при тепловлажностной обработке делят на два периода. В первом из них, в течение примерно 2…4 часов с момента формования, структурная прочность нарастает медленно. Второй период характеризуется резким увеличением скорости роста структурной прочности, которая должна быть увеличена еще более за счёт тепловлажностной обработки. По этой причине для улучшения качества бетона рекомендуется начинать тепловлажностную обработку именно во втором периоде. С учетом этого ТВО в большинстве случаев ведут после предварительной выдержки свежесформованного бетона. Предварительное выдерживание изделий до пропаривания способствует образованию начальной структуры бетона в условиях отсутствия температурных деформаций и миграции влаги, что положительно отражается на прочности и стойкости готовых изделий.

Оптимальное время предварительного выдерживания колеблется от 2 до 10 часов и соответствует началу схватывания бетона, при котором он приобретает прочность около 0,3…0,5 МПа. После этого бетон в закрытой или открытой форме, а иногда после достаточной для предварительного твердения длительной выдержки, со снятой бортоснасткой на поддоне загружают в установку, куда подаётся пар. Размещено на реф.рфПар, как более нагретое тело, отдаёт теплоту парообразования менее нагретым телам – материалу и установке, нагревает их, а сам в виде конденсата удаляется из установки. За счёт нагрева скорость реакций гидратации цемента резко возрастает и ускоряется структурообразование бетона.

Постепенно материал в установке нагревается до температуры паровоздушной смеси (кроме пара в установке находится воздух). Время, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ проходит с начала нагрева до достижения бетоном температуры паровоздушной смеси, называют первым периодом тепловлажностной обработки (рис. 10.1).

tcº, tc', tc" – температура среды в камере соответственно после загрузки, максимальная и при выгрузке; tmº, tm', tm" – то же, материала; I, II, III – соответственно периоды подогрева, выдержки и охлаждения

Рисунок 10.1 – Схематичные кривые изменения температуры среды и материала

в установке для тепловлажностной обработки бетона

Во второй период подача пара в установку продолжается. В материале по его сечению постепенно выравнивается поле температур, ибо температура в установке в данный период не изменяется. Это так называемый период изотермической выдержки. Длительность его определяется скоростью выравнивания температурного поля в материале и кинœетикой химических реакций.

Далее наступает третий период – охлаждение. В это время пар в установку не подаётся. Для более быстрого охлаждения установку вентилируют воздухом. В этом случае с поверхностей материалов, формы, установки быстро испаряется влага, бетон также начинает терять её.

В процессе тепловлажностной обработки происходит ряд физических, физико-химичес-ких и химических процессов, которые и формируют структурную прочность бетона. Механизм формирования структурной прочности бетона разбирается детально в курсе “Технология бетонных и желœезобетонных изделий”, в связи с этим мы остановимся на нём очень кратко, чтобы увязать с ним одновременно идущие и влияющие на него тепло- и массообменные процессы.

В начальный период цемент реагирует с водой, за счёт реакции гидратации образуется пересыщенный раствор новообразований и по теории Байкова А.А. новообразования, выделяясь в виде геля из пересыщенного раствора, формируют первичную структуру цементного камня. Эта первичная структура имеет вид рыхлого каркаса, который по А.А. Байкову и П.А. Ребиндеру, постоянно упрочняется.

Полученный во время гидратации цементный гель увеличивается в размерах одновременно внутрь и наружу цементных зёрен, занимает почти в два раза больший объём, чем зёрна цемента͵ из которых он образуется. По этой причине гель вынужден занимать пространство, где ранее находились вода и воздух, уменьшать пористость и радиус пор. Размещено на реф.рфВсё это заставляет свободную влагу и воздух перемещаться по бетону, а сам бетон обмениваться влагой и воздухом с окружающей средой.

В процессе нагрева бетона пар, отдавая свою теплоту, конденсируется на поверхности бетона. В этом случае изменяется как температура, так и влагосодержание поверхности бетона и среды. Эти процессы являются внешними по отношению к материалу, и в связи с этим их называют внешним тепло- и массообменом. Передвижение влаги и воздуха, а также изменение температурного поля внутри материала называют внутренним тепло- и массообменом.

Передвижение влаги и воздуха (массы) по материалу, а также изменение температурного поля воздействует на формирующуюся структуру материала. В случае если образующаяся структура не в состоянии противостоять силе, с которой передвигается масса (влага и воздух), слагающаяся с силой возникающих температурных напряжений, то эта структура в большей или меньшей степени может разрушаться. Поскольку, с увеличением скорости нагрева, силы передвижения массы нарастают, то нагрев изделий следует вести с какой-то вполне определённой, безопасной для нарушения структуры скоростью.

Наибольшая скорость формирования структуры бетона наблюдается во второй период тепловлажностной обработки, во время выдержки при постоянной температуре. Разности температуры и влагосодержания по сечению материала в данный период начинают уменьшаться и постепенно выравниваются, что значительно улучшает условия структурообразования. Вместе с тем, в это время идёт дальнейшая гидратация цемента. Влага из образовавшегося на поверхности геля отсасывается внутренними слоями цементного зерна. Вследствие снижения влагосодержания геля, начинается кристаллизация новообразований, что и обусловливает нарастание процессов структурообразования и упрочнения всœей системы.

В третий период – охлаждение, из материала интенсивно удаляется влага, процессы кристаллизации новообразований и структурообразование резко усиливаются, материал цементируется. При этом в это время опять начинают возрастать перепады температур и влагосодержания между поверхностью и центральными слоями материала, возрастает массоперенос внутри материала. Эти процессы опять начинают воздействовать на структуру материала и могут снова привести к её частичному разрушению.

Все сказанное заставляет глубже рассмотреть процессы тепло- и массообмена, увязать их с возникновением напряженного состояния и формированием структуры бетона.

referatwork.ru

Тепловлажностная обработка - это... Что такое Тепловлажностная обработка?

Тепловлажностная обработка (или гидротермальная) – процесс одновременного воздействия на материал теплоты и влаги. В производстве бетонных и железобетонных изделий тепловлажностная обработка (ТВО) является основной технологической операцией, в процессе которой ускоряется твердение силикатных составляющих вяжущих. В качестве теплоносителей для ТВО применяют водяной пар, горячую воду и нагретый воздух с повышенной относительной влажностью. ТВО может осуществляться при атмосферном давлении в камерах, формах и при повышенном давлении в автоклавах и закрытых герметических формах.

[Портик А. А. Все о пенобетоне. – СПб.: 2003. – 224 с.]

Рубрика термина: Термовлажносная обработка бетона

Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование

Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. - Калининград. Под редакцией Ложкина В.П.. 2015-2016.

construction_materials.academic.ru

Разработка тепловой установки для тепловлажностной обработки бетона

ГОУ ВПО

Якутский государственный университет им М.К.Аммосова

Инженерно-технический факультет

Кафедра ПСМиК

Пояснительная записка

К курсовому проекту по дисциплине:

Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий строительной индустрии

На тему:

Разработка тепловой установки для ТВО бетона

Выполнила:Ст.гр.ПСМиК-06

Решетова Е.А.

Проверил:Турунтаев Г.Г.

Якутск,2009г.

Содержание

Введение

1 Устройство и принцип работы автоклава

2 ТВО бетона при избыточном, по сравнению с атмосферным, давлением. Автоклав

3 Технологический расчет

4 Теплотехнический расчет

5 Расчет подачи пара(теплоносителя)

6 Технико-экономические показатели

7 Автоматизация тепловой обработки изделий

8 Охрана труда и техника безопасности

Использованная литература

Введение

Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве -для зданий различного назначения; в транспортном строительстве- для метрополитенов, мостов ,туннелей: в энергетическом- для гидроэлектростанций, атомных реакторов, и т.д.Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам и др.

Эффективность применения бетона в современном строительстве в значительной мере определяется темпами производства железобетонных изделий. Ускорение твердения бетона приобретает особое значение при изготовлении изделий в заводских условиях, так как благодаря сокращению сроков изготовления достигается максимальное использование производственных площадей, повышение оборачиваемости форм и другого дорогостоящего оборудования. Решающим средством ускорения твердения бетона в условиях заводской технологии производства является тепловая обработка.

Процесс тепловой обработки занимает 70-80% времени всего цикла изготовления.

На заводах сборного железобетона применяются различные установки ускоренного твердения бетона. Повышение эффективности работы этих установок является важнейшим мероприятием по увеличению выпуска продукции.

Немаловажное значение имеет также сокращение удельных расходов тепла на тепловую обработку бетона. Большие удельные расходы тепла вызывают на многих предприятиях перебои в работе, особенно в зимнее время.

В связи с этим приобретают большое значение исследование теплотехнических характеристик установок для тепловой обработки изделий.

Тепловая обработка оценивается по прочности достигнутой ко времени ее окончания в процентах от прочности того же бетона в 28-суточном возрасте нормального твердения. Эффективность такой обработки зависит от выбора исходных материалов и состава бетона, а также от принятого режима обработки.

1 Устройство и принцип работы автоклава

Тепловлажностная обработка изделий под давлением выше атмосферного осуществляется в автоклавах. Эти установки(тупиковые с одной крышкой или проходные с двумя) представляют собой герметично закрывающиеся стальные сосуды цилиндрической формы диаметром 2,2-3,6 м и длиной 15-30 м.

Автоклав устанавливают на опорах позволяющих ему удлинятся при нагревании. Пар подеется через штуцер к перфорированной трубе, размещенной внутри автоклава. конденсат удаляют через спускной клапан. Внутри автоклава проложен рельсовый путь, а который вкатывают вагонетки с пропариваемыми изделиями.

Во избежание больших тепловых потерь в окружающую среду все внешние поверхности автоклава покрывают тепловой изоляцией, что способствует интенсификации самого технологического процесса и, кроме того, является одним из важнейших мероприятий по охране труда.

Следует иметь ввиду, что температура, создаваемая в автоклаве, зависит не от общего давления в нем, а только от парциального давления пара, поэтому присутствие воздуха в автоклав является вредным. При уменьшении температуры насыщения воздух обычно отсасывают путем вакуумирования.

Особенность тепловой обработки в автоклавах- сохранение воды в жидкой фазе при давлении насыщенного пара 0,9-1,3 МПа и температуре около 160-180о С. Это создает благоприятные условия как для значительного ускорения твердения, так и для образования новых фаз и соединений в бетоне.

Основная составляющая цементирующего вещества, определяющая прочность, гидросиликаты и, в меньшей степени, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. В зависимости от технологических факторов составы этих соединений могут меняться.

Для предотвращения деструктивных процессов на ранней стадии твердения бетона применяют режимы с быстрым подъемом температуры до 1-2 ч., которые обеспечивают создание избыточного давления паровоздушной среды (0,03-0,05МПа) в автоклаве в начальный период запаривания, когда происходит обжатие бетона паровоздушной средой, что предотвращает развитие в нем деструктивных процессов в начальной стадии твердения.

Избыточное давление создается либо подачей пара в герметически закрытый авоклав, либо подачей пара при открытых вентилях для выпуска воздуха и конденсата. При создании избыточного давления посредством подачи пара вв герметически закрытый автоклав из-за снижения температуры запаривания на 5-7 о С по сравнению с отсутствующей температурой среды чистого насыщенного пара максимальное давление в автоклаве при изотермической выдержке увеличивает на 0,1-0,25 МПа. Избыточное давление посредством подачи пара при открытых вентилях для выпуска воздуха и конденсата создается через 10-15 мин после продувки автоклава.

Для предотвращения осадки бетонной смеси за счет создания избыточного давления на ранней стадии твердения пластическая прочность бетона перед запариванием должна быть не менее 0,35 МПа.

Продолжительность изотермической выдержки назначают с учетом времени, необходимого для полного прогрева изделия, и для взаимодействия вяжущего с кремнеземистым компонентом, обеспечивающим максимальную прочность изделия по всему сечению.

Продолжительность третей стадии запаривания устанавливают в зависимости от толщины изделий, вида и плотности бетона.

2 ТВО бетона при избыточном по сравнению с атмосферным, давлением. Автоклав

Исследования показали, что избыточное давление в период твердения бетона оказывает большое влияние на его строение и прочность. Прочность бетона, прогреваемого в формах под давлением 0,25 МПа, выше, чем в закрытых формах в 1,5 раза.

Механическое обжатие бетона 0,005-0,01 МПа позволяет сократить цикл ТВО и увеличить прочность ,даже жесткие металлические формы способны противостоять температурные и влажностные расширения бетона, улучшая его механические показатели, поэтому наблюдается тенденция использования избыточного давления в период ТВО ,не только для получения силикатных и легких бетонов, но и для ТВО тяжелого бетона.

Если любой бетон поместить в герметичную установку, и провести ТВО паром, то в нем, как и при ТВО в установках с атмосферным давлением, будет идти процессы тепло- и массо- обмена.

Возьмем полностью герметичную установку 1,поместим в нее изделие 2 в стальной форме.

Рис 1.Система герметичной установки автоклава

Установим оборудование подачи пара 3,систему отвода конденсата 4,систему вакуумирования 5,вентиль на системе 6,и предохранительный клапан 7,защищающий2 установку от развития в ней сверхдопустимого давления.

В такую установку можно, закрывая вентиль на системе отбора воздуха, подать пар по системе 3 необходимое избыточное давление 1-1,2 МПа, тогда пар будет поступать в установку в которой уже находится воздух ,общее давление Ру начнет возрастать. В любой момент она будет складываться из парциального давления пара Р’п и парциального давления воздуха Рв’ ,в соответствии с ростом давления в установке будет увеличиваться и температура ,т.к. температура пара внутри установки для данного случая представляет собой функцию его парциального давления tп =f(Р’п ).Пар конденсируется на материале ,отдает теплоту материалу ,нагревая открытую поверхность и создает пленку конденсата ,одновременно нагревается и форма.

Рассмотрим этот процесс на неограниченной пластине с координатами Х и Y.

Поверхность материала будет нагреваться несколько больше чем днище формы и температурное поле в пластине распространится по неравнобочной гиперболе, если его отложить на оси У в выбранном масштабе. Из-за неравномерности температурного поля ∆Т1 и ∆Т2 вызывающие частные потоки массы qmt1 и qmt2 в следствии термообработки.

Материал увлажняется под действием частного потока массы qmt1 от пленки конденсата ,толщиной δ ,а у днища формы влага передвигается к центру изделия за счет частного потока массы qmt2 , в результате поле влагосодержания U принимает характер восходящей параболы из-за образовавшегося градиента влагосодержания ∆U возникает частный поток массы qmv .

Если рассмотреть поле температур и влагосодержания по сечению пластины и сравнить с процессом нагрева в открытой форме, помещенной в установку с атмосферным давлением, то можно заметить их идентичность .Однако ,в силу увеличения разности температур в установке, с давлением 1-1,2 МПа, свежезагруженной материалов и паро-воздушкой смесью, перепады температур и влагосодержания значительно выше. Следовательно в изделии, вследствие увеличения периодов температур и влагосодержания при температурном расширении слоев и при набухании слоев из-за увеличения перепада влагосодержания возникает идентичное по форме, но значительно большее напряженное состояние. Однако, в рассмотренной установке на открытую поверхность бетона действует избыточное давление, которое вместе со стенками и днищем формы ,обжимает бетон в процессе нагрева и позволяет получить лучшую структуру и повысить качество изделий.

mirznanii.com