Ямные камеры тепло влажностной обработки железобетонных изделий

Твердение железобетонных изделий может происходить в  естественных условиях при нормальной температуре и в условиях тепловой обработки (искусственные условия  твердения). Тепловая обработка, позволяющая  ускорить твердение бетонной смеси, является, непременной операцией  при Заводском изготовлении железобетонных изделий.  

В настоящее  время применяют следующие виды тепловой обработки: а) пропаривание изделий  при нормальном давлении при температуре 60—100° С); б) запаривание изделий  в автоклавах, насыщенным водяным  паром при давлении 0,9—1,3 МН/м2 (9—13 атм) и температуре 175—191° С; в) контактный обогрев изделий; г) электропрогрев путем пропускания электрического тока через толщу бетона; д) обогрев бетона инфракрасными лучами. Кроме того, исследуется горячее формование, при котором бетонную смесь перед укладкой в форму в течение 8—12 мин разогревают электрическим током или водяным паром до температуры 75— 85° С и выдерживают затем в форме в условиях термоса 4—6 ч.  

Для формирования структуры бетона как уже отмечалось, особенно важным являются влажностные  условия твердения, поэтому во многих случаях следует отдать предпочтение тепловлажностной обработке железобетонных изделий (пропариванию и запариванию). Тепловую обработку железобетонных изделий проводят до достижения бетоном прочности около 70% проектной, что позволяет транспортировать изделия на строительную площадку и монтировать конструкции из них.  

Пропаривание  при нормальном давлении производят в камерах периодического или  непрерывного действия, оно является наиболее экономичным способом тепловой обработки. Из камер пропаривания периодического действия широкое применение имеют  камеры ямного типа. Наиболее целесообразный размер камер в плане, полученный на основании технико-экономических  показателей, должен соответствовать  размерам двух пропариваемых изделий. Стенки камеры обычно делают бетонными, сверху камеры имеется массивная  крышка.  

Отформованные изделия, находящиеся в формах или  на поддонах, загружают в камеру в несколько рядов по высоте, после  чего камеру закрывают крышкой, препятствующей потере тепла и пара. Пар в камеру подается из котельной постоянно  в зависимости от установленного режима пропаривания так, что обеспечивает скорость повышения температуры  в камере от 20 до 35° С в 1 ч, до максимальной— 85—100° С. При этом изделие прогревается на всю толщину и выдерживается при этой температуре 6—8 ч, после чего постепенно охлаждается. Продолжительность пропаривания зависит от состава бетона и свойства цемента и составляет около 14— 20 ч для пластичных бетонных смесей и 4—8 ч — для жестких.

Применение быстротвердеющих цементов позволяет сократить продолжительность  изотермической выдержки (при более  низкой температуре прогрева 70—80°  С) и уменьшить общее время  пропаривания до 8—10 ч. Изделия из легких бетонов вследствие их меньшей теплопроводности требуют более продолжительного времени тепловой обработки. Камера пропаривания непрерывного действия представляет собой туннель, обеспечивающий установленный  режим пропаривания для изделий, вкатываемых на вагонетках с одной  стороны туннеля и выкатываемых с другой. За время пребывания в  камере туннельного типа изделия  проходят зону подогрева, изотермического  прогрева при максимальной температуре  и зону охлаждения.

Контактный обогрев  изделий осуществляют путем непосредственного  соприкосновения изделия с источником тепла или с нагревательными  приборами, обогреваемыми стенками формы или основанием стенда (при  стендовой технологии) и т. п. В  качестве источника тепла используют острый водяной пар, горячую воду, масла и др. Этот способ тепловой обработки применяют при изготовлении тонкостенных изделий в кассетах при достаточной их герметизации. Кроме того, с помощью этих теплоносителей осуществляется обработка некоторых видов изделий в термобассейнах (твердение изделий в горячей воде). После тепловой обработки технология изготовления железобетонных изделий, если не требуется дальнейшая отделка поверхности, заканчивается. Отдел технического контроля проверяет изделия и направляет на склад готовой продукции.

Основными тепловыми агрегатами для тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий на заводах сборного железобетона являются ямные пропарочные камеры. В них ежегодно проходит тепловую обработку примерно 60 % бетонных и железобетонных изделий. Эти камеры просты в обращении, хорошо вписываются в существующие технологии производства железобетонных изделий. Однако на тепловую обработку изделий в ямных камерах расходуется только 17…35 % тепловой энергии, а остальное составляют теплопотери. Это связано с потерями через ограждающие конструкции и неплотности, с несовершенством систем теплоснабжения. Поэтому актуальна проблема проектирования ямных пропарочных камер с минимальным расходом теплоты.

Внутренние  размеры ямной пропарочной камеры определяются исходя из размеров форм с изделиями, количества форм в пакете (штабеле), количества пакетов в камере, а также из условия свободного движения теплоносителя внутри камеры. Величина заглубления камер принимается  в зависимости от вида изделий, высоты цеха, условий загрузки и выгрузки изделий, глубины камер, характеристик  грунтов, на которых расположен цех, глубины грунтовых вод, глубины  сточной канализации и т.д.

Ямная камера паропрогрева полузаглубленного типа  выполнена  из ограждения, состоящего из наружного  конструкционного слоя (бетон, металлический  каркас и т.д.) и внутреннего теплоизоляционного слоя, защищенного гидро- и пароизоляционными материалами. Расположенный на внутренней поверхности стенок камер периодического действия теплоизоляционный материал без надежной паро- и гидрозащиты быстро насыщается влагой, теряет свои теплоизоляционные свойства, поэтому его применение без паро- и гидрозащиты не допускается. Наиболее надежной паро- и гидрозащитой является листовая сталь толщиной 3…4 мм. Стальные листы подлежат антикоррозионному покрытию, которое наносится на сторону металлического листа, обращенную к теплоизоляционному материалу.

Для паро- и гидрозащиты днища может использоваться бутилкаучуковая пленка (гидробутил) при обеспечении мер защиты от механических воздействий. Крышку камеры укладывают на гидрозатвор. Пар по паропроводу, проложенному по каналу попадает в пароразводящий коллектор с паровыми соплами. Вентиляция производится с помощь вентиляционных окон. Удаление конденсата попавшего в сточную канаву, производится с помощью насоса.  Для предотвращения выбивания пара в промежутке между стенами и крышкой устанавливают гидрозатвор, представляющий собой заполненный водой желоб из металлического швеллера, укладываемого по верхнему периметру стен камеры. К днищу швеллера приварена и замоноличена в стены металлическая полоса, препятствующая сдвиганию затвора при укладке крышки проходу пара под затвором. Проходу пара над швеллером препятствует уголок, приваренный к крышке, и опускающейся в воду гидрозатвора при закрытии крышки. Пол камеры имеет уклон (0,005…0,01%) для стока конденсата в канализацию.

Система пароснабжения в камере основана на турбулизирующем и эжектирующем действиях скоростной струи пара, вытекающей из крупноразмерных сопел  и вовлекающей паровоздушную  смесь в камере в циркуляцию. Тем  самым ликвидируются застойные  участки, воздушные прослойки между  изделиями и в теплообмене  участвуют все поверхности изделий. Пароразводящию гребенку устанавливают  с одной стороны на расстоянии 2/3 высоты камеры.

Для организации  управляемого снижения температуры  изделий в период остывания и  удаления паровоздушной смеси из камеры применяются системы вентиляции. Камера изолирована от канала герметичными вентиляционными клапанами, открывающимися только в период охлаждения камеры.

• Исходные данные для расчетов: 

- Ямные камеры  ТО 

- Изделия: балконные  плиты размером:

            а)6150х1200х120 мм – 20%

            б)3150х1200х100 мм – 15%

         лестничные площадки:

            3240х1600х110 мм – 65% 

- Производительность  по бетону 75 000 м³/год 

- Температура  цеха 18^оС 

• Дополнительные данные для расчетов: 

- По справочным [1] данным принимаем камеры:

            1 камера 7000х3400х3950 для Балконных плит а)

                        2 камера 7000х2500х3500 для Балконных плит б)

                        3 камера 7700х5840х3600 для Лестничных площадок 

- По нормативным  указаниям принимаем режим тепловой  обработки равный 12 часам.

Режим установки  периодический, необходимо определить содержание сухих веществ  

, кг/м³ 

где = 2360 кг/м³  

  м³ 

Количество связанной  воды, кг: 

Ц – расход цемента, кг/м³ бетона (берем из таблицы исходя из R_б)

Таблица №1

Затем определяем содержание сухих веществ для каждого изделия: 

1) Балконные  плиты а) 6150х1200х120 

 кг/м³ 

2) Балконные  плиты б) 3150х1200х100 

 кг/м³ 

3) Лестничные  площадки 3240х1600х110 

 кг/м³ 

По  нормативным указаниям  НИИЖБ принимаем  режим тепловой обработки [1]. 

Тепловая обработка  имеет следующие этапы:

б) Изотермическая выдержка при максимальной температуре 85⁰ в течении 6 часов.

в) Равномерное  охлаждение до температуры 45⁰ к моменту выгрузки в течении 2х часов. 

Общая длительность цикла тепловой обработки:

= 4 + 6 + 2 = 12 часов

Рис.1. Режим  тепловой обработки 

Исходя  из условий ТВО  найдем необходимую производительность:

Общая производительность по бетону 75000 м³/год

Принимаем что  рабочих дней в году 280, а установка  работает в сутки 12 часов.

Таблица №2

В зависимости от вида изделий и их размеров по справочной литературе определяем внутренние и внешние размеры  форм [3]:

Рис. 2. Схема  формы (вид сбоку и сверху): l_и, b_и, h_и – длина, ширина и высота изделия;  
l_ф, b_ф, h_ф – длина, ширина и высота формы; c – ширина бортов, k – толщина поддона формы 

Принимаем: c =10 см = 100 мм; k = 10 см = 100 мм 

Габариты форм: 

1) Балконные  плиты а) 6250х1400х220

2) Балконные  плиты б) 3350х1400х200

3) Лестничные  площадки 3440х1800х210 

Ориентировочная масса металла форм на 1м³ изделий -1,8 т/м³

Определение внутренних размеров камеры:

Внутренние размеры  ямной пропарочной камеры определяются исходя из размеров форм с изделиями, количества форм в пакете (штабеле), количества пакетов в камере, а  также из условия свободного движения теплоносителя внутри камеры. 

Учитывая расстояние между формами 50 мм и расстояние между днищем и нижней формой 150 мм разделим изделие на 8 пакетов: 

1 камера 7000х3400х3950 для Балконных плит а) 

Схема расположения пакетов в камере

2 камера 7000х2500х3500 для Балконных плит б) 

Схема расположения пакетов в камере

3 камера 7700х5840х3600 для Лестничных площадок 

Схема расположения пакетов в камере

Заглубление камеры: 

Величина заглубления  камер принимается в зависимости  от вида изделий, высоты цеха, условий  загрузки и выгрузки изделий, глубины  камер, характеристик грунтов, на которых  расположен цех, глубины грунтовых  вод, глубины сточной канализации  и т.д. 

Принимаем, что  камера заглублена в грунт на 2120 мм. 

Материальный  баланс определяет равенство масс материалов, поступивших на тепловую обработку  и прошедших ее. Для установок  периодического действия составляют для  всего материала находящегося в  тепловой установке.

Так как в  процессе тепловой обработки возможны потери материала, то уравнение материального  баланса запишем в следующем  виде: 

;

где - расход материала с учетом потерь, кг;

-приход  материалов, кг;  

;

где - сухая масса уложенных изделий, кг;

20,25(2175) = 44044 кг

таблицы №2

;

где В удельный расход на 1 м³ бетона, кг 

кг ;

где A – удельный расход арматуры и закладных деталей на 1 м³ бетона.

Масса материалов ограждений, кг

= 13300 + 422 + 800 = 14522 кг

 м³

 м³ ; м³

Расход материалов, кг

;

Масса оставшейся в изделиях воды, кг уменьшилась за счет испарения влаги: 

  кг ;

Где W – масса испаренной влаги, зависящая от изменения влажности материала (для бетонов ≈ 1% от общей массы). 

Найдем потери, кг:

;

Расчет теплового  баланса для периода нагрева  и изотермической выдерживания. 

Приход теплоты  состоит из следующих статей. 

1. Теплота, принесенная  в установку сухой частью массы  бетона и зависящая от ее  объема, теплоемкости и температуры, 

; 

где - из материального баланса;   - теплоемкость из справочника;

= 18 температура материала. 

2. Теплота принесенная водой затворения, 

; 

где - из материального баланса; – теплоемкость воды;

  – температура  воды. 

3. Теплота арматуры  и закладных деталей, 

; 

где – теплоемкость металла; 

4. Теплота, внесенная  в установку транспортом, 

; 

5. Теплота экзотермии  цемента, выделившаяся за расчетный  период, 

; 

  /кг

где - марка цемента. 

; 

6. Теплота насыщенного  водяного пара, принесенного в  установку, 

где – количество пара определяем после решения уравнения теплового баланса;

. 

  кДж;

; кДж

  кДж 

Расход теплоты  состоит из следующих статей. 

1. Теплота сухой  части изделий, нагретых до  их средней температуры к концу  расчетного периода,

;

где  ⁰С – средняя температура изделия в конце стадии. 

2. Теплота воды  затворения, оставшейся в изделии  к концу расчетного периода, 

3. Теплота арматуры  и закладных деталей, 

; 

4. Теплота транспорта, 

; 

5. Теплота, затраченная  на испарение и перегрев испаренной  влаги, 

  кДж ;

где - средняя температура среды в установке за расчетный период 

6. Теплота различных  частей ограждений (надземных, подземных,  пола крышки) к концу расчетного  периода. 

; 

7. Потери теплоты  в окружающую среду от различных  частей ограждений. 

; 

где   - коэффициент теплопередачи различных частей ограждения, зависящий от внешнего и внутреннего теплообмена; в установках ТО принимают Вт/(м²·^оС), Вт/(м²·^оС); теплоту, потерянную с 1 м² подземной части установки, принимают равной 1/3 от потерь надземной частью. 
 

  кДж ;

 Вт/(м²·ºC); 

Потери  теплоты в окружающую среду для подземной  части стен: 

  кДж ;

 Вт/(м²·ºC) ; 

Потери  теплоты в окружающую среду для надземной  части стен: 

  кДж ;

 Вт/(м²·ºC) ;

8. Теплота пара, заполняющего свободный объем  установки. 

; 

Свободный объем  камеры: 

; 

9. Теплота, уносимая  конденсатом, 

  кДж 

где – количество конденсата, - энтальпия конденсата. 
 

Уравнение теплового баланса: 

; 

; 

;

;  

Сводная таблица  теплового баланса

Часовой расход пара: 

  кг/ч ; 

Удельный расход пара: 

  кг/м³ ; 

Диаметр трубопроводов, определяем из уравнения расхода  по массе: 

 ; 

; 

По ГОСТу 3262-75 принимаем трубу .

Расчет установки  с газообразным теплоносителем включает, расчет системы трубопроводов, по которым  осуществляется его подача. Определяется пропускная способность с учетом потерь давления на прямых участках – линейные потери и потерь сопротивления от местных сопротивлений. 

Полная потеря давления определяется, 

; 

Линейные потери пропорциональны длине трубопровода и определяются как сумма потерь на прямолинейных участках: 

  Па ;

где - удельная потеря давления на 1 м³ трубы 30-150 Па. 

где - длина трубопровода, принимаем что . 

Принимаем, что  потери от местных сопротивлений  ровны нулю  

Пропускная способность  трубопровода определяется: 

; 
 

• Показатели, характеризующие  работу самой установки: 

- удельная производительность  установки;

П = 11250 м³/год 

- удельные затраты  тепла и теплоносителя;

 кг/м³ 

- коэффициент  полезного действия установки;

-коэффициент  использования полезной емкости  установки;

• Показатели являющиеся исходными данными для расчетов источников тепла или топлива: 

- потребность  пара за единицу времени;

 кг/час

Сравнив полученные технико-экономические показатели со средними показателями действующих установок, согласно учебнику Кошкарева В.Н., Кучеренко А.А. Тепловые установки. Киев: высшая школа, 1990, отметим, что полученные технико-экономические показатели примерно равны средними показателями действующих установок.

При проектировании и эксплуатации предприятий сборного железобетона в целях обеспечения  безопасных и нормальных санитарно-гигиенических  условий труда следует руководствоваться  действующими правилами техники  безопасности и производственной санитарии, а также правилами по технике  безопасности, действующими в каждом данном ведомстве (тресте, управлении, комбинате, заводе и т.д.) В них  приведены требования к предприятию  в целом, отдельным его цехам, технологическим процессам, транспортным устройствам и вибрационному  оборудованию, способствующие снижению уровня шума и улучшению санитарно-гигиенических  условий труда, а также регламентированы нормативы по естественному и  искусственному освещению помещений, их отоплению и вентиляции. 

Нормативные требования к производственным зданиям 

предприятий сборного железобетона:

Объём на одного работающего, м³ ………………………….      15

Площадь на одного работающего, м² ………………………      4,5  

Наименьшая  высота здания, м ………………………………   3-3,2 

Температура воздуха в здании, ˚С ………………………….   16-23 

Максимальная  температура поверхности теплоизоляции 

Производственных  источников тепла, ˚С …………………..      45

Ширина  проходов, м:

          главных …………………………………………………     1,5

          для обслуживания механизмов  ……………………….      0,8

Расстояние  от штабеля готовой продукции  до крайней точ-

ки транспортных устройств (в помещениях и на складе го-

товой продукции), м …………………………………………        1

Площадь помещения для обогрева работающих на откры-

тых площадках на одного работающего по наибольшей чи-

сленности в смене, м² ………………………………………..      0,5 

в цехах, где по техническим необходимостям на продолжительное время в помещениях открывают ворота и исключена  возможность устройства тамбуров и  шлюзов, следует предусматривать  устройство воздушных завес в  следующих случаях: а) у ворот  помещений, открываемых не менее  чем на 40 мин в смену, а также  в зданиях, расположенных в районах  с расчётной температурой воздуха -20˚С и ниже; б) когда недопустимо снижение температуры воздуха.

      В производственных и вспомогательных  зданиях независимо от степени  загрязнения воздуха необходимо  предусматривать естественную или  принудительную вентиляцию. Для  предотвращения загрязнения воздуха  рабочих помещений вредными выделениями  и их распространения следует  выполнять следующие мероприятия:

      оборудование, приборы, трубопроводы и другие источники значительного выделения конвекционного или лучистого тепла должны быть теплоизолированы;

      оборудование и устройства, при  эксплуатации которых происходит  влаговыделение, следует надёжно укрывать;

      процессы со значительным выделением  пыли должны быть изолированы  и осуществляться без непосредственного  участия в них  людей; оборудование  или его части, являющиеся источником  выделения пыли, должны быть укрыты  и максимально герметизированы; Выделяющиеся из устройств технологические выбросы в виде пыли, паров и вредных газов перед выпуском в атмосферу должны быть подвергнуты эффективной очистке.

       Во всех  случаях, когда уровни шума и вибрации на рабочих местах превышают допустимые пределы, необходимо принимать меры к их уменьшению до нормируемых путём устройства звуковой и вибрационной изоляции помещений, рабочих мест и машин, использования средств индивидуальной защиты работающих: а) установка виброплощадок и ударных столов на массивные фундаменты, изолированные от пола и по периметру упругими прокладками; б) установка машин с вибрационными механизмами на пружинные или резиновые виброизоляторы; в) устройство на рабочих местах платформ на упругих прокладках; г) изоляция пультов управления и смотровых кабин от воздействия вибрационных механизмов; д) обязательное крепление форм на виброплощадках и ударных столах; е) укрытие виброплощадок акустическими кожухами и устройство звукоизоляционного укрытия для ударных столов и облицовка приямков звукопоглощающими материалами; ж) размещение источников шума в изолированных помещениях или закрытие рабочих постов с вибрационными механизмами шумозащитным кожухом; з) своевременный профилактическй осмотр, ремонт и наладка вибрационного оборудования.

         В качестве средств индивидуальной  защиты от вибрации и шума  необходимо использовать специальную  обувь на толстой подошве из  губчатой резины, рукавицы с прокладкой  пенопласта, противошумные наушники (антифоны).

        В помещениях  с повышенным  пылевыделением нормируется допустимая  концентрация пыли в зависимости  от содержания свободного кремнезёма  в воздухе рабочей зоны.

       На складах цемента и в бетоносмесительных  цехах для пылеосаждения используют центробежные пылеосадители типа НИИОГАЗ производительностью от 25 до 110 м³/мин, которые улавливают от 70 до 90 процентов пыли. Окончательно воздух от пыли очищают матерчатыми фильтрами производительностью от 30 до 125 м³/мин, обеспечивающими очистку воздуха до 97-99% при начальном содержании пыли до 450 мг/м³.

     Для индивидуальной защиты работающих от высокой концентрации пыли рекомендуются респираторы, герметичные защитные очки и спецодежда из пыленепроницаемой ткани.

       С целью обеспечения безопасных  условий труда и предупреждения  травматизма на основных технологических  переделах необходимо соблюдать  следующие требования:

       при работе правильно-отрезных  станков и станков для чистки  и правки стержневой арматуры  подключать их кожух к местной  системе аспирации;

       при сварочных работах заземлять  сварочные аппараты, изоляцию токопроводов, защищать глаза работающих очками и щитками со светофильтрами, укладывать резиновые коврики или деревянные решетки на рабочих местах, включать вытяжную вентиляцию у сварочных аппаратов и ограждать сварочные посты защитными экранами;

      при изготовлении бетонной смеси  проводить периодический профилактический  осмотр и ремонт системы вентиляции, следить за герметизацией кабин  пультов управления смесителями  и дозаторами, исправным состоянием  системы сигнализации указателей  уровня, сводообрушителей и других устройств автоматизации, ремонтировать смесители после изъятия предохранителей из электропроводки и установки сигнала, запрещающего включение машины;

      при натяжении арматуры гидродомкратами устанавливать щиты по торцам стендов и форм, ограждать гидродомкраты сетками высотой не менее 1,8 м, включать сигнальную лампу на время натяжения арматуры, укладывать сетки, каркасы и закладные детали при усилении натянутой арматуры, не превышающем 50% проектного, периодически испытывать тяги захватов и упоров нагрузкой, равной 110% максимального усилия натяжения;

      при натяжении арматуры электротермическим  способом укладывать и снимать  нагретые стержни при выключенном  токе, включать сигнальную лампу  на время нагрева стержней, устраивать  защитные козырьки у упоров  силовых форм;

     при тепловой обработке следить  за отсутствием утечки пара  через неплотности в стенках  камер, гидравлических затворах  камер и трубопроводов, загружать  и выгружать изделия из камер  автоматическими траверсами, ограждать  весовые мостики между камерами  твердения.

      Для обеспечения противопожарных  требований необходомо:

      соблюдать при размещении зданий  и сооружений противопожарные  резервы между ними во избежание  переноса огня;

     обеспечивать возможность подъезда  пожарной машины к любому объекту  завода;

      использовать сети водоснабжения  для огнетушения, для чего во  всех сетях должны быть предусмотрены  пункты пожарного водозабора;

     обеспечить все объекты первичными  средствами огнетушения.

     Во всех производственных, бытовых  и административных помещениях  на случай возникновения пожара  должна быть обеспечена возможность  безопасной эвакуации людей через  эвакуационные выходы. Эвакуационными считаются выходы, если они ведут: из помещения первого этажа наружу непосредственно или через коридор, вестибюль, лестничную клетку; из помещения любого этажа, кроме первого, в коридор или проход, ведущий к лестничной клетке или непосредственно в лестничную клетку, имеющую самостоятельный выход наружу или через вестибюль; из помещения в соседние помещения в том же этаже, обеспеченные выходами.

      Основные документы по технике  безопасности: законы Российской  Федерации об охране труда,  Конвенция -148 ИОТ 1977г. “О защите  трудящихся от риска, вызываемого  загрязнением воздуха, шумом и  вибрацией на рабочих местах”,  ратифицированной указом Президиума  Верховного Совета СССР от 29 марта  1988 года №8694 – XI, Конвенцией 155МОТ 1981г. “О безопасности и гигиене труда в производственной среде”, ратифицированной Федеральным законом Российской Федерации от 11 апреля 1998 года №58-Ф3.

1. Кошкарев В.Н., Кучеренко А.А. Тепловые установки. Киев: высшая школа, 1990 

2. Левченко Е.А.  Производство строительных материалов, изделий и конструкций. Иркутск:  ИрГТУ, 2005. 

3. В.В. Власов, А.И. Макеев Конструктивный и  теплотехнический расчет ямной  пропарочной камеры. Воронеж, 2005.