автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии тепловой обработки бетона продуктами сгорания природного газа

ГОСУДАГСЕВййНЫй ОРДЕНА ПУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЬАУЧНО-ИС011ДЦОВА1ЕШЖИЙ, ШЮЕК-ШО-КОНСТКУКТОРСаШЙ ШУЙСКИЙ ИНСТИТУТ ЕЁТОНА Й ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (ШИЖБ)

На правах рукописи

ЗКАНЬ Сергей Антонович

УДИ 666.972.7.035

СОБЕНДЕНСТВОВАШЕ ШНСШОГШ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОШИ БЕТОНА ПРОДУКТАМИ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и юдехиА

Автореферат диссертащи на соискание ученой степень кандидата технических наук

Москва - 1993

/

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологической институте бетона и железобетона (НИИЖБ) и Полтавском инженерно-строительном институте.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук,

ведущий научный сотрудник КУПРИЯНОВ Н.Н.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук,

профессор аУКОВ В.В.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник ПШСОН о.Б.

БЕда'ЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Полтавский домостроительный комбинат Минстроя Украины

Защита состоится "у " 1993 г. в _ /У часов

на заседании специализированного Совета К.033.03.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в^Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологической институте бетона и железобетона (ИИИЖВ) по адресу: 109428, Ыоскаа, 2-я Институтская ул., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЖБ.

Автореферат разослан "¿¿¿Г" ■ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

канд.техн.наук Г.П.Королева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЗЫ

Актуальность проблемы. На современном этапе общественного развития все больиее значение приобретает технико-экономическая политика сбережения ресурсов, которая настоятельно требует использования новых научных идей и интенсификации технологий, в том числе и в промшленности строительных материалов. Главным звеном в этой политике должны стать научные исследования» воплощенные г новейшие технологии.

В производстве сборного желевобетона в последнее время широкое распространение получает ресурсосберегающая технология тепловой обработки СТО) изделий в среде продуктов сгорания природного газа (ПСПГ). Замена традиционного теплоносителя - пара газовым экономит на каждом кубическом метре изделий из бетона до 30 кг условного топлива, исключает необходимость строительства котельных, улучщает, экологию окружающей среда и санитарно-гигиеническое состояние в цехах заводов, снижает коррозию металлофоры, увеличив азт срок службы строительных конструкций цэха и в целом повшает культуру производства.

Выполненные в последние годы экспериментальные исследования показали, что при определенных условиях ТО в среде с пониженной влажностью допустима для многих видов бетона. Однако при длительных и жестких режимах тяжелый бетон обезвскивается, что приводит к снижению его прочности. Для предотвращения этого рекомендуется увлажнять ПСПГ, или же защищать поверхность бетона различны»; составами - депрессорами испарения влаги. Тем не менее, результата исследований ТО тяжелого бетона в газовой среде маглк бы быть более значительными прк глубоком изучении природа внутренних сил взаимодействия и механизма их проявления в изделиях, как покрытие депрессорнши составами, так и без покрытия.

Накопленный опыт многих заводов, перешедших на новую технологию ТО, показал, что известные режимы прогрева, -отраженные в нормативной литературе, зачастую оказываются неэкономичными и неувя-ганы с теплотехническими и технологическими факторами работы ям-нкх камер. Кроме ямнкх, в отрасли сейчас насчитывается около 1000 щелеькх камер, в которых обрабатывается 7,35> всей продукции сборного железобетона, причем многие из щелей оснащены и продолжают оснащаться теплогенераторами сухого прогрева. Существующей информации для проектирования установок непрерывного действия, работающих на ПСПГ, крайне мало, т.к. исследования на щелевых камерах, . обрабатывающих тяжелый бетон, практически не проводились. Конкретных рекимов ТВО бетона в среде ПСПГ применительно к щелевым камерам нет. ¡¿ногие вопросы конструирования щелевых камер специально для данного вида теплоносителя, подключение теплогенераторов, организация циркуляционных контуров движения ПСПГ либо вообще отсутствуют, либо не конкретизированы и требуют необходимых исследований и оптимизации. Ё результате сложившейся практики в проектировании и эксплуатации установок непрерывного действия, использующих ПСПГ, имеют место серьезные недостатки, которые приводят к перерасходу природного газа в 2-3 раза вше нормы, требуют дополнительна финенсовых вложений. Опыт показывает, что при эксплуатации ямнкх камер, потребляющих ПСПГ, выявляются скрытые резервы, использование которых позволяет повысить экономичность их работы на 20-50£.

Таким образом, в настоящее время назрела необходимость развития и совершенствования данной технологии на собственной основе, направленная в первую очередь на экономичную эксплуатацию действующих типовых теплоиспользующкх установок и создание новых конструктивных решений камер, оснащенных теплогенераторами, без снижения прочности прогреваемых изделий.

-з-

В связи с этим основной целью данной работы было создание 1Кономичных способов и режимов прогрева изделий из тяжелого оето-!а в ямных и щелевых камерах, использующих ПСПГ, а также совер-[енствование конструкций щелевых камер с позиций энергосбереже-1ия. Для достижения поставленной цели необходимо было реаить ¡ледующие задачи:

- провести исследования тепловлажностных и аэродинамических условий твердения бетона в щелевых камерах, изучить кинетику его :рогрева и влагопотерь, разработать на основе этого экономичные зежимы ТО, увязанные с ритмом движения конвейера;

- оптимизировать начальные параметры твердения тяжелого бе-гона, обрабатываемого в щелевых камерах, с позиций кинетики стру-иурообразования;

- создать принципиально новые конструктивные решения щелевых *амер, использующих ПСПГ, позволяющие интенсифицировать процесс ГО изделий без увеличения энергопотребления;

• - разработать энергосберегающие мероприятия и способы повы-иения эффективности работы ямных камер;

- исследовать механизм формирования капиллярно-пористой структуры тяжелого бетона, покрытого депрессорным масляным составом в различных средах;

- разработать экономичный способ контроля температурно-вла-яностных характеристик среды в установках, оснащенных теплогенераторами типа ТОК;

- внедрить указанные разработки в производство.

Автор защищает;

- результаты экспериментальных исследований по формированию капиляярно-поровой структуры бетона при тепловой обработке в различных теплоносителях и нанесением на поверхность деярессорного покрытия;

- разработанный способ ТО изделий из тяжелого бетона ПСПГ в ямных камерах и мероприятия по повышению экономичности работы тепловых агрегатов периодического действия;

- разработанные экономичные режимы ТО бетонов з щелевых камерах с учетом ритма движения конвейера;

-.способы интенсификации прогрева изделий в щелевой камере и предложения по конструктивному совершенствованию установок непрерывного действия;

- методгку эффективного контроля температурно-влажностных параметров среды ПСПГ в установках, оснащенных теплогенераторами типа ТОК.

♦Научная новизна работы:

- предложен и запатентован экономичны^ способ ТО изделий из тяжелого бетона ПСПГ в ямных камерах;

- предложен и запатентован экономичный способ ТО бетонных изделий в щелевых камерах, использующих ПСПГ;

- предложены и запатентованы новые конструктивные решения щелевых камер, оснащённых теплогенераторами типа ТОК;

- разработана эффективная методика контроля температурно-влажностных параметров среды в камерах с газовым теплоносителем;

- изучено распределение тепловлажностных полей и аэродинамика потоков ПСПГ в щелевой камере, оптимизированы параметры начальной стадии ТО изделий в установках непрерывного действия с позиции кинетики структурообразования..

Практическое значение работы;

- предложения по рациональным схемам привязки теплогенераторов к щелевым камерам, эффектизнымрежимам ТО и методике контроля температурно-влажностных параметров среды ПСПГ включены а дополнение к соответствующим 'разделам "Пособия по тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа"' (к СНиП

-53.09.01-85);

- способ ТО бетонных изделий ПСПГ в ямных камерах внедрен.на Полтавском и Яьвовском ДСК (общий объем внедрения 42921 м3);

- способ ТО бетона в щелевых камерах внедрен на Львовском ДСК (объем внедрения 19467 м3), Криворожском заводе КПК треста "Кривсрожжилстрой" (объем 9935 м3) и Криворожском заводе КЦЦ-2 (объем внедрения 80235 м3);

- способ контроля температурно-влажностных параметров среды

в установках, использующих ПСПГ, внедрен на Полтавском и Львовском ДСК.

Апробация результатов. работы. Основные положения диссертации доложены на:

- 42-44-х научных конференциях студентов, аспирантов и преподавателей Полтавского инженерно-строительного института в 19901992 гг.;

- областных научно-практических конференциях "Научно-технический прогресс и охрана окружающей среда" в г.Полтаве, в 1988, 1989 гг.;

• - Х-й Всесоюзной конференции по бетону и железобетону "Ресу-рсо- и энергосберегающие конструкции и технологии" в г.Казани, в 1988 г.;

- ХХ1У-И Международной конференции по бетону и железобетону "Кавказ-92", в 1992 г.

Работа выполнялась в 198Э-1992 гг. в лаборатории тяжелых бетонов Научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института бетона и железобетона (НМИЖБ) под руководством канд.техн.наук, ведущего научного сотрудника Н.Н.Куприянова. Автором были также использованы результаты исследований, полученные в 1985-1992 гг. в лаборатории кафедры технологии строительного производства Полтавского инженерно-строительного института под ру-

ководствоы канд.техн.наук, доцента И.А.Коршунова. Работа проводилась б соответствии с заданием РН 55,01.04.08 "Исследовать и внедрить ресурсосберегающую технологии тепловой обработки железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа" Украинской отраслевой региональной научно-технической программы "Индустриально-системные методы в строительстве".

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и приложений; содержит 196 стр., в т.ч. ИЗ стр. машинописного текста, 38 рисункоз и 12 таблиц на 48 стр., списка литературы на 10 стр. и 22 стр. приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последние годы в производстве сборного железобетона проводилась целенаправленная политика энергосбережения. Однако до сих пор, несмотря на предпринимаемые усилия в масштабе отрасли удельные расходы энергии остаются необоснованно высокими. Использование паропрогрева, который по-существу превратился в универсальный метод ТО, приводит к тоцу, что расход тепла в среднем нв I и® сборного железобетона достигает 2000 ЦП*, или более 90 кг у.т., что почти в 2 раза превышает расчетные энергозатраты.

Поэтому одним из приоритетных гаправленкй в отрасли является разработга и внедрение новых технологий и методов ТО с использованием перспективных теплоносителей, в частности - продуктов сгорания природного газа (ПСПГ). ПСПГ получают сжиганием природного га-

в специальных установках - теплогенераторах, разработанных в НПО "Союзпромгаз". Теплогенераторы просты, компактны,, удобны в эксплуатации и надежно работают в едином комплексе с теплоиспользу-шики установками на многих предприятиях сборного келезобетона.

Главной отличительной особенностью ПСПГ г;ак теплоносителя

?вляется ниэхий коэффициент теплообмена (10-100 Вт/м20 С) вследст-зие невысокой относительной влажности срэды в тепловых установках (порядка 8-20%) и слабой аэродинамики газовых потоков (Х^<10000). 1ри длительных режимах прогрева указанные факторы могут приводить к интенсивной сушке бетона, что создает угрозу снижения прочности материала. Поэтому для тяжелых бетонов вопрос о возможности их ТО в среде -ПСПГ до недавнего времени был весьма проблематичным.

Практическая потребность в расширении масштабов внедрения, вызванная рядом технико-экономических преимуществ ТО ПСПГ по сравнению с пропариванием, обусловила в конце 70-начале 80-х годов повышенный интерес исследователей к данной проблеме. Существенный вклад в развитие теории и практики нового способа ТО Енесли С.5. Бугрим, К.Э.Горяйнов, К.Н.Звягинцев, Л.А.Малинина, Н.Н.Куприянов, Э.Б.Пинсон, Е.И.Слепокуров, А.Н.Счастный и др.

К настоящему времени к проблеме ТО тяжелого бетона в воздушно-сухой среде ПСПГ сформировался обнозначный подход, признающий необходимость ограничения испарения влаги из бетона и отличающийся только методами сдерживания процесса сушки: подбор специальных режимов для прогрева незащищенного бетона; доувлажнение среды ПСПГ; и защита поверхности изделий различными пленкообразующими или масляными составами.

Последний метод, как наиболее экономичный, был принят нами за основу при совершенствовании данной технологии с позиций энерго- и ресурсосбережения.

Предварительные исследования показали, что при ТО изделий в среде неувлажкекных ПСПГ существенные по величина колебания температурного напора незначительно с :разсаатся на кинетике прогрева бетона. В теплогенераторах Т0К-1А подача газа в горелку регулируется автоматикой в зависимости от заданного режима ТО, поэтому процесс прогрева при работе генераторов по заданной программе при-

ближается к классическим графикам тепловой обработки бетона в паровой среде, в которых четко заметны три стадии: подъем температуры (2-3 ч), изотермический прогрев (7-10 ч) и охлаждение изделий (2-6 ч). Однако, подобные режимы для ПСПГ оказываются неэкономичными, генераторы работают с малым коэффициентом использования топлива, подаваемое в камеру тепло ПСПГ не успевает "поглощаться" бетоном и удаляется через дымосос в атмосферу.

Задача подбора оптимальных по расходу газа режимов ТО решалась в комплексе с изучением капиллярно-пористой структуры обрабатываемого бетона и качественно новой концепцией в теории защиты поверхности бетона от пересыхания, предложенной Н.Н.Куприяновым, которая предусматривает воздействие на поверхностное натяжение жидкой фазы бетона. На первом этапе, управляя давлением газа в горелке генератора, опытным путем подбирали минимально допустимый уровень температуры среды в ямной камере, не допускающий снижения темпов прогрева бетона по сравнению с известными способами. Затем на полученном режиме ТО, обеспечивающим минимальный удельный расход газа, проводили исследования деформаций образцов с учетом работы капиллярных сил, изучали прочностные характеристики и формирование ка-пиллярно-поровой структуры тяжелого бетона, как покрытого депрес-сорньм составом, так и без покрытия, сравнительно с паропрогревом.

Лабораторные исследования проводили на бетоне класса В 25 с использованием Жигулевского портландцемента М 400, практическое внедрение - на тяжелых бетонах, приготовленных на Балаклейском и НиколаевскомПЦ М400 и местных заполнителях. Деформации бетона фиксировали на призмах размером 10x10x30 см, подвергавшихся прогреву разопалубленными. Для измерений использовали индикаторы часового типа с точность» 0,01 мы, которые устанавливали на независимые массивные опоры. Изменение длины образца передавалось на индикатор с помощьэ кварцевых стержней, коэффициент теплового расшире-

ния которых принимали равным нулю.

В процессе прогрева контролировали температуры мокрого и сухого термометров, поверхности и цэнтра бетонных образцов. Для определения прочностных свойстз бетона вместе с призмами прогревали образцы-кубы с ребром 10 см, которые испытывали через 4 ч после ТО и в возрасте 28 сут. Определяли также прочность контрольных образцов нормального твердения. Капиллярно-поровую структуру образцов, прошедших ТО, исследовали ка стандартных кубах, распиленных дисковой пилой на 3 слоя равной толщины методом капиллярной пропитки.

В результате был предложен способ ТО'тдаелого бетона по A.c. ¡р 1699984 со следующим режимом подъема температуры среды: 30-50°С в час - в первые 0,5 ч нагрева; 14-20°С/ч - во вторые 0,5 ч; 8-Ю°С/ч - в последующий час; -3-5°С/ч - в течение 2 ч; и 2-3°С/ч-до достижения 85-95°С. Относительная влажность среды в первый час снижается до 20-40% и в дальнейшем поддерживается на этом уровне до окончания периода активной работы генератора. •

Опробование данного репша в производственных условиях показало, что плитные изделия прогреваются за 7-9 ч до температуры 65-70°С, которой оказывается достаточно для дальнейшего развития процессов гидратации цементов I-Ш групп активности и

получения после стадии термосного выдеркивания с оборачиваемостью камеры 1-1,5 об/сут прочности бетона, равной 0,60-0,65 марочной. Удельный расход природного газа составляет при этом 6-10 ны3/мэ.

Границ указанных интервалов изменения скорости подъема температурь: среды даны на рис. 1(в). Анализ графиков показывает, что ре&йм прогрева (б) захватывает недопустимо высокий для тяжелого бетона уровень температур. В режиме (а) температура среды приемлема для ТО тяжелого бетона, однако скорости ее подъела неоправданно высоки, о чем свидетельствует практически одинаковая кинети-

-ш-

Рис. 1. Режимные гранищ подъема температуры среды при прогреве тяжелого бетона в среде ПСПГ:

а)- по Пособию к СНиЛ 3.09.01-85;

б)- по A.c. СССР № 706381;

в)- по A.c. СССР № 1699984;

1,2 - кинетика прогрева бетона соответственно в режиме (а) и (в).

а прогрева бетона как при мягком режиме (в), так и при форсиро-знном (а). Это приводит к избыточному потреблению газа. Кроме то-з, при рекомендуемом способе (в) исключается стадия изотермии,не- , Зходимая яри прогреве по способу (а), а вместе с ней и исчезает и этребность в доувлажкении на этой стадии Ш21Г. Следовательно,пре-нагаеыый способ ТО является ресурсо- и энергосберегающим.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таб-ще. Анализ их показывает, что при мягких энергосберегавщих ре-шах 10 прибавка, прочности в бетоне, защищенном депрессорным по-знтиеи, невелика: 2-555, однако структура материала значительно меняется. Пленка масляного депрессора уменьшает капиллярную по-«стссть в поверхностном слое бетона, прогреваемого в паровой сре-г, на 33&, а в среде ПШГ - на 36% по сравнению с бетоном норма-зного твердения. Образующийся в паровой среде на поверхности бежа конденсат разрнхяяет поверхностные слой (радиус пор увеличи-ается на а э воздушно-сухой среде ПСПГ на поверхности мате-

аала возникают усадочные напряжения, разрывающие неокрепшую стру-гуру бетона и способствующие возникновению крупных пор, радиус эторых на 82% вше размера пор бетона нормального твердения.

Полная пористость образцов, протедаих ТО, меняется незначи-зльно, возрастая в поверхностном слое на 1-3- Открытая (интегральная) пористость бетона в поверхностном слое всех образцзв пра-гичесгси не изменяется.

Таким образом, поскольку масляный депрессор не затрагивает эличественного характера новообразований бетона и степени гидра-ации цементного камня, а лишь меняет структурную пористость мате-иала, можно считать, что физически процессы, происходящие з деп-ассорном бетоне и бетоне без покрытия, взаимно параллельны, ни отличаются только тем, что процесс структурообразования проис-здит при различных стягивающих усилиях на вогнутых менисках раз-

физико-механические свойства образцов и параметры поровой структуры бетона

Среда прогрева вид защитного покрытия

Прочность после ТО, через;

4 ч | 28 сут »

Пористость, %

полная

П

откры- {условно тая р 1зам;-----

кну^аяi V'

(Средняя 1Средний (Относив

]плотность|радиус

) )(" кг/ма 1пор, I 1 I 2

• Ю9м

I радиус ¡пор, %

.Обозначение слоя

Нормальное твердение, .без покрытия

Пар, без покрытия

Пар,

эмульсол

ПСПГ, без покрытия

ПСПГ, эцульсол

20,2 83,1

20,0 82,3

15,1 62,1

15,7 64,6

24.3 100

28,6 117,7

13,84 10,51 3,33 2378 21,13 100 В

14,93 9,80 5,13 2348 19,82 100 С

12,46 9,13 3,33 2416 20,62 100 H

10,58 Ю;58 0,00 2468 25,15 119 В

10,04 9,95 0,09 2483 20,15 102 С

10,18 8,74 1,44 2479 16,82 82 H

14,56 11,58 2,98 2358 14,14 67 в

16,87 10,88 4,99 2322 9,89 50 с

11,12 10,82 ' 0,30 2453 8,64 43 H

16,41 11,54 4,87 2307 38,54 182 в

11,67 10,77 0,90 2438 26,06 131 с

10,94 9,14 1,80 2458 17,33 84 H

16,52 10,52 6,07 2302 . 13,57 64 в

12,32 10,58 1,74 2420 6,80 " 34 с

13,22 9,60 3,62 2395 4,32 21 H

Примечание:

1)

2)

120,2

над чертой - прочность в МПа, под чертой - относительная прочность, %. обозначение слоев в образце: В - верхний, С - средний, Н - нижний.

-яличных жидкостей, находящихся в порах материала, из-за чего капиллярно-пористая структура бетона изменяется. Это отражается и на деформациях образцов, которые служат достаточно надежным критерием для оценки степени нарушения структуры материала. При ТО в паровой среде эмульсол закупоривает поры бетона и прекращает доступ в них натекающего конденсата, сдерживая увеличение радиуса капилляров.

Изучение работы ямных камер, оснащенных теплогенераторами ТОК-1А, показало, что при использовании в качестве теплоносителя П.СПГ экономичность работы установок в значительной мере определяется коэффициентом загрузки, который характеризует степень полезного использования объема камеры. Большое разнообразие номенклатуры производимой продукции на современных заводах, случайный характер ее изменения, мелкосерийность и значительные колебания спроса являются объективными причинами, приводящими к низким коэффициентам загрузки камер. Существующее положение отягчается технологическими особенностями газового прогрева, при котором пакетирование изделий осуществляется через прокладки толщиной 5-7 см, и зазоры 30-60 см между стенками камеры и пакетом изделий для нормальной циркуляции ПСПГ.

Влияние степени загрузки камеры бетоном на удельный расход природного газа исследовали на Полтавском ДСК. Тепловой обработке подвергали доборные изделия различной номенклатуры из тяхелого Су-тока, загружаемые в ямную кекеру объемом 94 мэ. Начальное давленло газа перед горелкой теплогенератора устанавливали ео чсех экспериментах 0,8 кгс/см^. Температура изотермии (100°С) поддегакиЕ&лао: на заданном, уровне системой автоматики. Время подъема теилера?;, сг среды до изотермического выдерживания было различным, в зависимости от коэффициента загрузни камеры, и находилось в пределах -5 ч. Продолжительность активной работы теплогенератора состав ля-

ла 7 ч. Общая закономерность скорости роста тешь ¿атуры в камере такова: чем меньве коэффициент загрузки, тем вше скорость подъема температуры и наоборот.

По результатам экспериментальных замеров расхода газа за цикл ТО была выведена следующая зависимость:

£г = М —

г '<3

где /Г^ - коэффициент загрузки камеры бетоном изделий;

£г - удельный расход природного газа, нм3/м3.

С целью снижения удельного потребления топлива было рекомендовано в общую последовательность действий и приемов, характеризующих данную технологию, ввести дополнительную операцию: перед закрытием камеры верхние изделия накрывать жесткой пластиной-перегородкой, герметически отсекающей незаполненный, свободный объем камеры. Все технологические отверстия для нормальной работы генератора остаются при этом в нижней части отсеченного объема камеры, верхний же объем между крышкой и пластиной представляет собой замкнутое пространство, куда теплоноситель не поступает.

По результатам наблвдвний на Полтавском, Львовском, Криворожской ДСК коэффидеент загрузки лшшх камер составляет в среднем 0,07. Это соответствует удельноцу расходу газа 20 нм3/м3. При использовании данного технического решения возрастает до 0,1-0,2, что снижает удельный расход топлива; до 14-7 нм3/мэ, т.е. в среднем в 2 раза.

Комплексная взаимосвязь коэффициента загрузки ямных камер 4л » их объема , рабочего давления газа в горелке уОг теплогенератора и длительности активной его работы 2" с величиной удельного расхода газа Д- отражена в разработанной номограмме. В условиях производства номограмма позволяет оперативно определять фактическое энергопотребление тепловой установки и назначать среднюю в течение цикла ТО величину рабочего давления природного газа с тем,

чтобы при обеспечении требуемой отпускной прочности бетона не выйти за пределы нормативных расходов топлива.

В щелевых камерах,, в отличие от ямных, температурно-влажно-стные параметры среды изменяются не только во времени, но и в пространстве, причем характер распределения их зависит от схемы подключения теплогенераторов к установкам ТО. При изменяющемся ритме толканий вагонеток в щелевой камере оптимизацию указанных параметров среды по расходу газа производили путем математического моделирования на ЭВМ кинетики прогрева бетона изделий. Б дальнейшем, по подобранному на компьютере 1Ш РС/АТ 286 режиму ТО производили экспериментальный прогрев изделий в промышленной камере, определяли расход газа и прочность бетона; и путем изменения интервалов варьирования температуры и влажности среды находили оптимум.

Исходными данными для расчета были: I) размеры прогреваемого изделия, м (длина, ширина, толщина); 2) параметры среды ПСПГ на каждом посту щелевой камеры (температура ¿с , относительная влажность у> и скорость теплоносителя ¿0 ); 3) продолжительность 2 пребывания вагонетки на посту-стоянке (ритм работы конвейера),ч.

Прогреву подвергали внутренние стеновые панели ВД-92 толщиной 160 мм, изготовленные из тяжелого бетона класса В 20. Подвижность смеси ОК = 4 см, В/Ц = 0,44, в качестве вяжущего использовали Николаевский портландцемент 11400.

Щелевая камера была оборудована газовым счетчиком. Для контроля прочности бетона изготавливали образцы-кубы с ребром 10 см, которые располагали по центру форы-вагонеток рядом с изделием. Во избежание пересушки поверхность образцов и изделий покрывали эму-льсолом. Коэффициент загрузки камеры бетоном во всех случаях был 0,0§. Минимально необходимая раопалубочная прочность бетона была принята 60% от марочной.

Эксперименты проводили для четырех различных ритмов движения

конвейера при длительность цикла ТО.12, 14, 17, 24 ч. Соответственно, ритмичность перемещения вагонеток в камере с поста на пост составляла 0,86, I, 1,21, 1,71 ч.

Оптимизированные параметры среды ПСПГ в щелевой камере в виде прямых линий с изломами в характерных точках изображены в масштабе Бремени на рис. 2.. Анализ показывает, что снижение темпера-турно-влажностного воздействия среда по длине камеры при увеличении длительности цикла ТО происходит по экспоненциальному закону Спуккткрше лиши на рис.2). Отлшчие только в том,что кривые "скольжения" точек влажности - выпуклые, а кривые "скольжения" температурных точек - вогнутые. В математическом описании уравнения подученных кривых имеют вид:

по температуре:

2

по относительной влажности:

Г у*

г, - 27- г * **; г * ^

где 2= - ритм толкания вагонеток в камере, ч.

п -

Таким.образом, по полученным зависимостям можно определить, оптимальный уровень температурно-ьлакностного воздействия среды ПСиГ на прогреваемые изделия, гарантирующий обеспечение распалубо-чной прочности бетона при минимальном расходе природного газа.

Для эффективного контроля указанных параметров среды и. оперативного управления режимом ТО в зависимости от изменяющегося ритма движения конвейера был разработан способ, основанный

на психрометрическом методе замера относительной влажности среды.

по № 90 ^ яо

М 70 * 50

V

^ 30

20 т

* /юзсгреВ изотер*шя охлаждение -

I ! / ПЧчТ ■ N 1 1

1 N 1

/1 ! ( 0,39 1

/ 1 /\ 1 ] г Г 1 *

1 \ ! ^ 1 1 1

•у- ---. X" г* '3 ^^ !

II | к* _ . —' — - - - -1 - __ К»

^ Р Т ' " | У , - """

и П/И

У}^ -

"V

100

90 %

НО §

70 |

бо

1

5О н

*

Зо Л

ч

2о ,1?

10

о 1 2 6 4 5 6 7 8 9 Ю 11 12 15 16 17 /8 10 го 22 25 24 25 26

Бремя Г у

Рис. 2. Изменение характерных точек режимного графика ТО изделий в целевой камере:

1, V - температура и относительная влажность среды при Т 1докла=12 ч (2=0,86 ч);

2, 2'- то же, при Тцикла=24 ч (2 =1,71 ч).

В отличив от известных техническкг раиеии», предусматривавших наличие двух первичных преобразовав ирЖ - сухого и мокрого термометров, расположенных в непосредаггаеавюй близости один от другого, имеющих систему увлажнения фитиля и двух регистрирующих приборов к ним было предложено совместить два датчика в один, рабочий конец которого обмотать тоетой влагопроводной тканью. Этот датчик входит в комплект поставки теплогенератора ТШ-1А и подключается компенсапрвнкнми поводами к одноканальноцу потенциометру-самописцу КСП-3, расположенноцу на щитке управления.

Возможность сведения двух термоэлектрических датчиков- сухого и шсрого - в один обусловлена технологическими параметрами среды ¡ЮНГ: высокой гемперазурой (50-120°С) и большой скоростью циркуляра теплоносителя в газоходе (29 м/с). Поэтому тонкий сдой ткани, а которую обернута защитная арматура термометра, не сказывается на гтпввнни чувствительности датчика при измерении температуры сухого термометра. В период работы теплогенератора диапазон изменения стяжательной влажности среды .составляет 2-40%, поэтоцу разность сухого и мокрого термометров довольно велика, что также позволяет регистрировать / я / одним датчиком. -

* . С

На диаграммной ленте самописца процесс периодического замачивания датчика, охлаждения его до температуры точки роек, испарения влаги из ткани и. последущего нагрева до прежней температуры изображается в виде синусонды, верхняя граница амплитуды которой представляет собой температуру датчика £ сухом состоянии, а нижняя - . в мокром.

Данный способ позволяет удешевить известный психрометрический метод, повысить точность измерений за счет ликвидации системы двух датчиков, имавЕйсс разные статические характеристики, и двух самостоятельных регистрирующих приборов к ним, и упростить методику замеров.

Существеннь-л недосте&шш в неновых конструкшях щалевых камер, использующих ПСПГ, является меваакюяность уггртазездш аэродинамикой газового потока для интевагфошщи лроцэссл ТО изделий. Исследования показали, что при обтекании пвидах жеяеэобетонных изделий в щелевой камере критическое значение критерия Рейнольдса, при котором ламинарный газовоздушный поток переходит в турбулентный, позволяющий значительно повысить коэффициент теплоотдачи среда, находится в пределах от 3,2»10 до ДО . Достичь такой величины известными методами либо невозможно (например, уменьшением поперечного сечения камеры), либо неэкономично (например, установлением более мощных вентиляторов). '

Интенсифищровать прогрев бетона можно , за счет искусственной турбулизации газового потока над изделиями путем изменения конструкции подвесного потолка-перегородки, по сравнению с А. е..'<"'385230, а таете турбулизацаей потока ПСПГ, проходящего под вагонетками, п^тем изменения конструкции пола камеры.

На тас. 3 На) изобретен продольный разрез предлагай«^ цегвезЯ камеры. Кокера I оборудована тремя теплогенераторами 2 согаасно традиционной схе;лл подключения. Генераторы ссгалегтно о воздухоко-дааш 3 и щрз&яящаюшы вентилятором 4 образует три раздельна к независимых кольца цяряуяящи теплено езтталя, гота?г."э рйсяологенк последовательно по длине щели. Теплоноситель поступает в камеру через нагнетающее отверстие 5 и отсасывается на рециркуляции черзя вытяжное отверстие б. Отверстия 7 предназначены для удалеюгя избыточного объема ПСПГ в дьэгавую трубу и поддержания в камере находимого разрежения. Избыточный свободный объем комеры над. Еаг-он-т-яами 8 отсекается подвесные подъемно-олускйвдшея аотоягмм 9 (показан в оцущеккогз состоянии). Поверхность потолка, обращенная к поверхности изделий, покрыта оребрениеы 10 из листового кэталла, образующим систему последовательно соединенных »¿ежду собой скесекнюс

Рис. 3. Варианты конструктивного решения камер с газовым теплоносителем:

а)- с принудительной турбулизацией потоков ПСПГ; б)- с параллельным подключением теплогенераторов способом "кольцо в кольце :

1-щелевая камера; 2-теплогенератор; 3-воэдуховод; 4-циркуляционный вентилятор; Ь-нагнетающий патрубок; 6-вытяжной патрубок; 7-дымосос; 8-вагонетки с изделиями; 9-подъемно-оп.ускающийся потолок; Ю-оребрение "конфуэор-диффузор"; 11-тросы; 12-блоки; 13-лебедки; 14-пол камеры.

-2Л-

шфузоров и диффузоров. Потолок состоит из отдельных секция и за-¡еплен на тросах II в местах шарнирной стыковки этих секвдй. Тро-I через блоки 12 зыведены нарузу к редукторам лебздок 13, кото-¡е не синхронизированы' мевду собой.

В пределах действия колец циркуляции аналогичная кснструкшя 1 установлена на поверхности пола 14 казлеры, причем оребрение ви-. "ионфузор-диф^узор" обращено ко дну форм-вагонеток. Как варит, оребрение пола кокет быть выполнено из бетона ц тнолптло со-инано с основанием. Углы раскрытия диффузоров и длина их под-ракзтся экспериментально из условия поязления в хакере кестак-ш-рных микроотрывов потока ПСЛГ, интенсишивдрузй.их теплообмен, но вызывающих большого повышения аэродинамического сопротивления.

Камера работает следующим образом. Вырабатываемые теплогене-гором 2 продукты сгорания нагнетаются в камеру 1 циркуляционным чтилятором 4. При опускании потолка 9 живое сечение цели ^лень-лея, в результате чего скорость газового потока возрастает, эсачиваясь в узком пространстве между вагонетками 8, ламинарный гок теплоносителя отбрасызается ребристыми выступами 10 пола ко I металлоформы, а ребрами подвесного потолка 10 - к поверхности ;елия и закручивается, образуя в каждом кольце циркуляции два :ря, разделенные вагонеткам с изделия!.®. В областях примыкания зфузоров конфуз о ро в друг к другу вследствии различного давле-1 образуются перетекания, также интенсифицирующие теплообмен.

Таким образом, подвесной потолок и пол камеры, оребренные :темой скошенных конфузоров и диффузоров, вызывают искусственную |булизацшо пограничного слоя ПСПГ на контакте с бетоном, ускоряя цесс ТО и позволяют снизить на 25-30% удельное онергопотребле-установки за счет повышения коэффициента загрузки камеры.

С целью интенсификации процесса ТО возможно также изменить овую схему подключения теплогенераторой к щелевой камере (рис.

3(6)): Вместо последовательньос, раздельных и независимых друг от друга колец щркулящи ПСПГ, необходимо установить параллельные, однонаправленные и "вложенные" одно в другое кольца циркуляции.

Кольца должш охватывать зону активного теплового воздействия камеры: длина первого, внешнего кольца циркулями А равна . размеры последующих колец В и С, располагающиеся внутри предыдущих равны > гДе л - число форм-вагонеток в камере; Л -

порядковый номер внутренних колец по степени их вложения одно в другое;- ¿ - длина щелевой камеры.

Движение ПСПГ в кольцах циркуляции осуществляется в направлении, совпадающем с направлением движения вагонеток, при этом подача теплоносителя в камеру производится в зоне подъема температуры среды. Отверстие нагнетающего газохода первого теплогенератора расположено на расстоянии ¿2 = ¡¡5— от входного торца камеры, отверстия подачи ПСПГ последующих генераторов располагаются с шагом ^ от предыдущшс.

Такая схема подключения т&плогенерирущих устройств к щелевой камере обеспечивает интенсивный подъем температуры в бетоне до 80°С со скоростью 15-20°С/ч в течение 3,5-4 часов прогрева (при оборачиваемости форм 2 об/сут). Высокие скорости движущегося теплоносителя, суммирующиеся от трех теплогенераторов в зоне изотер-. мии (посты № 4,5,6,7),. обеспечивают необходимую выдержку бетона на заданном уровне температур. На постах №№ 7,8,9. происходит плавкое снижение теплоотдачи потока ПСПГ1 за счет уменьшения скоростей и температур среды по мере продвижения вагонетки к выходу. На участке постов И 10,11,12 происходит остывание изделий, поскольку температурное и аэродинамическое воздействие среды ПСПГ на бетон в этой зоне практически отсутствует.

-23-ЗШЮЧЕНИЕ

1. При переходе к рыночным условиям хозяйствования в промышленности сборного железобетона традиционный прогрев в паровой среде все чаще заменяется более экономичным способом ТО изделий в среде продуктов сгорания природного газа. Причем, наиболее эффективной разновидностью новой технологии является прогрев е среде неу в лишенных ПСПГ с защитой поверхности бетона масляными депрессорами испарения влаги.

2. Положительное влияние масляного депрессора на структуру и прочность тяжелого бетона обусловлено стягивающими усилиями на вогнутых менисках капилляров, образующимися в процессе ТО в воздушно-сухой среде ПСПГ, в результате чего средний радиус пор в поверхностном слое бетона снижается на 36% по сравнению с бетоном нормального твердения. • * .

3. Обволакивающее действие дефембера положительно сказывается и на бетоне, прогреваемом в паровой среде: капиллярная пористость поверхностного слоя уменьшается по сравнении с бетоном нормального твердения на 1/3. Прочность бетона на сжатие при этои в суточном возрасте практически не отличается от прочности бетона, обработанного в паровой среде без покрытия, а в 28-суточном возрасте - возрастает на 1%.

4. Анализ работы ямных камер, использующих ПСПГ, показал, что в результате несинхронной работы вытяжного дымососа с давлением газа в горелке имеет место неконтролируемый подсос наружного воздуха, который призодит к перерасходу природного газа на 18-20%. Существующее положение исправляется только конструктивным изменением системы регулировки шибера на вытяжном дымососе, или работой камер на специальных режимах, исключавших стадию изотермического прогрева.

-245. Ьа экономичность работы ямных камер существенное влияние оказывает коэффициент их загрузки бетоном изделий. Предложено техническое решение, позволяющее искусственно повышать коэффициент загрузки камер, что приводит к экономии газа в количестве 10 ш3 на кавдом прогретой кубе изделий.

6. Для тепловых установок, оснащенных теплогенераторами Т0К-1А, разработана; номограмма, позволяющая определять средний за цикл ТО уровень давления газа в горелке, с тем, чтобы не выйти эа пределы нормативного удельного потребления топлива.

7. Для ямных камер с целью экономногй расходования газа и снижения сушки тяжелого бетона разработаны режимы ТО с уменьпаю-щейся во времени скоростью подъема температуры среды:

20-Ь0°С/ч - в первые 0,5 ч нагрева;

14-20°С/ч - во вторые 0,5 ч;

8~10°С/ч - в последующий. 1ч;

3-5°С/ч - в течение 2 ч;

2-3°С/ч - до достижения 85-95°С. Явно выраженная стадия изотермического прогрева в общем цикле ТО макет отсутствовать. При коэффициенте загрузки камеры 0,1 удельный расход природного газа за цикл ТО равен 6-10 нм8/*«3, что в 1,5-2 раза меньше нормативных значений. Данный способ обеспечивает для цементов 1-й групп активности при пропаривании и обороте камер 1-1,5 об/сут получение отпускной прочности бетона, равной 60-6ЙЙ марочной.

8. Для целевых камер, у которых привязка теплогенераторов выполнена по типовому решению, оптимальными по расходу газа являются режимы, изменяющиеся в зависимости от ритма движения вагонеток в камере. Температурные параметры среды ПСПГ по длине камеры должны б1:хь следующими, °С:

на входе в щелевую камеру: = ¿¿>. ъ~°'33

в зоне подающих патрубков первых двух генераторов: ¿^/СзЪ^45; в зоне подающего патрубка третьего генератора: ¿2 - г на выходе из камеры: ¿¿¡^ *SJ2~qгз.

Относительная влажность среды ПСПГ в соответствующих точках 1р9деляется по аналогичным зависимостям, %'•

\ Г,- ; ^-д?-*««;

ё- ритм движения вагонеток в камере, равный отношению дли-гльности оборота теплового агрегата 7", ч, к количеству постов-■оянок в камере/?.

Указанные режимы обеспечивают снижение расхода природного за по сравнению с известными способами на 10% при получении греемой отпускной прочности бетона.

9. Анализ особенностей работы щелевых камер с газовым тепло-сителем позволил разработать усовершенствованные варианты конст-кций установок непрерывного действия. Первый предусматривает змещение в камере специальной системы оребрения пола и подвес-го подвижного потолка, за счет чего без использования дополни-гсьных мощностей в 1,4 раза увеличивается интенсивность прогрева }елий и на 25-30%. снижается удельный расход природного газа.

10. Второй вариант реконструкции щелевых камер предусматри-5Т изменение принципиальной схемы подключения теплогенераторов остановкам: вместо последовательных, раздельных и независимых т от друга колец циркуляции ПСПГ необходимо установить парал-[ьныа, однонаправленные и "вложенные" одно в другое кольца цир-1яции. Кольца должны охватывать зону активного теплового воз-¡ствия камеры, размеры их равны ; где п, - чис-форм-вагонето„. в камере; £ - порядковый номер внутренних ко-

лец по степени их вложения одно в другое;^ -длина щелевой камеры.

II. Для реализации разработанных режимов прогрева изделий в теплоиспользущих установках предложено простое, надежное и удобное в работе устройство, которое упрощает методику замерз важности и позволяет отказаться от дорогостоящих приборов и их наладки.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Тепловая обработка предварительно напряженных многопустотных плит/ Д.Г.Ерисова, М.А.Коршунов, С.А.Дикань и др.// Строит, материалы и конструкции,- ГЭ8Э.- № 4.- С.33-34.

2. Прогрев изделий продуктами сгорания природного газа/ Ю.М.Гошовский, Н.Г.Чуприна, С.А.Дикань, Н.Н.Куприянов// Строит, материалы и конструкции,- 1990.- № 4,- С.26-28.

3. Дикань С.А. Экономия материальных и энергетических ресурсов при тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа// Снижение материалоемкости и трудовых затрат в строительстве".- Киев; УМК ВО.- 1991.- С.138-144.

4. A.c. 1699984 СССР, МКИ С 04 В 41/30. Способ тепловой обработки изделий из тяжелого бетона/ М.А.Коршунов, С.А.Дикань, С.И.Каликиченко, П.И.Улько (СССР)// Ш № 47, 1991.

5. Температурно-влажностные режимы работы щелевых камер с газовым теплоносителем/ М.К.Чемерис, Н.Г.Чуприна, М.А.Коршунов, С.А.Дикань//Строит. материалы и конструкции.- 1992,- №2,- С.2Ь-2о.

6. Куприянов Н.К., Дикань С.А. Особенности работы щелевых камер с газовым теплоносителем// Тез.докл.ХХ1У Мевдународ.конф. по бетону и железобетону.- М,- 1992.- С.Ю4-ЮЬ.

7. Дикань С.А., Коршунов М.А. Создание теплоиспольэ.ующих установок и способов прогрева изделий из бетона ПСПГ// Тез.докл. 45-й научной конференции...Полтавского инженерно-строительного ин-та.- Полтава.- 1993.- С.181.

SfG^l—