Ямная пропарочная камера для железобетонных свай

- стенд для испытания  готовых изделий.

Для обеспечения нормативной  цикличности производства важно  содержать формы и формовочное  оборудование в чистоте. После каждого  цикла формования формы чистят и смазывают, применяя для этого различные машины, приспособления и смазочные материалы. Для очистки форм и поддонов применяют машины, рабочими органами которых являются цилиндрические щетки из стальной проволоки, абразивные круги и инерционная фреза из металлических колец. Для очистки форм применяют также химический способ, который основан на свойстве некоторых кислот, например соляной, разрушать цементную пленку. Формы следует чистить на специальном посту с соблюдением требований техники безопасности.

На качество железобетонных изделий влияет сцепление бетона с поверхностью форм. Один из способов уменьшения сцепления – использование смазок. Правильно выбранная и хорошо нанесенная смазка облегчает расформование изделия и способствует получению его ровной и гладкой поверхности. На заводах применяют три вида смазок: водные и водно-масляные суспензии, водно-масляные и водно-мыльные эмульсии, машинные масла, нефтепродукты и их смеси.  Наиболее стойки и экономичны водно-масляные, эмульсионные смазки. Смазку на поверхность форм наносят распылителями, а в тех местах, где неудобно их использовать, применяют специальные механизмы.

Арматурные сетки и  каркасы изготовляют в арматурном цехе, оборудованном резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Изготовление арматуры складывается из следующих операций: подготовки проволочной и прутковой стали – чистки, правки, резки, стыкования, гнутья; сборки стальных стержней в виде плоских сеток и каркасов; изготовления объемных арматурных каркасов, включая приварку монтажных петель, закладных частей, фиксаторов. Сборку сеток и каркасов из стальных арматурных стержней производят посредством точечной контактной электросварки, Процесс точечной сварки может длиться доли секунды при применении тока в несколько десятков тысяч ампер.

После формования изделия пропаривают в ямных камерах.

Испытание готовых железобетонных изделий на прочность, жесткость  и трещиностойкость производят согласно ГОСТам. Критерием прочности служит нагрузка, при которой изделие теряет свою несущую способность (разрушается). Контроль качества осуществляется лабораторией и ОТК завода. Выборочно также проверяется: прочность, жесткость, трещиностойкость на стенде, геометрические параметры, толщина защитного слоя.

Рассчитаем состав бетонной смеси для изготовления свай.

Расходы цемента  на 1 м³ бетоносборных железобетонных изделий для основных технологических и технико-экономических расчетов принимаются по СНиП 5.01.23-83 «Типовые нормырасхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций».

Для проектной марки  бетона В25 (М300) при отпускной прочности бетона 100% проектной рекомендуемая марка цемента М500. Для изготовления свай необходимая удобоукладываемость бетонной смеси 5-9 с. Расход цемента марки М500 на 1 м³ смеси– 410 кг [табл.16 СНип5.01].

Расход воды для приготовления бетонной смеси принимаем 200 л/м³ [ОНТП].

Отношение В/Ц=200/410=0,488.

В качестве крупного заполнителя  для тяжелого бетона рекомендуется  гравий. По ОНТП расчетная насыпная плотность гравия 1600 кг/м³. Основной мелкий заполнитель – речной песок крупностью Мк=2. По ОНТП расчетная насыпная плотность песка 1500 кг/м³

Расход гравия:

,

где a - коэффициент раздвижки зерен щебня,  при В/Ц=0,488 и расходе цемента 410 кг/м³ принимаем a=1,46; V_пуст – пустотность гравия; r_н – насыпная плотность гравия, кг/л; r_г - плотность гравия, r_г =2900 кг/м³

Пустотность гравия:

Расход песка по формуле:

,

где r_ц – плотность цемента, r_ц =3100 кг/м³, r_п – плотность песка, r_п =2600 кг/м³.

Средняя плотность уплотненной  смеси:

2.2. Обоснование  режима тепловой обработки 

 

Прочность бетона нарастает  в течение длительного времени, но наиболее интенсивный ее рост наблюдается  в начальный период   твердения. Прочность бетона приготовленного на портландцементе, интенсивно нарастает первые 28 суток. Но и в последующем при благоприятных условиях твердения — положительной   температуре,    влажной    среде — прочность бетона может нарастать весьма продолжительное время, измеряемое годами. Объясняется это явление длительным процессом окаменения цементного раствора — твердением геля и ростом кристаллов. Если бетон остается сухим, как это часто бывает при эксплуатации большинства железобетонных конструкций, то по истечении первого года дальнейшего нарастания прочности ожидать уже нельзя.

Процесс твердения бетона значительно ускоряется при повышении  температуры и влажности среды. С этой целью железобетонные изделия  на заводах подвергают тепловой обработке  при температуре до 90°С и влажности до 100 % или же специальной автоклавной обработке при высоком давлении пара и температуре порядка 170°С. Эти способы позволяют за сутки получить бетон прочностью 70% проектной. Твердение бетона при отрицательной температуре резко замедляется или прекращается.

При назначении длительности изотермического прогрева изделий  необходимо учитывать рост прочности  бетона при их выдерживании в тепловых агрегатах без дополнительного теплоподвода (или с теплоподводом для компенсации теплопотерь), в период межсменных перерывов, во время выполнения доводочных работ в цехе и хранении на утепленных складах. При выдерживании изделий в нерабочее время в тепловых агрегатах подачу в них теплоносителя следует прекращать за 2-3 ч. до окончания изотермического прогрева либо понижать температуру прогрева на 10-15 ⁰С.

Скорость остывания  среды в камерах в период снижения температуры изделий из тяжелого бетона после изотермического прогрева, как правило, должна быть не более 30⁰С/ч, а при повышенных требованиях по морозостойкости и водонепроницаемости, а также при тепловой обработке изделий из мелкозернистого и напрягающего бетонов, многослойных и с отделочными слоями - не более 20⁰С/ч. При выгрузке изделий из камер температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды на должен превышать 40 ⁰С. 

Относительную влажность  среды в период изотермического прогрева изделий из тяжелого бетона необходимо поддерживать на уровне 90-100%. При использовании продуктов сгорания природного газа период подъема следует проводить в среде с относительной влажностью 20-60% с последующим доувлажнением до 80% на стадии изотермического прогрева. При относительной влажности среды менее 80% необходимо предусматривать мероприятия для защиты бетона изделий от испарения влаги.

Тепловую обработку следует производить по режимам, устанавливаемым опытным путем с учетом требований ОНТП 7-80.

Для проектного класса бетона В25 при толщине изделия 160-300 мм тепловых агрегатов принимаем предварительно два режима тепловой обработки:

1. При 1,5-2 оборотах  теплового агрегата в сутки:

- подъем температуры  – 3 часа;

- изотермическое выдерживание  при температуре 80-85° - 5+1,5=6,5 ч;

- остывание – 2 ч.

2. При суточном обороте  теплового агрегата:

- температура разогрева бетона  - 80-85°

- подъем температуры  – 5 часа;

- термосное выдерживание (без подачи пара) 15 ч.

Расход пара на тепловлажностную обработку изделий при использовании ямных камер определяется по СНиП 513-79. Предварительно принимаем по ОНТП 07-85 для режима тепловой обработки по первому варианту - 170 кг/м³. При применении режима тепловой обработки по второму варианту расход пара составит 0,7х170=119 кг/м³

 

2.3. Обоснование типа тепловой установки

 

В производстве сборных  железобетонных изделий ускорение  процесса твердения бетона является важным условием: повышается оборачиваемость форм, эффективно используются производственные площади и др.

Эти условия обеспечиваются за счет применения быстротвердеющих бетонов, ускорителей твердения, активных методов уплотнения, тепловых воздействий и др. Чаще всего прибегают к тепловым воздействиям, обеспечивающим распалубку изделий в короткие сроки после их формования: обработке изделий паром без давления при температуре среды до 90°С в ямных и туннельных камерах, в камерах полуавтоклавного режима Л. Н. Семёнова, где можно создать среду с температурой 100°С, в формах с полостями для подачи в них пара, под съёмными колпаками из брезента или из жестких материалов; электропрогреву изделий; формованию «горячих» масс, нагретых в бункере; прогреву в расплавленном петролатуме; термообработке в электромагнитном поле; нагреву инфракрасным облучением; обработке в автоклавах под давлением пара и др.

Ямные камеры применяют  большей частью для теплообработки крупногабаритных изделий, пропариваемых в формах или поддонах со снятой бортоснасткой и с опорой их на автоматически выдвигаемые из пазух стен кронштейны.

Автоклавная обработка  бетонов паром под давлением 8-12 атм. и более позволяет в короткие сроки получать изделия с заданной прочностью, а также рационально использовать в качестве вяжущего, помимо цементов, извести, шлаковые вяжущие. Применение такой обработки для крупногабаритных изделий долгое время ограничивалось отсутствием для них автоклавов надлежащих размеров.

Одним из перспективных способов ускорения твердения бетона является предварительный электропрогрев бетонной смеси до укладки в формы. Такой бетон способен в короткие сроки достигать высоких показателей прочности в утепленных формах («термосное выдерживание»). Уже через 12 часов такой бетон достигает прочности, превышающей на 80-100% прочность бетона такого же возраста при обычном способе изготовления.

Тепловлажностная обработка - наиболее длительный и ответственный  процесс технологии. Поэтому правильная организация такого процесса и выбор конструкции установок, в которых он протекает, во многом определяют качество готовой продукции.

Конструкции тепловых установок разнообразны. Простой и самой распространенной на предприятиях сборного бетона является пропарочная камера ямного типа. Эти камеры применяют на заводах и полигонах.

Изготовленная из железобетона пропарочная  камера имеет прямоугольную форму. По боковым стенкам камеры установлены  стойки с кронштейнами. В одной  из боковых стен делается отверстие  для забора воздуха из атмосферы при охлаждении, снабженное водяным затвором. Сопряжение крышки со стенками камер снабжено также водяным затвором. Для отбора паровоздушной смеси устроен канал, сообщающийся через водяной затвор с системой вентиляции. В днище предусмотрена система отбора конденсата, пропускающая его и не пропускающая пар.

Для нагрева изделий через паропровод в камеру подается пар. Камеры размещаются  в технологических линиях и соединяются  в блоки. Габариты камеры в плане  соответствуют габаритам обрабатываемых изделий. Изделия размещаются, в зависимости от размеров, в один - два штабеля. Высота камеры 2,5-3 м. Для удобства обслуживания основная часть (до 3/4 высоты) камеры заглубляется в землю.

В процессе прогрева и  изотермической выдержки пар конденсируется, отдает теплоту и в виде конденсата удаляется через дренажную систему. По окончании выдержки подача пара прекращается, и через вентиляционные каналы удаляется паровоздушная смесь. При этом вода в затворах вскипает и в виде паровоздушной смеси также удаляется. Через освободившийся от воды затвор, соединяющий крышку со стенками, в камеру поступает воздух, который охлаждает изделия, сам нагревается и также удаляется через вентиляционный канал. После охлаждения изделий камера раскрывается, а изделия, набравшие 70-80% марочной прочности, выгружаются из камеры краном. Так как камера не является герметичной установкой, ибо и стены и затворы выдерживают очень небольшое избыточное или отрицательное давление, то в камере практически поддерживается атмосферное давление (0,1 МПа).

Необходимость экономии топливно-энергетических ресурсов заставила  искать возможности снижения расходов пара на тепловлажностную обработку. В связи с этим ВНИИ железобетона, КТБ Стройиндустрии и ПКТБ Главленстройматериалов предложены усовершенствования стенок, днища и крышек пропарочных камер, а также принципов подачи пара в камеры.

По данным ВНИИ железобетона фактический коэффициент полезного  использования тепловой энергии (КПИ) в пропарочных ямных камерах  не превышаёт 20%. Вводя усовершенствования в конструкции, а, также устранив утечки и выбросы пара, можно обеспечить увеличение КПИ до 85%. Для этого вместо днища из тяжелого бетона рекомендуется днище с воздушными прослойками.

Основное днище выполняется  из керамзитобетона и кладется на песчаную подготовку. Над основным днищем, которое выполнено с уклоном к месту отбора конденсата, находится воздушная прослойка, перекрытая фальш-днищем. Уклон фальш-днища делается в обратном направлении для создания гидравлической петли из стекаемого конденсата в целях лучшего разделения находящегося в камере пара и удаляемого конденсата. При этом возможность «пролетного» пара в конденсатоотводящую систему резко снижается.

Основным источником потерь теплоты в ямных камерах  были массивные стены из тяжелого бетона. Значительное количество теплоты они отдавали в окружающую среду; много теплоты расходовалось на их разогрев; кроме того, теплота терялась при охлаждении и разгрузке камер. Поэтому для стен ямной камеры предложены легкие теплоизолирующие конструкции. Наружная стена камеры состоит из железобетонного каркаса, на котором монтируются экраны с воздушными прослойками. Шаг прослоек регулируется деревянными прокладками. Вся конструкция экранов с обеих сторон гидроизолируется фольгоизолом, по которому прокладывается асбестоцементный лист. Претерпел изменения и гидрозатвор, для уплотнения которого кроме опорного ребра введено дополнительное уплотняющее ребро.

Кроме того, разработаны  разделительные стенки с бетонным каркасом и экранной изоляцией. Для внутренних и наружных стен с экранной изоляцией разработаны конструкции с металлической изоляцией. Эти стеновые конструкции обладают малой массой, хорошей теплоизоляционной способностью и почти не аккумулируют теплоту.

У крышек ямных камер значительно увеличилась толщина теплоизоляционного слоя. Плоские крышки снабжаются стальным экраном для стока конденсата в гидравлический затвор и для предохранения поверхности изделия от попадания конденсата. Глубина швеллера, используемого в качестве гидравлического затвора, не менее 100 мм.