Приложение 2
Назначение режимов тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий
Назначение режимов тепловой обработки заключается в установлении оптимальной продолжительности отдельных ее периодов с целью обеспечения фактических ритмов работы тепловых установок и получения требуемой прочности без ухудшения конечных физико-механических свойств бетона.
При тепловой обработке бетона в камерах периодического действия прогрев изделий осуществляется при непосредственном их контакте с теплоносителем или кондуктивным способом.
Структура режима тепловой обработки характеризуется длительностью предварительного выдерживания, температурой и скоростью разогрева, продолжительностью и способом выдерживания разогретых изделий и выражается как сумма времени отдельных её периодов в часах.
Выдерживане разогретых изделий в камерах периодического действия может осуществляться путем термосного или изотермического прогрева. С точки зрения достижения минимальных энергозатрат на тепловую обработку предпочтительным является использование термосного выдерживания. Изотермический прогрев должен приниматься в том случае, если термосное выдерживание не обеспечивает достижение требуемой прочности к моменту распалубки.
Изотермический прогрев осуществляется путем подвода тепловой энергии, термосное выдерживание – без дополнительного подвода тепла.
Расчетные режимы тепловой обработки с изотермическим прогревом
Максимальные по продолжительности расчетные режимы тепловой обработки изделий при использовании изотермичекого прогрева в камерах периодического действия и режимы тепловой обработки изделий в камерах непрерывного действия для достижения отпускной прочности бетонов на портландцементе после последующего 12 часового выдерживания приведены в табл. 4 и 5.
Максимально допустимая температура бетона к концу периода нагрева не должна превышать 80…85оС при использовании портландцемента (в том числе и с минеральными добавками) и 90…95оС при использовании шлакопортландцемента.
Применение пониженных температур разогрева, обеспечивающих достижение заданной прочности бетона в требуемые сроки, позволяет снизить расход энергии в 1,5…2 раза по сравнению с расходом при 80…85оС.
При назначении режимов тепловой обработки следует учитывать следующие положения:
при применении шлакопортландцемента в бетонах марок М400 длительность изотермического выдерживания следует увеличивать по сравнению с величинами, приведенными в табл. 3 и 4, на 1,5 часа;
период предварительного выдерживания не предусмотрен и принимается дополнительно для стендового производства – 1 час, для агрегатно-поточного и конвейерного производства – 0,5 часа. При тепловой обработке с механическим пригрузом в малонапорных и индукционных камерах, в кассетных установках, а также при применении разогретых бетонных смесей предварительное выдерживание можно не предусматривать.
продолжительность отдельных этапов тепловой обработки при соответствующем обосновании может быть изменена в пределах общей длительности тепловой обработки;
при применении химических добавок – ускорителей твердения цикл тепловой обработки сокращается на 1 час за счет времени изотермической выдержки;
при тепловой обработке изделий в малонапорных камерах с избыточным давлением до 0,03 МПа, а также под механическим пригрузом длительность тепловой обработки сокращается за счет времени подъёма температуры для изделий толщиной до 300 мм на 1,5 часа, толщиной более 300 мм – на 1 час;
при применении предварительно разогретых до температуры (55±5)оС бетонных смесей суммарное время подъёма температуры и изотермического выдерживания сокращается на 2 часа для марок бетона до М300 и на 1 час – для бетона марок М400 и выше;
при изготовлении предварительно-напряженных конструкций с отпуском напряжений на горячий бетон режимы тепловой обработки принимаются по табл. 4 и 5;
в зимнее время при отрицательных температурах воздуха на полигонах расчетные режимы тепловой обработки следует увеличивать на 2 часа за счет периода подъёма и охлаждения.
Расчетные режимы тепловой обработки изделий из тяжелого бетона при температуре изотермической выдержки 80…85оС приведены в табл. 4.
Расчетные режимы тепловой обработки изделий из тяжелых бетонов в кассетах (при расположении паровых отсеков через два рабочих отсека) и пакетах приведены в табл. 5.
Таблица 4
Расчетные режимы тепловой обработки изделий из тяжелого бетона при температуре изотермической выдержки 80…85 оС
Проектная марка бетона |
Режимы тепловой обработки в часах при толщине бетона в изделиях, мм, до |
||
160 |
300 |
400 |
|
200 |
11(3,5+5,5+2) |
12(3,5+6,5+2) |
13(3,5+6,5+3) |
300 |
9(3+4+2) |
10(3+5+2) |
11(3+5,5+2,5) |
400 |
8,5(3+3.5+2) |
9,5(3+4,5+2) |
10,5(3+5+2,5) |
500 |
8(3+3+2) |
9(3+4+2) |
10(3+4,5+2,5) |
600 |
7(3+2+2) |
8(3+3+2) |
9(3+3,5+2,5) |
Таблица 5
Расчетные режимы тепловой обработки изделий из тяжелых бетонов в кассетах
Толщина бетона в изделиях, мм |
Проектная марка бетона |
Режим тепловой обработки при 90…95оС, час |
До 100 101…200 |
М150 М150 |
1+4+4 1+5+5 |
До 100 101…200 |
М200 М200 |
1+3,5+3,5 1+4+4,5 |
До 100 101…200 |
М300 М300 |
1+3+3 1+3,5+4 |
Примечания:
Режим тепловой обработки включает время подъёма температуры в тепловом отсеке, изотермического выдерживания с подачей пара в отсеки, выдерживания без подачи пара в отсеки.
При прогреве изделий с двух сторон общий цикл тепловой обработки уменьшается на 1 час за счет изотермического выдерживания.
Расчетные режимы тепловой обработки с термосным выдерживанием
При термосном выдерживании температура бетона изделий принимается в зависимости от класса бетона, требуемой оборачиваемости камер в сутки n, заданной прочности бетона изделий к концу термосного цикла и показателя длительности остывания блока камер А, характеризующего тепловую инерцию блока камер с изделиями.
Температура бетона изделий при термосном выдерживании для цементов Коркинского и Катав-Ивановского цементных заводов приведена в табл. 6.
Таблица 6
Температура бетона изделий при термосном выдерживании
Класс (марка) бетона |
Заданная прочность бетона, % от R28 |
Температура разогрева бетона, ºС, при значениях показателя А |
||||||
10…40 |
41…80 |
81…150 |
||||||
При оборачиваемости камер в сутки n=1 |
||||||||
В15 (М200) |
50 / 60 |
75 / – |
70 / 80 |
60 / 70 |
||||
В22,5 (М300) |
50 / 60 / 70 |
60 / 75 / – |
55 / 70 / 85 |
45 / 65 / 80 |
||||
В30 (М400) |
50 / 60 / 70 |
45 / 60 / 80 |
50 / 55 / 75 |
40 / 50 / 70 |
||||
В37,5 (М500) |
50 / 60 / 70 |
40 / 50 / 70 |
35 / 45 / 65 |
30 / 40 / 60 |
||||
При оборачиваемости камер в сутки n=1,5 |
||||||||
В15 (М200) |
50 |
85 |
80 |
75 |
||||
В22,5 (М300) |
50 / 60 |
80 / – |
75 / – |
70 / 85 |
||||
В30 (М400) |
50 / 60 |
70 / 85 |
65 / 80 |
65 / 75 |
||||
В37,5 (М500) |
50 / 60 |
50 / 70 |
45 / 65 |
45 / 60 |
||||
В таблице приняты постоянные величины:
– длительность оборота камеры при n=1 составляет 24 ч, при n=1,5 – 16 ч;
– предварительное выдерживание изделий в камере – 3 ч;
– скорость подъема температуры – 10 град/ч;
– суммарная длительность загрузки и выгрузки камеры – 2 ч.
Длительность подъёма температуры в изделиях определяется по формуле
р = tр/10, (4)
где tр – температура разогрева, принимаемая по табл. 6.
Длительность термосного выдерживания определяется по следующим формулам:
для n=1 тв = 24 – (3+р+2), (5)
для n=1,5 тв= 16 – (3+р+2). (6)
Показатель длительности остывания блока камер с изделиями А рассчитывается по формуле
,
(7)
где (с)б, Vб соответственно объемная теплоемкость (кДж/м·град) и объем бетона изделий в плотном теле (м) в блоке камер;
(c)м , Vм то же, ограждающих конструкций блока камер;
(c)окVок то же, металла в блоке камер;
Vм = (gф+gкр+gп+gсо)/7800. (8)
где gф масса металла форм в блоке камер (кг),
gкр масса металлических элементов крышек в блоке камер, кг,
gп масса стоек пакетировщиков внутри блока камер кг,
gсо масса стальной обшивки при теплоизоляции ограждений, кг.
k1F1 соответсвенно коэффициент теплопередачи, (Вт/м2град), и площадь наружных стен блока камер выше нулевой отметки пола, м2,
k2F2 то же, для наружных стен ниже нулевой отметки пола,
k3F3 то же, для днища блока камер,
k4F4 то же, для крышек блока камер.
Для расчета рекомендуется применять следующие значения объёмных теплоемкостей: для тяжелого бетона изделий и ограждающих конструкций камер – 2500 кДж/м3град для керамзитобетона 1600 кДж/м3град; для металла форм, стоек и т.п. 3800 кДж/м3град.
Значения коэффициентов теплопередачи в зависимости от вида конструкции и материала, из которого выполнены ограждения, приведены в табл. 7.
В случае утепления внутренней поверхности ограждений из тяжелого бетона слоями изоляции толщиной , м, с сопротивлением теплопередаче R0 , (м2град/Вт), значения коэффициентов теплопередачи принимаются по табл. 8.
Таблица 7
Значения коэффициентов теплопередачи
Коэффициент |
Значения коэффициентов теплопередачи, Вт/м2град |
|||
элементы ограждений камеры |
при ограждениях из |
|||
тяжелого бетона |
керамзитобетона |
|||
k1 |
Наружные стены выше нулевой отметки пола |
5,8 |
2,6 |
|
k2 |
Наружные стены ниже нулевой отметки пола |
2,3 |
2,2 |
|
k3 |
Днище |
Из бетона |
2,3 |
2,2 |
Пустотный настил |
1,3 |
- |
||
k4 |
Крышка |
5,8 |
5,8 |
|
Таблица 8
Значения коэффициентов теплопередачи в случае утепления внутренней поверхности ограждений из тяжелого бетона
Материал ограждений |
Коэффи- циенты |
Значения коэффициентов теплопередачи, (Вт/м2град), при сопротивлении теплопередачи R , (м 2град/Вт) |
|||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
||
Тяжелый бетон |
k1 k2 и k3 |
5,8 2,3 |
2,7 1,6 |
1,8 1,2 |
1,3 1,0 |
1,0 0,8 |
0,9 0,7 |
0,7 0,6 |
0,6 0,5 |
Керамзи- тобетон |
k1 k2 и k3 |
2,6 2,2 |
1,7 1,6 |
1,3 1,2 |
1,0 1,0 |
0,9 0,8 |
0,7 0,7 |
0,6 0,6 |
0,6 0,5 |
Сопротивление теплопередаче рассчитывается по формуле
(9)
где i – толщина i-го слоя ограждения (изоляции), м;
i – коэффициент теплопроводности материала i-го слоя ограждения, Вт/м·град.
Теплофизические характеристики материалов приведены в табл. 9.
Таблица 9
Теплофизические характеристики материалов
Материал |
, кг/м3 |
, Вт/м . град |
с, кДж/кгºС |
, Вт/м 2.град |
Бетон |
2400 |
1,45 |
0,84 |
25,8 |
Железобетон |
2400 |
1,56 |
0,84 |
27,9 |
Крупнозернистый бетон |
1900 |
0,99 |
0,84 |
22,3 |
Шлакобетон |
1860 |
0,82 |
0,83 |
19,2 |
Золобетон |
1640 |
0,505 |
0,98 |
11,3 |
Керамзитобетон |
1700 |
0,41 |
0,56 |
15,4 |
Силикатобетон |
1850 |
0,63 |
0,84 |
14,7 |
Газобетон |
940 |
0,241 |
0,82 |
11,2 |
Пенобетон |
400 |
0,138 |
1,65 |
7,6 |
Строительный раствор |
1800 |
0,93 |
0,84 |
22,2 |
Сталь |
7800 |
56,0 |
0,48 |
538 |
Окончание табл. 9
Материал |
, кг/м3 |
, Вт/м град |
с, кДж/кгºС |
, Вт/м 2.град |
Песок кварцевый |
1500 |
0,60 |
1,09 |
13,0 |
Керамзит |
900 |
0,408 |
0,88 |
18,6 |
Шлак гранулированный |
600 |
0,151 |
0,75 |
14,4 |
Минеральная вата |
300 |
0,063 |
0,75 |
10,0 |
Пеностекло |
500 |
0,163 |
0,84 |
14,0 |
Стеклянная вата |
200 |
0,045 |
0,94 |
9,7 |
Шлаковая вата |
100 |
0,046 |
0,74 |
22,4 |
Металлопластик |
1500 |
0,43 |
0,85 |
16,3 |
Для конструкций ограждений с теплоизоляцией, имеющих воздушные прослойки, значения сопротивления теплопередаче каждой из воздушных прослоек приведены в табл. 10.
Табл. 10
Сопротивления теплопередаче воздушных прослоек
Толщина воздушной прослойки, м |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
R0 (м2град/Вт) |
0,28 |
0,3 |
0,32 |
0,38 |
0,41 |
0,45 |
Примечание. При наличии n воздушных прослоек величину R0 следует умножить на n.