Различной толщины; в — ступенчатый режим тепловой обработки

На длительность тепловой обработки также оказы­вает влияние массивность изделий. С увеличением мас­сивности возрастает температурный перепад между на­ружными и внутренними слоями бетона, увеличивается величина температурных напряжений и вероятность возникновения температурных деформаций. На графи­ке режима тепловлажностной обработки (рис. 1, б) дано изменение температуры среды в установке t _ср, тем­пература поверхности изделия t _п зависит от интенсив­ности теплообмена в установке и следует за температу­рой среды с отставанием. Температура центра бетонного изделия t _ц1, зависит от коэффициента теплопроводности материала л и толщины изделия: для тонких изделий t _ц1 незначительно отстает от t _п, перепад температур по­верхность — центр , невелик. Температура центра тол­стого массивного изделия t _ц2 значительно отстает от t_п, перепад температур может превысить предель­но допустимую величину (принято ) структура изделия будет нарушена.

Для предотвращения этого явления применяют сту­пенчатый режим обработки (рис.1,в). В период на­грева и охлаждения вводят одно или несколько проме­жуточных выдерживаний (), позволяющих довести температурный перепад Δ t до допустимых величин.

Для восприятия теплового воздействия без наруше­ния структуры бетон должен обладать начальной (кри­тической) прочностью, для чего его предварительно выдерживают при температуре окружающей среды. Быс­трый нагрев после формования приводит к преждевре­менному уплотнению оболочки вокруг зерен цемента, прекращению диффузии раствора, замедлению реакций, к недоиспользованию цемента.

Скорость прогрева бетонных изделий зависит от на­чальной прочности бетона, пластичности бетонной смеси, размеров и модуля открытой поверхности.

Независимо от тол­щины изделия в первый час подогрева скорость подъ­ема температуры назначают 10…15, второй 15…25, тре­тий 25…35 °С/ч.

Сравнивая скорости нагрева двух этапов периода (рис. 1, б), следует отметить, что < (угол на графике определяет скорость нагрева). Это обусловлено увеличением прочности бетона в период по сравнению с периодом и его способностью выдерживать более вы­сокие термические напряжения.

Длительность изотермического выдерживания в ос­новном зависит от жесткости бетонной смеси и от темпе­ратуры выдерживания. При атмосферном давлении и не­высоких температурах (до 60°С) при использовании пластичных подвижных смесей время изотермической выдержки доходит до 18…20 ч. Для жестких смесей это время сокращается вдвое, повышение температуры от 60 до 100 °С уменьшает этот период еще в 4…5 раз, доводя его до 2 ч.

Максимальная температура изотермического прогре­ва зависит от вида вяжущего: для портландцементов ее принимают равной 80…85 °С.

При хорошей теплоизоляции тепловых установок возможно применение «пикового» режима (рис. 1, а, режим III), при котором в период изотермического вы­держивания подача теплоносителя в установку не про­изводится, что позволяет значительно экономить тепло­вую энергию. Снижение температуры в установке со­ставляет 3…5 °С/ч (в зависимости от толщины и качества теплоизоляции), но в изделиях температура остается практически постоянной благодаря экзотермическим ре­акциям в твердеющем бетоне.

При охлаждении изделий, как и при нагреве, возни­кает нестационарное температурное поле, но поток теп­лоты направлен из изделия. Поэтому необходимо учи­тывать требования к допустимым температурным пере­падам, регулировать длительность охлаждения, а для массивных изделий применять ступенчатые режимы об­работки. Быстрое снижение температуры вызывает зна­чительные температурные градиенты, при которых тем­пература внутри изделия значительно выше, чем на его поверхности. При этом наблюдается также интенсивная миграция влаги с образованием в материале длинных открытых пор и капилляров. [3]

Оптимальный режим термообработки включает в себя четыре периода: предварительную выдержку изделий, подъем температуры с заданной скоростью, изотермическую выдержку изделий в течение заданного периода времени, охлаждение изделий с заданной скоростью. Для реализации второго и третьего периодов тепловлажностной обработки необходимо подводить теплоноситель (пар) в замкнутое внутреннее пространство камеры под определенным давлением (Р = 2-4 кгс/см²). В камере образуется паровоздушная смесь, температура которой зависит от количества пара, поступающего в камеру. Следовательно, воздействием на расход пара можно обеспечить как определенную скорость возрастания температуры, так и поддерживать неизменную температуру в период изотермической выдержки изделий. Необходимы разгерметизация и вентилирование внутреннего пространства камеры для охлаждения изделий атмосферным воздухом.

Анализ динамических характеристик ямных камер, как объектов регулирования показал, что они имеют отношение времени запаздывания к постоянной времени объекта Т, т.е. , лежащие в пределах до 0,2 ( <0,2). Следовательно, воздействием на расход пара можно обеспечить как определенную скорость возрастания температуры паровоздушной среды (изделий) в период подъема температуры так и поддерживать неизменную температуру в период изотермической выдержки изделий. В эти периоды внутреннее пространство камеры должно быть изолировано от окружающей среды во избежание потерь теплоносителя (пара). По окончании периода изотермической выдержки изделий необходима разгерметизация и вентилирование внутреннего пространства камеры для осуществления процесса охлаждения изделий атмосферным воздухом. Поэтому, для регулирования температуры в камерах можно использовать различные программные регуляторы.

Учитывая особенности тепловой обработки, ямная камера должна быть оснащена съемной крышкой с гидравлическими или иными затворами для герметизации и разгерметизации камеры, вентилятором для вентиляции внутреннего пространства камеры, линиями подачи пара в камеру и к эжекторам гидрозатворов, линией отвода конденсата из камеры.

В период подъема температуры необходимо при закрытой крышке камеры закрыть гидрозатворы и воздействуя на расход пара обеспечить рост температуры в камере с требуемой скоростью. В период изотермической выдержки изделий следует воздействовать на расход пара таким образом, чтобы температуры паровоздушной среды оставалась постоянной (стабильной). В период охлаждения необходимо прекратить подачу пара в камеру, обеспечить подачу пара к эжекторам гидрозатворов для их открытия и сообщения внутреннего пространства камеры с окружающей средой. Одновременно с этим должно быть запущен вентилятор, холодный атмосферный воздух будет поступать в камеру, омывать и охлаждать изделия и вентилятором удалятся в атмосферу.

Исходя из анализа технологического процесса тепловой обработки в камерах, необходимо решать следующие задачи:

-программное регулирование температуры паровоздушной смеси в камерах путем соответствующего изменения расхода пара во времени при подъёме и изотермической выдержке, управление вентилятором в период охлаждения;

- измерение и регулирования давления пара в установке;

- контроль температуры;

- предусмотреть управление системы, как вручную, так и в автоматических режимах.

В современных установках предусмотрена возможность регистрации хода технологического процесса на ЭВМ с подключением к ПК.