CC BY
115
Вюник ПДАБА
До 80 ргччя Приднтровсъког державног академп будгвництва та архгтектури
УДК 666. 973.6
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ГАЗОБЕТОННОГО МАССИВА В ПЕРИОД ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ВЫДЕРЖКИ ПЕРЕД АВТОКЛАВНОЙ ОБРАБОТКОЙ
Н. В. Морозова
Ключевые слова: тепломассопереносные процессы, предварительная выдержка, тепловлажностная обработка, газобетонный массив, гидратационные процессы.
Постановка проблемы. Высокая стоимость энергоносителей в настоящее время стала реальностью, с которой необходимо считаться. Поэтому внедрение энергосберегающих технологий становится одним из важнейших факторов конкурентоспособности выпускаемой продукции. В настоящее время имеются реальные возможности снижения расхода тепла при производстве автоклавного газобетона за счет совершенствования отдельных технологических переделов. При рассмотрении технологии производства газобетона автоклавного твердения с теплоэнергетической точки зрения рекомендуется изучить все возможности и резервы, позволяющие уменьшить расход пара при автоклавной обработке изделий.
Анализ публикаций. Вопросы управления режимами тепловлажностной обработки (ТВО) твердеющего бетона ранее рассматривались такими известными учеными как И. Б. Заседателев, Л. А. Малинина, А. А. Афанасьев, Е. И. Шмитько и др. Однако эти исследования касались в основном тяжелого бетона, который в камеры ТВО попадает с температурой, равной температуре окружающей среды. Вопросы влияния экзотермии извести на снижение энергозатрат при автоклавной обработке газобетонных изделий подробно освещены в публикациях В. А. Мартиненко. При производстве автоклавного газобетона, в результате экзотермии извести, газобетонная смесь саморазогревается до температуры 40...50 оС. Необходимо не только не дать остыть сырцу, но и дальше разогреть его примерно до температуры 85.90 оС. Однако недостаточно изученным является вопрос влияния миграции влаги, определяемый процессами внешнего и внутреннего тепло- и массообмена.
Цель работы. Теоретически обосновать возможность управления температурой, влажностью, массотеплообменом и скоростью рециркуляции теплоносителя в специальных щелевых камерах на посту предварительной выдержки газобетонного массива перед автоклавной обработкой. Выдерживание массивов в такой камере позволяет получить оптимальные с точки зрения экономии энергоресурсов параметры по температуре и влажности сырца.
Оновная часть. Механизм твердения бетона (как твердого, так и ячеистого) - это процесс формирования сложных многофазных образований. Рассматривая его как систему, необходимо учитывать, что она состоит из трех подсистем как объектов управления. Это тепло- и массопереносные, структурообразующие процессы и процессы, вызывающие напряженные состояния. С точки зрения энергосбережения важно для нас рассмотреть подсистему тепло- и массопереноса. Управление процессом твердения непосредственно в тепловых аппаратах осуществляется через параметры температуры, влажности и давления. При этом газобетонные массивы на пост предварительной выдержки перед автоклавной обработкой поступают уже предварительно разогретыми за счет экзотермии извести. Скорость химической реакции гидратации вяжущих зависит от температуры. Известно, что при температурном воздействии на твердеющие бетоны скорость фазовых превращений существенно возрастает [1]. Температурный градиент по плоскости и сечению конструкций, который образуется в начальном периоде твердения, обуславливает миграцию химически несвязанной влаги в область с пониженной температурой. С увеличением температурного градиента увеличивается и скорость ее перемещения, изменяется В/Т, происходят явления массопереноса, из-за чего и наступают деструктивные процессы в твердеющем бетоне. Автором [5] показана
не эффективность длительного воздействия повышенной температуры на твердеющий бетон.
С этим выводом связано энергосберегающее направление, предусматривающее использование камер с регулируемой тепловой обработкой. Экономия тепловой энергии при применении указанных режимов достигается тем, что подача теплоносителя прекращается сразу после того как температура бетона в изделии достигает заданного значения и поддерживается с помощью различных технологических приемов. На скорость набора
прочности начинает влиять влажностный фактор. Сближение частиц цемента в период испарения влаги и при реакциях гидратации зависит от баланса внутренних сил (пленочного расклинивающего давления, капиллярных, межчастичного гравитационного притяжения). Максимальное сближение частиц всегда происходит при определенном влажностном состоянии дисперсии. При этом автором [5] установлено, что поверхностная, связанная адсорбционными силами вода, сама по себе не обеспечивает протекание гидратационных процессов. Для этого необходима объемная (капиллярная) вода, которая по мере увеличения ее содержания сначала скапливается в ограниченных вогнутыми менисками межзерновых стыках, а затем и в межзерновых полостях (капиллярах). Границей между адсорбционным и капиллярным состоянием для негидратированного цемента является относительная влажность межзерновых пор в 23...24 %. Именно при такой влажности и начинаются гидратационные процессы. Причем с дальнейшим повышением влажности пор гидратационная активность цемента возрастает пропорционально этому показателю вплоть до 100 %. Поэтому объективной характеристикой влажностного состояния является не общий показатель влажности, а относительная влажность межзерновых пор в цементном камне или известково-кремнеземистом вяжущем для газобетона. И именно этот показатель отражает истинное содержание воды, участвующей в гидратационном процессе [5]. Таким образом, для эффективного использования тепловой энергии с точки зрения обеспеченности протекания гидратационных процессов нужно существенно повысить контроль над влажностным состоянием твердеющего бетона, а также применять ряд мероприятий, исключающих высушивание - увлажнение теплоносителя, влагоизоляцию поверхности изделий, регулирование направления тепловых потоков.
Технологическая схема производства газобетонных изделий автоклавного твердения предполагает предварительную выдержку газобетонного сырца после резки. При этом, как уже отмечалось, массив имеет существенную разницу температур в центре и в поверхностных слоях, а также различную плотность по высоте изделия, хотя в целом газобетонный массив в результате экзотермии извести в процессе завершения ее гидратации и начальной гидратации цемента имеет температуру порядка 40.75 оС [4]. В результате массив разделяется на зоны так называемой повышенной прочности, которые в процессе автоклавной обработки способны вызывать напряжения и микротрещины [2]. Особенно часто эти явления протекают при предварительной выдержке массивов в цехе, при температуре 18.20 оС. При этом за счет разницы температур (окружающая среда и сам массив) происходят потери как тепла, так и влаги за счет процесса усыхания. Возможно даже остывание сырца до температуры 20 оС. Происходит недопустимая в наше время потеря тепловой энергии. Приходится снова затрачивать значительное количество тепла для прогрева изделий до максимальной температуры в автоклаве.
Создавая оптимальные температурно-влажностные условия предварительного выдерживания массива, которые позволяют сохранять энергию, можно управлять кинетикой гидратации цемента и сократить затраты энергии на первые стадии ТВО [2]. Целесообразно повысить температуру газобетонного сырца во время предварительной выдержки до 95 оС. Дальнейшее повышение температуры в это время может вызвать повреждение структуры газобетона из-за явлений бурного выделения влаги в виде пара и высыхания [3]. Низкая же температура газобетонных изделий не позволяет интенсифицировать теплообмен, ускорить нагрев центра изделия и получить однородный прогрев массива. Прогрев поданного в автоклав разогретого массива ускоряется в два раза и за счет этого можно сократить продолжительность тепловой обработки на 3.4 часа [3]. При этом повышается однородность прочности по сечению массива в связи с уменьшением разности температур в центре и на поверхности изделий. Уменьшение температурного перепада между поверхностью газобетона и температурой поступающего в автоклав пара обеспечивает снижение температурных напряжений в материале и повышает качество готовых изделий. В частности повышение начальной температуры изделий перед автоклавной обработкой с 40 до 85о снижает количество бракованных изделий с трещинами с 15 до 1 % [4]. Начальная влажность газобетонных изделий перед автоклавной обработкой двояко влияет на процесс запаривания. С одной стороны, увеличение влажности с 20 до 60 % приводит к сокращению длительности прогрева в среднем в 1,5 раза, а с другой - к увеличению расхода пара на 30.38 % и повышению послеавтоклавной влажности [2]. Рациональной представляется влажность 28.32 %, расход пара при этом уменьшается в среднем на 9.13 %. Таким образом, оптимальными
Вюник ПДАБА
До 80 ргччя Приднтровсъког державног академИ будгвництва та архгтектури
представляются следующие параметры газобетонного массива: температура 80.90 оС, а влажность в среднем 30 %. На многих заводах в момент загрузки автоклава средняя температура газобетонного сырца составляет только 50 оС. На современных заводах предусмотрены специальные камеры для предварительной выдержки газобетонных изделий.
Вариант 1. Термос-массив накрывается колпаком. В такой камере невозможно регулировать температуру. Некоторое время температуру можно сохранить на уровне температуры сырца после резки, при этом она не будет постоянной по всему объему. Происходит процесс остывания из-за несовершенства термоизоляции, через которую проходят потери тепла.
Вариант 2. Специальная камера с подогреваемым полом и закрывающимися шторами при входе и выходе. Выделяемое при гидратации тепло вторично используется для нагрева и поддержания на должном уровне температуры сырца. Частичное регулирование температуры.
Вариант 3. Туннельная камера-батарея с тепловыми (паровыми) регистрами. В них можно поддержать температуру на уровне 30.40 оС. Нагревание проходит за счет стационарных потоков. При этом возможно нагреть массив до 60 - 80 оС. К недостаткам данного способа относят неравномерность нагрева, а также технологические неудобства: регистры подвергаются коррозии, на них оседает накипь и т. д. Регулирование параметров ограничено. Можно регулировать только температуру.
Нами предложен следующий вариант: туннельная щелевая камера с рециркуляцией теплоносителя. Камера предварительной выдержки состоит из камеры и дополнительных систем, обеспечивающих регулирование температурно-влажностного режима: агрегат подачи паровоздушной смеси, которые могут состоять из вентилятора + нагреватель или инжектор + вентилятор. Под камерой размещены вентиляционные каналы для подачи холодного воздуха, который регулирует температуру, не допуская перегрева массива. Повышение интенсивности тепломассообменных процессов происходит за счет организации направленного движения греющей среды. Данная установка позволяет управлять температурой, влажностью, массо-теплообменом и скоростью рециркуляции. В камере предварительной выдержки теплоноситель обдувает плоскость массива и интенсифицирует коэффициент теплопередачи Работа такой камеры обеспечивает повторное использование побочных продуктов технологического процесса, т. е. рекуперацию энергии и воды. Для экономии теплоносителя в камеру подводят конденсат из автоклавов, а также пар, образующийся при распалубке сырца после вибровспучивания. Кроме экономии теплоносителя, забирая конденсат из автоклава, мы решаем еще и такую задачу. Дело в том, что конденсат наряду с положительным влиянием, а именно ускорением прогревания изделий, оказывает и отрицательное действие. Он проникает в поры газобетона, где встречает на своем пути обратные потоки воздуха, расширяющегося при нагревании и вытесняемого паром и конденсатом. Встречные потоки пара воды и воздуха в порах материала вызывают внутренние напряжения [3], которые отрицательно сказываются на качестве газобетонных изделий.
Вывод. Таким образом, выбор технологических режимов предварительной выдержки целесообразно сопоставлять с разработкой влажностных режимов, исключающих отрицательное влияние массообменных процессов, а также с управлением температурными процессами и скоростью движения теплоносителя.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Афанасьев А. А. Тепловая обработка бетона в монолитном домостроении / А. А. Афанасьев, Ю. А. Минаков, Ю. Б. Гурецкий // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2003. - № 2. - С. 12-13.
2.Зейфман М. И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов /
М. И. Зейфман. - М. : Стройиздат, 1990. - 184 с.
3.Иванов В. И. Узловые вопросы технологии производства пеносиликатных изделий /
В. И. Иванов // В сб. Крупноразмерные силикатные и пеносиликатные изделия - [под ред.
А. Н. Попова] - М. :Госстрой, 1956. - С.181-185.
4. Мартыненко В. А. Влияние технологических и энергетических параметров газобетонных изделий на энергозатраты при автоклавной обработке / В. А. Мартыненко // Строительство, материаловедение, машиностроение серия „Теория и практика производства и
применения ячеистого бетона в строительстве": Сб. науч. трудов. Вып. 4. - Днепропетровск : ПГАСА, 2009. - С. 22-26.
5.Шмитько Е. И. Управление процессами твердения бетона в свете решения проблем энергосбережения / Е. И. Шмитько // Строительные материалы. - 1992. - № 11. - С.7-11.
б.Эйнре А. Х. Возможности уменьшения расхода тепловой энергии при производстве газобетона / А. Х. Эйнре // Строительные материалы. -1996. - № 2. - С.22-23.
УДК 691.55:620.193
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СВОЙСТВА РЕДИСПЕРСИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК
В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., А. А. Дрозд, инж., Н. В. Кондратьева, к. т. н., доц.,
А. П. Дрозд, к. т. н., доц.
Ключевые слова: редисперсионный полимерный порошок, поливинилацетатная дисперсия, гашение, сроки схватывания, гипсовые вяжущие.
Постановка проблемы. Вопросы повышения качества, однородности свойств и обеспечения конкурентоспособности отечественных сухих строительных смесей являются приоритетными в настоящее время. Модификация вяжущих систем добавками жидких латексов, эмульсий и водорастворимых полимеров используется в целях улучшения их технологических и физико-механических характеристик.
Быстрое схватывание гипсовых вяжущих является в большинстве случаев их положительным свойством. Однако при изготовлении штукатурных растворов, бетонов с применением полуводного гипса, быстрое твердение не желательно. Для регулирования сроков схватывания в гипс при затворении водой вводят различные добавки.
Анализ последних публикаций показывает, что в Украине недостаточно развито производство сухих добавок, вследствие чего приходится использовать импортные, которые довольно дорогостоящие, а это не позволяет сделать отечественную продукцию конкурентоспособной [1].
Цель работы. Разработка редисперсионных полимерных порошков позволит расширить ассортимент отечественных добавок для производства сухих строительных смесей и, как результат, повысить их эксплуатационные свойства и конкурентоспособность. Основой для разработки таких добавок возможно использование поливинилацетатной дисперсии (ПВАД), которая широко применяется для улучшения свойств растворов и бетонов.
Широко известны работы по модификации цементных систем ПВА [2; 3], однако исследования влияния поливинилацетатной дисперсии на свойства гипсовых вяжущих в научно-технической литературе отсутствуют.
Основной материал. В соответствии с целью работы для создания добавки, замедлителя твердения гипса, использовали в качестве одного из компонентов поливинилацетатную дисперсию.
Известно, что поливинилацетатная дисперсия представляет собой белое сметанообразное вещество, в котором в качестве дисперсионной среды используется вода, а дисперсная фаза представлена поливинилацетатом в виде сферических частиц диаметром 1-3 мкм.
В зависимости от условий получения, средняя молекулярная масса ПВА составляет
10-1 600 а.е.м., а благодаря, высокой адгезии ко многим материалам (стеклу, металлу, древесине и др.), поливинилацетат в виде дисперсии вводят в состав лаков и клеев. Его применяют для изготовления покрытий для дерева, ткани, бумаги (моющиеся обои), черепицы, керамики.
Поливинилацетатная дисперсия входит в состав полимерцементных и полимербетонных покрытий, применяется для получения бесшовных полов, служит основой для водоэмульсионных красок, которые в 2-3 раза дешевле масляных.
Полимерные добавки к бетонам и растворным смесям, для повышения их качества, действуют как поверхностно-активные гидрофобизирующие вещества.
Они могут образовывать материалы с пространственной структурой, переходить в вязко-текучее состояние, кольматируя поры бетона, в результате чего повышается сцепление
