Основным агрегатом, используемым для виброформования изделий, является виброплощадка. Виброплощадки бывают с круговыми колебаниями, когда колебательные движения совершаются одним дебалансовым валом. В этом случае необходимо, чтобы геометрический центр тяжести формы с бетоном совпадал с центром вращения дибалансового вала. Если этого не будет, то равномерной плотности по объему не обеспечиться. Виброплощадки с вертикальными колебаниями : осуществляется вращение двух дибалансовых валов в противоположную сторону. Это позволяет получить равномерную плотность по всему объему изделия. Виброплощадки с продольными колебаниями : осуществляется вращение двух дибалансовых валов в одну сторону. Эти площадки используются, как правило, при изготовлении длинномерных изделий. После процесса формования изделие должно иметь определенные размеры ( а x b x c ), а также пластическую прочность и плотность полуфабриката (rп.ф. )
ti - продолжительность формования
Сv - однородность смеси
Ппл - пластическая прочность
На пластично-вязкие свойства формуемой массы влияют такие параметры как : химико-минералогический состав исходных компонентов, модуль крупности песка, водоцементное отношение, диаметр заполнителей и др.
3.3. Процесс тепловлажностной обработки
Тепловлажностной обработкой называют процесс одновременного воздействия на материал теплоты и влаги. В качестве теплоносителей для ТВО применяют водяной пар, горячую воду и нагретый воздух с повышенной относительной влажностью.
Внешний теплообмен описывается уравнением :
a ( toc0 - tпм0 ) = С r Rv (dt0 | dtr ) + r r Rv (dU | dtr ) { без пленки конденсата }
dt0 | dtr - скорость нагревания материала ;
r - плотность сухого материала ;
С - теплоемкость ;
Rv - характеристический размер тела ( отношение объема материала к его поверхности, с которой происходит испарение ;
r - удельная теплота парообразования ;
dt0 | dtr - скорость удаления влаги.
l / d (tзн0 - tпм0 ) - a ( toc - tзн ) + r an (mr | Rt ) ( P1п1 - Р1п11 ) {с пленкой конденсата}
an - коэффициент паропроводности ;
mn - масса пара ;
Р1n1 - парциальное давление водяных паров в окружающей среде ;
Р1n11 - парциальное давление водяных паров у пленки конденсата.
Внутренний теплообмен описывается уравнением :
g = -lÑt0 ± i gm
gm = | gmÑt | + | gmÑp | + | gmÑw | суммарный поток влаги, вызванный градиентом температуры, градиентом давления и градиентом влагосодержания ;
i - удельное теплосодержание потока влаги.
Для выяснения процессов, происходящих в материале при ТВО, рассмотрим бесконечную пластину и проанализируем направление составляющих потока массы gm . При внесении пластину в паровую среду на ее поверхности образуется пленка конденсата.
I. В начале процесса пропарки влага движется от центра и от поверхности изделия к плоскости х. Через некоторое время весь поток влаги за счет ÑU будет двигаться от поверхности изделия к центру. Поток влаги за счет градиента температура gmt в течение всего периода подогрева направлен от поверхности к центру, поскольку нагрев изделий идет снаружи . Суммарный поток влаги за счет градиента давлений в зависимости от условий может быть направлен как к центру, так и к поверхности. Тогда общий поток влаги gm для большей части периода подогрева будет описываться выражением : gm = - gmu - gmt ± gmp .
II В периоде изотермической выдержки частный поток массы gmu практически исчезает, так как влагосодержание по всему материалу выравнивается. Температура поверхности постоянна, а температура центра изделия через некоторое время достигает температуры поверхности и Ñt исчезает. Давление внутри материала также приближается к давлению окружающей среды и Пр исчезает.
III С началом охлаждения влага начинает испаряться с поверхности и ее температура становится равной температуре мокрого термометра. Градиенты влагосодержания и температуры меняют знаки и частные потоки влаги этих градиентов направлены от центра к поверхности. Частный поток влаги gmp
направлен от поверхности к центру и тормозит передвижение влаги к поверхности за счет градиентов температуры и влагосодержания.
Общий поток влаги : gm = gmu + gmt - gmp
Принципиальным отличием рассматриваемого процесса является смена знаков возникающих напряжений. При обогреве паром поверхностные слои испытывают напряжения сжатия, а центральные слои - растяжения.
Период изотермической выдержки с точки зрения нарушений в структуре материала является наиболее
спокойным, поскольку ÑU , Ñt0 и ÑP сначала
уменьшаются, а затем практически исчезают.
Период охлаждения является самым ответственным. Если в первый период частичное нарушение структуры может залечиваться вследствие углубления реакций гидратации, то в третий период этих залечиваний в большом объеме происходить не может. Балансовое уравнение :
a ( tac0 - tэк0 ) + r an (mr |RT ) ( Pn1 - Pn11 ) = - lÑt0 ± ami rÑU ± i am d rÑt0 ± i ap ÑP
После прохождения ТВО изделие должно обладать достаточной прочностью, пористостью, морозостойкостью, влажностью (исключено наличие дефектов, трещин и т.д. ).
n Ùt - скорость подъема температуры влияет на качество ТВО ;
tr -продолжительность ТВО складывается из температур I, II, III периода ;
Та - тип агрегата, установки (щелевая пропарочная камера ) ;
nот - скорость охлаждения температуры ;
П - пористость ;
М - морозостойкость ;
W - влажность.
4. Расчет процесса тепловлажностной обработки
Режим ТВО устанавливается расчетным путем и характеризуется продолжительностью всего процесса, скоростью и временем подъема температуры, временем и температурой изотермической выдержки, временем и скоростью охлаждения изделия до температуры, не превышающей температуры окружающей среды более чем на 30-350С .
Следовательно, вся продолжительность ТВО определяется суммой времени подъема температуры (t1) изотермической выдержки (t2) и охлаждения (t3)
t = t1 + t2 + t3
В первый период ТВО происходит подъем температуры окружающей среды до температуры изотермической выдержки. В этот период температурное поле не изменяется во времени, но изменяется влажность материала. С конца первого периода происходит выравнивание температуры и влагосодержание по всему изделию.
Второй период характеризуется постоянством температуры окружающей среды, поверхности и центра, т.е. практически отсутствием теплообмена между средой и материалом.
Третья стадия ТВО сопровождается понижением температуры окружающей среды, поверхности и центра изделия, но температурное поле в каждой точке окружающей среды стационарно. В этот период происходит уменьшение влагосодержания материала.
Скорость подъема и понижения температуры принимае равной 200С в час, что не противоречит технологическим нормам , ÙVt = 200C | ч .
Согласно заданию, температура изотермической выдержки равна 850С. t0ив = 850С .
Время изотермической выдержки принимаем по таблице из методических указаний в зависимости от класса бет она и толщины изделия tивr = 5 часов
Находим время первого этапа ТВО
t1 = ( tив0 - tн ) / VÙt ,
где : tн - начальная температура изделия ;
tbd0 - температура изотермической выдержки ;
VÙt - скорость подъема температуры .
Начальную температуру материала принимаем равной 250С, исходя из соображений того, что реакция взаимодействия воды с вяжущим - экзотермическая (с выделением тепла), поэтому температура отформованного сырца будет выше, чем стандартная температура в помещении цеха ( 16 - 180С ) .
t1r = ( 850C - 250C ) / 200C/ч = 3 ч
Время третьего этапа ТВО рассчитываем по формуле :
t3r = (tив0 - t k0 ) | VÙ t , ч
где : tk0 - конечная температура периода охлаждения, принимается равной 450С, что не превышает более, чем на 30-350С температуры в цехе (16-180С )
t3r = (850C - 450C ) / 200С/ч = 2 ч
В итоге : tтвоч = t1ч + t2ч + t3ч = 3 + 5 + 2 = 10ч.
Следует отметить, в промышленности за продолжительность изотермической выдержки считают время поддержания постоянной температуры в установке, что не соответствует этому понятию для изделия. Поскольку нагрев и охлаждение изделия происходит с поверхности, то изменение температуры в центре изделия отстает от ее изменения на поверхности и достигает этой температуры лишь спустя некоторое время. Процесс выравнивания температур можно проследить расчетным путем. При расчете тепловых режимов используют графоаналитический метод, который основан на том, что число переменных, от которых зависит изменение температуры в изделии, может быть сокращено в 3 безразмерных критерия подобия :