Е. Н. МАЛИНСКИЙ, М. О. ОРОЗБВКОВ, кандидаты техн. наук (НИИЖБ), Комбинированная гелиотермообработка железобетонных изделий
В последнее десятилетие НИИЖБ и ВНИПИТеплопроект совместно со строительными министерствами УзССР и ТаджССР ведут работы по созданию и внедрению эффективных способов гелиотермообработки, обеспечивающих прогрев и выдерживание бетона с использованием потока прямой и диффузной солнечной радиации естественной плотности для получения изделий высокого качества при суточном цикле оборачиваемости форм.
Принципиальным отличием этих способов является применение гелиоформ, в которых коэффициент полезного использования солнечной энергии составляет 0,6...0,75. Детально разработана и исследована гелиотермообработка изделий с применением светопрозрачных теплоизолирующих покрытий (СВИТАП), пленкообразующих составов (СГИТИП), гелиоформ с аккумулирующими поддонами (ГЕФАП) и др.
Впервые опытно-промышленное внедрение гелиотермообработки с применением покрытий СВИТАП осуществлено в 1982 г. на экспериментальном заводе ЖБИ в г. Нариманове, а с примеяением гелиоформ ГЕФАП — на комбинате строительных материалов и конструкции в г. Чиназе. Серийное производство сборного железобетона по гелиотехнологии с применением покрытий СВИТАП впервые было организовано на заводе ЖБИ № 2 Минстроя УзССР в Ташкенте, а с применением способа СГИТИП— на заводе ЖБИ № 6 Минстроя УзССР в Бухаре. Гелиополигоны функционируют также на заводах Жьи в Душанбе, Чирчике, Намангане, Куляое и в других городах.
Наиболее распространенная в настоящее время гелиотермообработка с применением покрытий СВИТАП позволяет в южных районах страны отказаться от пропаривания изделий в течение 5... ..7 мес в году, обеспечивая экономию 70... 100 кг уел. топлива и более 0,5 т воды на 1 м3 изделий, снижая их себестоимость на 3...6 р/м3.
Особое внимание уделяется разработке путей удлинения сезонного периода эксплуатации гелиополигонов за счет осуществления различных технологических и теплотехнических мероприятий. Твердение бетона в гелиоформах можно интенсифицировать применением БТЦ, а также цементов с коэффициентом эффективности при тепловой обработке, равным или превышающим 0,68 [3], различных (в том числе комплексных) химических добавок, физической активации цементно-водной суспензии, растворной части и бетонной смеси, предварительно разогретых (в том числе за счет энергии солнца) бетонных смесей и т. д.
Несмотря на осуществление этих мероприятий, гелиотермообработка сборного железобетона с применением покрытий СВИТАП оставалась сезонной. Эффективное использование солнечной энергии в осенне-весенний и даже зимний периоды года с низкими температурами, недостаточной солнечной радиацией связано с разработкой комбинированной гелиотермообработки (КГТО) изделий. Сущность КГТО состоит в оптимальном сочетании солнечной радиации естественной плотности с дозированным подводом дополнительного тепла от традиционных источников энергии для интенсификации твердения изделий.
Практика показала, что на заводе ЖБИ № 2 гелиотермообработка плит теплотрасс П-5 (3,0X2,4X0,16 м) из бетона класса В22,5 в условиях Ташкента летом обеспечивает достижение в суточном возрасте 50...70% Яж Гелиотермообработка этих же плит в марте показала, что одной солнечной радиации для суточной оборачиваемости форм недостаточно. Максимальная температура бетона при прогреве достигала 36...37°С, а суммарное количество градусо-часов, которое получили центральные зоны плит в возрасте 22 ч, составляло 750. А для обеспечения суточного цикла производства бетон при температуре прогрева 50°С и выше должен набирать не менее 950... 1000 градусо-часов.
Для обеспечения одинаковых свойств бетона независимо от погодных условий и расширения географии применения гелиотехнологии нами предложен способ КГТО изделий, заключающийся в совместном воздействии на их поверхность солнечной радиации через покрытия СВИТАП и регулируемого подвода дополнительного тепла со стороны поддона форм. При этом количество дополнительной энергии определяется из условия обеспечения изделиям оптимального эталонного режима твердения, установленного при их гелиотермообработке и позволяющего реализовать суточный цикл производства.
Оптимальность этого режима обусловливается достаточностью теплосодержания бетона для достижения к суточному возрасту требуемой прочности при минимальных энергетических затратах. Принципиальным отличием способа является возможность использования солнечной радиации даже невысокой плотности за счет подвода только такого количества дополнительного тепла, которое восполняет ее дефицит.
Проверка эффективности способа производилась в лабораторных условиях на стенде «Солнце» ВНИПИТеплопроекта и в естественных условиях Ташкента.
Исследования проводили на блоках размером 0,4X0,4X0,15 м из бетона состава 1:2:3,27 (В/Ц = 0,55), твердевших в теплоизолированных формах. Поддоны их были снабжены электронагревателями, поток солнечной радиации соответствовал марту (Ташкент). Дозированный подвод дополнительной тепловой энергии осуществляли с учетом показаний термопар, установленных в различных зонах блоков.
Поскольку прогрев блоков при КГТО осуществлялся цри воздействии трех источников энергии — солнечной, электрической и экзотермии цемента, он характеризовался почти полным отсутствием температурных перепадов по сечению в течение 6 ч, а также весьма незначительными перепадами (не более) 6...7°С) в дальнейшем (рис. 1). Прочность выпиленных кубов с ребром 0,15 м в возрасте 1 сут была ие ниже 50% (при М =0024 град-ч), а расход дополнительной энергии составлял 28 кВт-ч/м3 вместо 41,1, полученного при прогреве таких блоков в отсутствии солнечной радиации.
Кинетику прогрева и прочности бетона, подвергнутого КГТО, а также роль солнечной энергии в снижении расхода дополнительного тепла изучали одновременно на двух блоках (в I серии — под СВИТАП и под пленкой ПВХ(В); во II — под СВИТАП и в открытой форме). Дополнительное тепло также подавалось с помощью плоских электронагревателей, расположенных в днищах форм. Энергию к блокам подводили таким образом, чтобы в процессе прогрева среднеарифметическая температура верхних, центральных и нижних зон всех блоков оставалась одинаковой с прогретыми 1ло эталонному режиму.
Однородный прогрев характерен только для КГТО блоков под СВИТАП (рис. 2). Под пленкой и в открытых формах температурные перепады по сечению возникают сразу после начала прогрева, а максимальные величины их достигают соответственно 23 и 31°С.
При КГТО с применением СВИТАП в марте в условиях Ташкента нужно расходовать энергию в 3 раза меньше, чем при применении пленки, уложенной на бетон, и в 3,5...3,8 раза меньше, чем при прогреве изделий в открытых формах (табл. 1). При той же температуре, отсутствии солнечной радиации для достижения бетонами той же степени зрелости в возрасте 22 ч и той же прочности за это же время на прогрев изделий под СВИТАП и в открытой форме соответственно расходовалось 41,1 и 116,9 кВт-ч/м3.
Покрытия СВИТАП при КГТО позволяют использовать энергию солнца в марте в количестве примерно 13 кВтХ Хт/м3 при толщине изделий 0,15 м, что составляет 30...40% требуемой. Такая же экономия тепловой энергии за счет использования солнечной радиации достигается в октябре, а в январе и декабре — 15...20%.
Для определения продолжительности сезона гелиотермообработки изделий, степени участия солнечной радиации, количества необходимой дополнительной энергии нами в соответствии с условным расчетным режимом, обеспечивающим приобретение бетоном в возрасте 1 сут примерно 50% Рг8, и с учетом тепловых процессов, определяющих температурное поле изделия в формах с покрытием СВИТАП при КГТО, разработана номограмма (рис. 3), позволяющая проводить анализ влияния факторов и выбирать оптимальные решения.
Рассчитанная по номограмме экономия тепловой энергии при КГТО изделий за счет использования солнечной радиации в условиях г. Ташкента составляет 45...75% (табл. 2). При этом экономия тем больше, чем тоньше изделия и выше марка бетона. КГТО позволяет без существенных изменений технологии обеспечить круглогодичную эксплуатацию гелиополигонов, расширить географическую зону их функционирования (в том числе севернее 50° с. ш.), обеспечить двухсменное формование, увеличить оборачиваемость форм, повысить прочность бетона, значительно расширить номенклатуру изделий.
Исследования кинетики прогрева и прочности бетона при опытно-промышленном внедрении КГТО на гелиополигонах заводов ЖБИ № 2 (гелиопаропрогрев и гелиоэлектротермообработка) и Чирчикского комбината строительных материалов и конструкций Минстроя УзССР (гелиопаропрогрев) подтвердили результаты экспериментов.
На заводе ЖБИ № 2 в Ташкенте КГТО была внедрена при изготовлении плит перекрытий теплотрасс П-4 и П-5 и преднапряженных балок 2БДР 12 (рис. 4), а на гелиополигоне Чирчикского комбината строительных материалов и конструкций плит. При этом экономия условного топлива по сравнению с обработкой в пропарочных камерах составила в среднем 50 кг/м3, а по сравнению с прогревом изделий в открытых термоформах расход энергии снизился в 2,5...2,8 раза.
Научно обоснованные принципы КГТО позволили приступить к реализации гелиотермообработки изделий в щелевых тоннельных камерах при конвейерной технологии их изготовления (даже в районах северенее 50° с. ш.).
Разработаны принципиальные решен ния и проекты технологических линий с КГТО бескамерная линия с гелиоформами-вагонетками, дополнительным источником энергии (например, инфракрасными электронагревателями), рельсовым путем и толкателями; линии с быстроразъемными тоннельными гелиокамерами; с тоннельными гелиокамерами, снабженными съемно-стационарной светопрозрачной крышкой и уплотняющим устройством и т. д.
Камеры щелевого типа необходимо широко внедрять на заводах сборного железобетона, в том числе при их реконструкции. Основное условие, которое необходимо выполнять при этом, — расположение камер вне производственных корпусов на открытой площадке, облучаемой солнцем. Остальные технологические переделы производства железобетона (кроме тепловой обработки) могут размещаться в закрытых цехах. Примером использования гелиокамер щелевого типа со стационарными светопрозрачными крышками и уплотняющим устройством при конвейерной технологии является гелиополигон Сергелийского завода строительных материалов и конструкций Главташкентстроя (рис. 5).
Таким образом, применение тоннельных гелиокамер щелевого типа позволит при конвейерной технологии подвергать КГТО изделия, изготовляемые в закрытых цехах.
В настоящее время ПИ-2 Госстроя СССР, НПО «Стройиндустрия» Узагропромстроя, Гидроагропромстройиндустрия Госагропрома СССР и другие организации совместно с НИИЖБом разрабатывают механизированные линии по изготовлению изделий по конвейерной технологии с применением КГТО. Задача заключается не только в создании проектов линий с использованием различных способов КГТО, но и в практической реализации проектов, опытнопромышленной эксплуатации линий, проведении технико-экономического анализа и разработке типовых проектов.
Принципиальным этапом в развитии гелиотехнологии является разработка теоретических основ и способов термообработки изделий в закрытых цехах с применением промежуточного теплоносителя. ВНИПИТеплопроект совместно с КиевЗНИИЭПом проводит работы по созданию рациональных схем гелиотеплоснабжения внутрицеховых тепловых агрегатов (кассетных установок, термоформ и т. п.).
В последнее время появилась возможность использовать солнечную энергию для тепловой обработки изделий в пропарочных камерах ямного типа периодического действия. Разрабатываются пропарочные камеры с теплоносителем в виде горячей аэрированной воды (так называемые пузырьковые) и камеры электротермовлажностной обработки изделий. Пузырьковые камеры разработаны КТБ Стройиндустрия Минюгстроя СССР и внедряются на Хабльском заводе ЖБИ № 8 Главкраснодарпромстроя.
Таким образом, следует приступить к созданию гелиозаводов сборного железобетона, на которых все изготовляемые по различным технологиям изделия подвергались бы КГТО как в условиях открытых цехов и полигонов, так и внутри закрытых цехов.
Бетон и железобетон, 1988 №05