С.М.ТРЕМБИЦКИЙ, канд. техн. наук (ЗАО НТЦ “ЭТЭКА”), Энергоэффективные режимы теплотехнологии бетона и методы их реализации
Теплотехнология бетона или производство изделий из бетона с применением тепловой обработки - это пример интенсивной промышленной технологии, в которой задачи интенсификации производства успешно решаются с помощью тепловых методов ускорения твердения бетона. Эффект от тепловой интенсификации процесса существенно превышает и окупает необходимые для этого дополнительные энергозатраты, даже фактические, для минимизации которых есть определённые технологические условия. В настоящее время энергоёмкость теплотехнологии бетона на современных российских предприятиях является неоправданно высокой, и доля её в общем тепловом балансе предприятия составляет 50 - 70% при резерве энергосбережения от 20 до 40%. Тепловой КПД заводских технологических агрегатов, морально устаревших (система централизованного пароснабжения) и новых (автономная газовая технология), составляет соответственно 20 и 50%.
Все этапы теплотехнологии бетона (приготовление бетонной смеси с подогревом воды и заполнителей, формовка с уплотнением, предварительная выдержка, разогрев бетона, изотермическая выдержка, остывание, распалубка и достижение отпускной прочности) имеют свои критерии оптимизации, направленные на создание производства по принципу “быстро, качественно, экономично. Реализация этого принципа особенно зависит от того, насколько правильно осуществляется активный период тепловой обработки бетона - разогрев и изотермическая выдержка. Параметры разогрева бетона (температура, скорость) практически всегда переменные в зависимости от вида и характеристик энергоносителя, схемы теплоподвода и температуры окружающей среды, объёма загрузки объекта, а также наличия и качества тепловой автоматики. Параметры изотермической выдержки (температура, продолжительность) фактически не имеют строгого обоснования и объективного контроля. Поэтому применяемые в настоящее время режимы активной тепловой обработки, как правило, не являются оптимальными как технологически (по уровню необходимой и достаточной прочности), так и энергетически (по уровню минимально необходимых энергозатрат).
Применяемые в настоящее время средства тепловой автоматики, выполняющие жёсткую программу соблюдения заданных параметров скорости и температуры разогрева греющей среды и времени изотермической выдержки, не дают информации о физическом состоянии бетона и, следовательно, не способны выдерживать объективно необходимые параметры активного периода тепловой обработки бетона.
Режим термообработки бетона считается энергоэффективным, если время активного теплового воздействия ограничивается зоной твердения бетона с максимальной скоростью или прочностью на уровне примерно 30 % от марки. Режим активного периода тепловой обработки, обеспечивающий минимально необходимую структурную зрелость бетона (30%RM), может быть различным по соотношению тр и и по суммарному времени активного цикла тц = тр +тиз (рис.1 ).
Чем выше скорость разогрева до заданной температуры (рис.1, а) или чем выше температура разогрева бетона при заданной скорости (рис.1, б), тем интенсивнее идёт процесс твердения и рост прочности и меньше время активного цикла. Одно и то же физическое состояние материала, оцениваемое постоянным значением градусочасов (Q), достигается в зависимости от режима за различное время и при различных энергозатратах. Цена интенсификации процесса и повышения производственной эффективности-увеличение тепловой мощности (рис.1, а) или удельной и агрегатной энергоёмкости (рис.1, б).
Полученные в итоге параметры активного периода тепловой обработки изделий (температура и скорость разогрева среды и бетона, количество сообщённых бетону градусочасов), обеспечивающие требуемые характеристики бетона на ранней стадии твердения при минимально необходимых энергозатратах, могут быть положены в основу задания на разработку системы технологического теплоснабжения и её автоматизации.
Результирующим параметром температурного контроля является оценка полученных бетоном градусочасов, которая может служить объективным сигналом завершения активного периода термообработки и прекращения энергопотребления. Экспериментально полученная оценка необходимого и достаточного количества градусочасов, сообщённых бетону сверх температуры 20° С за время разогрева и изотермической выдержки, зависит от группы активности цемента и приведена в табл.1.
Рассмотренная методика реализации энергосберегающих режимов термообработки железобетонных изделий и конструкций позволит повысить эффективность любого применяемого в настоящее время способа теплового ускорения твердения бетона.
Условно полезная тепловая энергия, расходуемая при разогоеве тяжёлого бетона с начальной температурой 20°С до температуры 60-80 °С и с удельной массой формовочной оснастки 1,5 т/м3, составляет 0,03- 0,05 Гкал/м3.
Показатели эффективности известных способов тепловой обработки бетона, рассчитанные по отношению к указанному выше условно полезному расходу тепловой энергии, приведены в табл.2.
Из рассмотренных способов тепловой обработки бетона практическое предпочтение по энергетической эффективности имеют автономные беспаровые системы с первичным энергоносителем в виде электроэнергии или газа.
Однако независимо от способа теплоподвода и системы теплоснабжения тепловых агрегатов режимы тепловой обработки изделий в них должны соответствовать критериям энергоэффективности, согласно которым определяется и автоматически поддерживается минимальная продолжительность активного периода тепловой обработки, связанного с энергопотреблением. Одним из таких критериев ограничения технологического энергопотребления является прочность бетона на уровне около 30-40% Rm, которой соответствует определённая, зависимая от группы цемента, величина переданных бетону градусочасов и после достижения которой процесс твердения при медленном остывании но сит цепной характер, независимый от внешнего теплового воздействия.
Бетон и железобетон, 2005 №2