Лабораторная работа № 8. Теплотехнические исследования работы автоклава в начальный период запаривания

 

Цель работы: определение рациональных методов эксплуатации автоклава на первой стадии запаривания изделий.

 

Основные понятия

 

Известно, что в соответствии с характером теплофизических и физико-механических явлений, протекающих в процессе автоклавной обработки, процесс запаривания подразделяются на пять стадий:

Подъем температуры среды до 100 ^оС при атмосферном давлении.

Дальнейший подъем температуры и давления до заданных параметров.

Изотермический прогрев при постоянных максимальной температуре и давлении.

Снижение давления до атмосферного и температуры до 100 ^оС.

Снижение температуры от 100 ^оС до температуры окружающей среды.

На первой стадии тепловлажностной обработки неизбежны разность температур среды и запариваемых изделий, теплопроводности и характера прочности материала. Разность температур увеличивается за счет термического сопротивления водяной пленки, образующейся при конденсации пара, и термического сопротивления инертного слоя воздуха у поверхности материала. Особенно вредное влияние оказывает воздух, задерживающийся в пустотах и технологических отверстиях и образующий "застойные" зоны. Присутствие воздуха может привести к высушиванию изделий, связанному с ненасыщенностью паровой среды.

Экспериментальные исследования при невысоких температурах позволяют заключить, что воздух, подмешанный к пару, сильно снижает коэффициент теплоотдачи неподвижной греющей среды: при 12 % примеси воздуха он падает почти в десять раз по сравнению с коэффициентом теплоотдачи пара, "незагрязненного" воздухом. Из теории нестационарного теплообмена известно, что скорость нагрева изделий зависит от коэффициента теплоотдачи от среды к изделиям, и от соотношений безразмерных критериев Био и Фурье, на которые, в свою очередь, влияет ряд факторов. Коэффициент теплоотдачи является одним из составляющих критерия Био.

Присутствие воздуха в автоклаве в процессе запаривания снижает как давление насыщенного водяного пара, так и температуру. Это приводит к снижению прочности изделий на 15–20 %.

Изучение кинетики развития внутреннего давления в бетоне при его разогреве привело к противоположному выводу – воздух в автоклаве следует оставлять. При этом твердение бетона необходимо рассматривать как сложный процесс, включающий в себя физико-химические и физические процессы. Это дает более полное представление о сложном механизме твердения бетона. Исследование роли избыточного давления паровоздушной среды позволили сформулировать основной принцип тепловой обработки, заключающийся в том, что на стадии подъема температуры среды и изотермической выдержки давление окружающей среды должно быть несколько выше давления, возникшего в изделии.

При проведении же продувки автоклава он работает как пропарочная камера, и если бетон до автоклавной обработки имел незначительную прочность, то на открытых поверхностях появляются дефекты в виде "шуршащего" слоя. Такое разрыхление верхнего слоя обусловлено разностью давлений внутри пор и на поверхности.

Таким образом, по вопросу влияния воздуха в начальный период запаривания существует два взгляда:

присутствие воздуха в автоклаве является нежелательным, так как ухудшаются тепломассообменные процессы; поэтому следует проводить продувку автоклава,

для лучшего формирования структуры бетона с учетом газодинамических явлений в его порах, целесообразно в начальный период запаривания создавать избыточное давление в объеме автоклава, т.е. вести обработку в паровоздушной среде.

Следует отметить, что это не взаимоисключающие, а взаимодополняющие положения. Действительно, второе положение развито с целью сокращения времени изготовления изделий и использования преимуществ автоклава перед другими установками.

К вопросу о целесообразности продувки или создания избыточного давления в начальный период запаривания следует подходить конкретно с учетом начальной прочности, вида бетона и конфигурации изделий.

При запаривании изделий, производство которых допускает предварительное выдерживание для достижения доавтоклавной прочности бетона в пределах 0,5–0,7 МПа, и особенно изделий с технологическими отверстиями и пустотами, целесообразно применять продувку автоклава.

При запаривании свежеотформованных изделий из тяжелого бетона, и особенно изделий без форм, целесообразно в начальный период       запаривания создавать в объеме автоклава избыточное давление паровоздушной среды.

 При запаривании ячеистых бетонов весьма целесообразно создавать избыточное давление паровоздушной среды в начальный период. При этом бетон должен обладать определенной пластической прочностью массы 0,3–0,35 МПа, что предотвратит смятие бетонной смеси под  воздействием избыточного давления среды.

   Промышенные автоклавы представляют собой герметически закрывающиеся сосуды, предназначенные для ТВО изделий из теплоизоляционных и силикатных бетонов паром под давлением выше атмосферного. Автоклавы могут быть прямоугольные или цилиндрические, тупиковые (с одной крышкой) или проходные (с двумя крышками). Рабочее избыточное давление от 0,8 до 2,5 Мпа. Наибольшее распространение получили автоклавы цилиндрической формы.