Обработки изделий с контролем прочности

 

Более 90% продукции заводов сборного железобетона подвергается термовлажностной обработке с целью интенсификации твердения бетона. Наиболее распространенным методом прогрева является пропаривание конструкции при нормальном давлении и температуре паро-воздушной среды до 100⁰С.

Автоматическое управление процессами тепловой обработки материалов и изделий может осуществляться двумя способами:

· регулированием параметров теплоносителя;

· регулированием параметров обрабатываемого изделия.

В первом случае регулируемыми параметрами являются температура и влажность теплоносителя и в зависимости от изменения одного из них, производится регулирующее воздействие на процесс тепловлажностной обработки.

Во втором случае регулирующее воздействие вырабатывается в зависимости от действительного состояния материала (его температуры, влажности, прочности и т. д.). Этот способ автоматического регулирования тепловых процессов меньше распространён в связи со сложностью измерения параметров, характеризующих состояние материала.

 

Тепловлажностная обработка позволяет значительно ускорить процессы структурообразования изделий. Тепловлажностная обработка производится в пропарочных камерах.

При тепловлажностной обработке изделий в пропарочных камерах производится подъем температуры со скоростью 20…45 ⁰С/час, затем изделие выдерживается при постоянной температуре (80…100 ⁰С) в течение нескольких часов, пока оно не наберет так называемой "распалубочной прочности", и снижение температуры.

На схеме автоматизации процесса тепловлажностной обработки представлена принципиальная технологическая схема автоматизации пропарочной камеры. Регулирование температуры в пропарочной камере 1 производится путем изменения подачи пара. Пар в пропарочную камеру подается от гребенки 2 паропроводом 3 через нижний регистр (перфорированные трубы) 10 в период подъема температуры, и через верхний регистр 11 во время изотермической выдержки. Для вентиляции камеры имеются приточный 6 и вентиляционный 7 затворы, управляемые с помощью паровых эжекторов, вентилятор 9.

За цикл пропаривания изделий осуществляются следующие операции управления:

- регулирование подачи пара в зависимости от температуры паровоздушной среды в пропарочной камере;

- переключение регистров в зависимости от периода обработки изделия (изотермическая выдержка);

- регулирование давления пара;

-включение вентиляции в конце цикла пропаривания, а также контроль давления пара, сигнализация снижения давления пара, например, с помощью расходомера 12.

Автоматизация процессов регулирования подачи пара в зависимости от температуры паровоздушной среды осуществляется двумя способами:

- на базе стабилизирующих регуляторов, обеспечивающих постоянную температуру в период изотермической выдержки (с помощью электронных автоматических мостов с регулирующим устройством ЭМД, МСР и др. термосигнализаторов ТСГ, ТС и др.); при этом для подъема и снижения температуры используются дополнительные приборы и приспособления, например, командный электропневматический прибор КЭП-12;

- на базе программных регуляторов, обеспечивающих необходимую программу тепловлажностной обработки.

Считается, что выполнение заданной программы регулирования температуры во времени вполне обеспечивает требуемую прочность бетона. Однако температура изделий вследствие экзотермии бетона не равна температуре паро-воздушной среды. Тепловые удары на бетон ухудшают его структуру, поэтому фактическая прочность бетона в момент окончания прогрева остается неизвестной. Для улучшения качества изделий и экономических показателей необходимо использовать непрерывную информацию о фактической температуре и прочности твердеющего бетона. Это позволит управлять процессом твердения бетона и своевременно корректировать режим в реально сложившихся условиях.

Имеется ряд предложений по применению физических методов контроля прочности прогреваемого бетона с целью коррекции продолжительности тепловой обработки. Рекомендуются различные методы определения прочности, основанные на электропроводности, динамической упругости, ультразвуковой проницаемости, контрактации бетона, контроле градусо-часов и температурно-временного эквивалента. Наиболее перспективным из них является последний.

В основу аналитического определения прочности бетона, твердеющего при переменной температуре, положено понятие температурно-временного эквивалента прочности е(θ,t), т.е. функционала температуры θ(t) и продолжительности твердения t, связанного с прочностью бетона однозначной зависимостью R(е).

Значение температурно-временного эквивалента имеет вид

_t

ε = ∫ Ф[θ(t)]dt,

⁰

где Ф [θ(t)] - экспериментально установленная функция температур

вида Ф [θ(t)]= (θ₀+ θ)ⁿ,

θ₀ - температура бетона, при которой он не твердеет;

n = 1,2 – 2 – опытная постоянная, которая зависит от минералогического состава цемента.

Зависимость прочности бетона от температурно-временного эквивалента выражена гиперболой вида

,

где R _∞ - потенциальный предел прочности

ν - постоянная, характеризующая состав и структуру бетона.

На основании этих формул составлен алгоритм функционирования счетно-решающего устройства, структурная схема которого показана на рис. 37, и отражает она последовательность математических операций для получения значений прочности бетона. Контроль твердения осуществляется автоматическим регулятором тепловой обработки бетона (АРТОБ-1), объединяющим счетно-решающее и программно-регулирующее устройство.

Изделие 2 с установленным в бетон датчиком температуры 3 помещается в пропарочную камеру 1. Заданный режим измерения температуры бетона выполняется программным устройством 12, которое управляет исполнительным механизмом 10, регулирующим подачу теплоносителя через командное устройство 11. Датчик температуры включен в одно из плеч равновесного моста 4. Электронный усилитель 5 усиливает сигнал разбаланса моста и управляет реверсивным двигателем 6, перемещающим записывающее устройство 13, которое вычерчивает график температуры изделия на ленте, движущейся с помощью синхронного двигателя 14. Реверсивный двигатель управляет работой степенного устройства 7, выполняющего функцию ε (0). Сигнал от степенного устройства поступает на интегратор 8, который интегрирует

 

Рис. 37 Алгоритмическая структура счетно-решающего устройства и структурная схема прибора АРТОБ-1

функцию ε (0) во времени, т.е. накапливает значение температурно-временного эквивалента ε. Кроме того, сигнал степенного устройства передается в индикаторно-сравнивающее устройство 9, которое поворачивает барабан с укрепленной на нем шкалой. Цена деления шкалы зависит от температурно-временного эквивалента и определяется по первой приведенной формуле. Когда бетон изделия достигнет прочности, заданной в индикаторно-сравнивающем устройстве, подается сигнал на командное устройство 11, отключающее исполнительный механизм 10.

Продолжительность работы устройства не ограничена. С внедрением автоматического устройства расход пара на 1 ³м изделий по сравнению с ручным управлением сократился на 15%, уменьшилась продолжительность прогрева балок на 10-18 ч., увеличилась производительность отдельных линий на 25%.