Изготавливание железобетонных изделий

1. Введение

Бетон – один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи  египетского лабиринта (3600 лет до н.э.), часть Великой китайской стены (3 в. до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах. Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только со второй половины 19 века после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

Производство  сборного железобетона начало интенсивно развиваться в послевоенный период в связи с развернувшимся промышленным и гражданским строительством, что  потребовало широкой индустриализации строительных работ.

Широкое применение сборного железобетона позволило  значительно сократить в строительстве  расход металла, древесины и других традиционных материалов, резко повысить производительность труда, сократить  сроки возведения зданий и сооружений. Но развитие строительства требует  дальнейшего повышения эффективности  и качества производства и применения сборного железобетона.

2. Общие положения

2.1. Состав предприятия

Изготовление  железобетонных изделий на заводах  ЖБИ осуществляется в цехах, которые  в совокупности и представляют производство сборного железобетона.

Основными цехами при производстве ЖБК являются:

1. Бетоносмесительное отделение

2. Формовочный цех

3. Хозяйственные и служебные помещения

4. Склад цемента

5. Склад арматуры

6. Склад заполнителей

7. Склад готовой продукции

8. Склад горючесмазочных материалов

2.2. Характеристика изделия

В проекте все расчеты ведем  по колонне марки К19а-1-1. Изделие  выполняется по стендовому методу производства в соответствии с требованиями ГОСТ 18979-73.

Колонна изготовляется из тяжелого бетона марки 300. Геометрические размеры колонны 9575 х 400 х 400 мм.

Характеристику  изделия приводим в таблице 1.

Характеристика  изделия таблица 1

Показатели	Единица измерения	Величина
Класс и марка бетона		В 22,5 (М300)
Объем бетона в изделии	м3	1,64
Масса	т	4,1
Расход арматуры: а) напрягаемая б) ненапрягаемая	кг кг	0 521,8

2.3. Режим работы предприятия

Таблица 2

Номинальное количество рабочих  суток в году	253
То же, по выгрузке сырья  и материалов с ж/д транспорта	365
Количество рабочих смен в сутки (без ТВО)	2
Количество рабочих смен в сутки для ТВО	3
Количество рабочих смен по приему сырья и материалов: а) ж/д транспортом б) автотранспортом	3 2
Продолжительность рабочей  смены, ч	8

2.4. Сырьевые материалы

Сырьевые  материалы для приготовления  бетонной смеси

1) Портландцемент марки 400, удовлетворяющий  требованиям ГОСТа 10178-85, нормальная густота цементного теста 27%;

2) Щебень известковый, удовлетворяющий  требованиям ГОСТа 8267-93, фракция 5-20, марка прочности по дробимости – 800, водопоглощение – 0.8%, морозостойкость 150 циклов, содержание слабых зерен – 5%, содержание лещадных зерен – 23%, содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц – 2%;

3) Песок, удовлетворяющий требованиям  ГОСТ 8736-93, модуль крупности Мк = 1,1; содержание примесей в песке не должно превышать 3%, водопотребность песка 7%;

4) Вода, принимаемая для приготовления  б/смеси не должна содержать  вредных примесей, препятствующих  нормальному схватыванию и твердению  цемента. Воду используют техническую,  удовлетворяющую требованиям ГОСТ 23732-79. Общее содержание солей  не более 5000 мг/л, содержание  сульфатов в пересчете на SO4 не  более 2700 мг/л. Водородный показатель  рН ˃ 4.

3. Технологическая часть

3.1. ТЭО технологии и способа производства

В производстве ЖБК могут применяться  различные организационные способы  производства: агрегатно-поточный, конвейерный, полуконвейерный, стендовый, кассетный.

При выборе способа производства как  правило проводят технико экономическое обоснование (ТЭО) по приведенным затратам на создание линии.

Агрегатно-поточный способ производства – при небольших  капитальных затратах он допускает  выполнение широкой номенклатуры изделий. Технологические операции последовательно  выполняют на нескольких рабочих  постах. Для соблюдения последовательности форму передают от одного поста к  другому с помощью мостового  крана. Этот способ соответствует больше всего условиям мелкосерийного производства на заводах средней и небольшой  мощности.

Конвейерный способ производства – технологический  процесс расчленяется на элементные процессы, которые выполняются одновременно на отдельных рабочих постах. Формы  с изделиями перемещаются от одного поста к другому специальными транспортными устройствами, каждое рабочее место обслуживается  закрепленным за ним звеном. Характерен принудительный ритм работы, т.е. одновременное  перемещение всех форм по замкнутому технологическому кольцу с заданной скоростью.

Стендовый способ производства – изделия формуют  в стационарных формах, и они твердеют на месте формования, в то время  как технологическое оборудование и обслуживающие его рабочие  звенья перемещаются от одной формы  на стенде к другой. Стендовая технология целесообразна при изготовлении крупноразмерных предварительно напряженных  конструкций длиной более 9 метров для  промышленных и гражданских зданий.

Кассетный способ производства – формование изделий производится в вертикальном положении в стационарных разъемных  металлических групповых формах-кассетах, где изделия остаются до приобретения бетоном необходимой прочности. Звено рабочих в процессе производства перемещается от одной кассетной  формы к другой, организуя производственный поток.

3.2. Технологические режимы обработки

Производство  колонн осуществляется стендовым способом в унифицированном типовом пролете  УТП-1 по следующей функциональной схеме  №1. Технологические операции при  данном способе производства осуществляются на одном посту.

При производстве колонн технологический  процесс изготовления состоит из следующих операций:

1. Распалубка форм с помощью  мостового крана;

2. Чистка и смазка форм специальными  смазками;

3. Армирование и сборка форм;

4. Укладка и уплотнение бетонной  смеси бетонораздатчиком и глубинными вибраторами;

5. Тепловлажностная обработка колонн при температуре пропарки 800;

6. Приемка и маркировка колонн  ОТК проводится в соответствии  с нормами ГОСТ 13015;

7. Вывоз колонн на склад готовой продукции соблюдая правила по ГОСТ 13015.

3.3. Производство базового изделия

Функциональная  схема производства колонн

Из  БСО

3.4. Характеристика технологического  оборудования

Мостовой  кран

Скорость перемещения  моста, м/мин	80
Скорость перемещения  тележки, м/мин	40
Скорость подъема (опускания) крюка, м/мин	10
Установленная мощность, кВт	25
Грузоподъемность, т	15
Масса, т	15000

Бетонораздатчик 413-02

Скорость перемещения, м/мин	2,2
Ширина колеи рельса, мм	5000
Установленная мощность, кВт	10,8
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	3730 5800 1730
Количество бункеров, шт	1
Объем бункера, м3	2,6
Масса, т	6,4

Глубинный вибратор ИВ-79

Размеры вибронаконечника, мм: диаметр длина	75 550
Мощность, кВт	0,8
Масса, кг	15

Самоходная  бадья БВП-2

Вместимость, м3	2,0
Грузоподъемность, т	5,0
Размер разгрузочного  отверстия, мм	350х600
Габариты, мм: длина ширина высота	3874 2748 920
Масса, т	0,92

Габаритные  размеры стендовой установки, мм - 12000х4000х70.

Подобранное оборудование размещено в унифицированном  пролете 18 х 144 м. Транспортные операции производятся мостовым краном грузоподъемностью 15 т.

Увязка  работы оборудования осуществлена графоаналитическим методом с помощью циклограммы  работ ведущих агрегатов. Для  построения циклограммы предварительно осуществляется расчет элементов цикла.

Таблица 3

Операция	Длина хода, м	Скорость, м/мин	Время, мин
Перемещение моста:
Съем крышки	27,2	64	1,4
Распалубка форм			10
Строповка, перемещение 1-ой колонны на склад	9,6	40	1,2
Строповка и перемещение 2-ой колонны на склад	4,8	40	1,1
Установка арматуры в 1-ую форму	4,8	40	1,1
Установка арматуры во 2-ую форму	9,6	40	1,2
Сборка форм			12
Перемещение за бадьей	8	40	0,2
Возврат крана с пустой бадьей	5,6	40	0,2
Закрытие стенда	29,6	64	1,5
Перемещение тележки:
Перемещение 1-ой колонны  на склад	20	32	0,6
Перемещение 2-ой колонны  на склад	14,4	20	0,5
Перемещение 1-ой арматуры	5,6	32	0,2
Перемещение 2-ой арматуры	11,2	32	0,4
Перемещение за бадьей	30	32	0,9
Ручные работы:
Чистка, смазка форм	24 м2		15
Бетонораздатчик 413-02
1-ый проход бетонораздатчика над всей формой	31,2	2,2	14,7
2-ой проход бетонораздатчика	31,2	2,2	16,2

Из  циклограммы следует, что продолжительность  цикла формования – 77 мин.

3.5. Технологический расчет

1. Годовая производительность, м3, определяем  по формуле:

Пгод = Nст * ∑Vизд * Коб * Вр

Где Пгод – годовая производительность линии, м3/год

∑Vизд – суммарный объем изделий в камере, м3

Коб – коэффициент оборачиваемости

Вр – годовой фонд рабочего времени – 253 сут.

Строим  график работы для определения количества стендов (Nст) и их коэффициента оборачиваемости (Коб).

Для бетона класса В 22,5 и толщине изделия 400 мм режим ТВО принимаем

ТТВО = 11(3,5+5+2,5), тогда количество камер:

Nст = 9 шт,

Коб =  = 1,33

Пгод = Nст * ∑Vизд * Коб * Вр = 9*3,28*1,33*253 = 9933,19 м3

2. Расчет склада арматурных изделий

Площадь под оперативный запас арматурных изделий на 4 часа непрерывной работы

Sарм =  , м2

где  - количество формуемых изделий в стенде,

А – расход стали на одно изделие,

q – норма складирования – 0,080 т/м2.

Sарм =  = 40 м2

3. Расчет склада для выдержки  и остывания изделий на 12 часов

Где Vб.с. – объем изделий в форме,

qизд – норма хранения, складирования на 1 м2, принимаем – 0,6.

= 50,2 м2

4. Расчет резервных форм.

Количество  резервных форм составляет 5% от основных:

Nф = 1,05(9 * 2) = 18,9  19

Резервных форм – 1 шт.

qф = 0,8 т/м3 Qф =qф * Vизд = 0,8 * 1,64 = 1,312 т

∑Qф = 19 * 1,312 = 25 т

5. Подбор состава бетона.

Выбор материалов:

Портландцемент  по ГОСТ 10178 для класса В 22,5 по СНиП 5.01.23 рекомендуемая марка цемента М 400, Rц = 400 кг/см2, Rб = 300 кг/см3, ρц = 3 г/см3, ρн.ц. = 1,2 кг/дм3.

Щебень  рядовой с насыпной плотностью ρн.п. = 1,4 кг/дм3, ρщ = 2,65 г/см3,

Vп.щ. =  = 0,47

Песок – кварцевый с модулем крупности  Мк = 2, ρн.п. = 1,6 кг/дм3, ρп = 2,67 г/см3.

6. Расчет состава.

Из  условия прочности находим Ц/В отношение

= 1,75

Определяем  по таблице ориентировочный расход воды на 1 м3 бетонной смеси. Расход воды составляет В = 200 л.

Расход  цемента составит Ц = 200 * 1,75 = 350 кг.

1. Сумма абсолютных объемов составляющих  бетонной смеси равна 1 м3 или  1000 литров.

2. Пространство между зернами щебня  заполнено цементно песчаным раствором с заданной раздвижкой крупного заполнителя

Определяем  расход щебня

=  1163

Коэффициент раздвижки зерен щебня определяется в зависимости от расхода цемента  и водоцементного отношения по таблице.

В/Ц = 200/350 = 0,57

α = 1,42.

Расход  песка определяем по формуле

Сумма абсолютных объемов составляющих бетонной смеси равна

Номинальный состав на 1 м3 бетонной смеси

Ц = 350 кг

Щ = 1163 кг

П = 651,5 кг

В = 200 л.

В результате расчета получаем номинальный (лабораторный) состав бетонной смеси  на 1 м3. Однако в условиях производства необходимо учитывать влажность  заполнителей. Поэтому производим перерасчет расхода песка, щебня и воды затворения и определяем рабочий состав бетонной смеси.

Принимаем влажность песка и щебня

Wп = 5%, Wщ = 2%, тогда

л.

Плотность бетонной смеси определяем по формуле

В процессе приготовления бетонной смеси  с использованием бетоносмесителей различной емкости происходит уплотнение смеси за счет крупного заполнителя. В результате объем приготовленной бетонной смеси будет меньше первоначального до перемешивания компонентов.