Бетоносмесительный узел для производства шпал железобетонных Ш1-1

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Кафедра строительных материалов и специальных  технологий 
 
 
 
 
 
 

Бетоносмесительный  узел для производства 

шпал  железобетонных Ш1-1 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СОДЕРЖАНИЕ 

    Введение_________________________________________________________2

    1 Общая характеристика изделия____________________________________3

    2 Требования, предъявляемые к сырьевым материалам__________________3

    2.1 Бетонная смесь_________________________________________________7

    2.1.1 Вяжущее вещество____________________________________________7

    2.1.2 Затворитель__________________________________________________8

    2.1.3 Крупный заполнитель_________________________________________8

    2.1.4 Мелкий заполнитель__________________________________________9

    2.1.5 Добавка____________________________________________________9

    2.2 Арматура____________________________________________________10

    3 Побор состава бетона____________________________________________12

    3.1 Входные данные______________________________________________12

    3.2 Ориентировочный подбор состава_______________________________13

    3.3 Перерасчет ориентировочного состава бетона_____________________15

    3.4 Подбор состава бетона с добавкой_______________________________15

    4  Основные расчеты бетоносмесительной установки__________________16

    4.1 Режим работы предприятия____________________________________17

    4.2 Производственная программа__________________________________18 

    4.3 Склад сырьевых материалов___________________________________19

    4.3.1 Расчет емкости силосов цента_________________________________19

    4.3.2 Расчет склада крупного заполнителя____________________________20

    4.3.3 Расчет склада мелкого заполнителя___________________________20

    4.3.4 Расчет расходных бункеров___________________________________22

    4.4 Подбор технологического оборудования_________________________24

    4.4.1 Подбор дозаторов____________________________________________24

    4.4.2 Подбор бетоносмесителя______________________________________26

    5 Охрана труда и техника безопасности____________________________28

    Заключение___________________________________________________29

    Библиографический список____________________________________    29

    Введение

    Целью данного курсового проекта является получения навыков проектирования бетоносмесительных цехов, в частности для производства железобетонных шпал, применяемых для прокладки железнодорожных путей. В процессе проектирования необходимо решить несколько задач: выбор рационального способа производства, подбор состава бетона в соответствии с требованиям нормативных документов на изделия, руководствуясь ГОСТами, подбор основного технологического оборудования на основании проведенных расчетов.

    Рациональным  способом производства железобетонных шпал является агрегатно-поточный. Этот способ позволяет использовать различное технологическое оборудование, различные по размерам формы, изготовлять широкую номенклатуру изделий. Агрегатно-поточный способ для мелкосерийного производства является наиболее выгодным. При несложном технологическом оборудовании, небольших производственных площадях и затратах на строительство этот способ дает высокий съем продукции с 1 м² производственной площади цеха. Здесь сочетаются небольшие затраты труда со сравнительно низкими размерами удельных капитальных вложений. Этот способ позволяет разделить технологические операции по специализированным постам, создать условия для организации четкого пооперационного контроля качества изделий, обеспечивает высокий коэффициент использования оборудования и оборачиваемость форм. Годовая производительность агрегатно-поточной технологии определяется номенклатурой выпускаемой продукции, режимом формования изделий и продолжительностью работы формовочного поста. 
 
 
 
 
 
 

    1 Общая характеристика изделия

    Шпалы железобетонные, предварительно напряженные, используются для железнодорожных  путей с рельсовой колеей шириной 1520 мм и рельсами, по которым обращается типовой подвижной состав общей  сети железных дорог.

    Выпускаются несколько типов шпал, в зависимости  от рельсового скрепления. В данном курсовом проекте будет рассмотрен тип Ш1, т.е. для раздельного клеммно-болтового скрепления (типа КБ) с болтовым скреплением подкладки к шпале.

    Шпалы изготавливают по ГОСТ 10629-88 из тяжелого бетона в соответствии с ГОСТ 26633 [3].

• Класс бетона, требуемая для производства шпал – не менее В40;
• Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПа (326 кгс/см²);
• Отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона;
• Марка бетона по морозостойкости – не менее F200;
• Марка по водонепроницаемости -  W8;
• Нормируемая передаточная прочность бетона - 32 МПа;
• В качестве арматуры шпал следует применять стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348.

    (Номинальное число арматурных проволок в шпале 44)

    Конструктивные  характеристики шпал железобетонных Ш1-1

    Конструктивные  характеристики шпал должны соответствовать требованиям ГОСТ 10629-88, представленным на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Формы и размеры шпал Ш1-1 

    Расстояние  между упорными кромками разных концов шпалы а – 2012 мм.;

    Расстояние  между упорными кромками одного конца  шпалы а₁ -404 мм.;

    Расстояние  между осями отверстий для  болтов а₂ – 310 мм.;

    Расстояние  между осью отверстия и упорной  кромкой а₃ – 47 мм.;

    Угол  наклона упорных кромок – 55⁰;

    Направление большей стороны отверстия для  болта относительно продольной оси  шпалы – поперечное;

    Значения  действительных отклонений геометрических параметров шпал не должны превышать предельных, указанных в таблице 1.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1.1 - Значения действительных отклонений геометрических параметров шпал

 

  Сорт  шпал зависит от требований по трещиностойкости, принятым при проектировании и выдерживать при испытании контрольные нагрузки, указанные в таблице 1.2.

  Таблица 1.2 - Сорт шпал в зависимости от трещиностойкости

   
 
 
 
 
 

    В качестве арматуры шпал следует применять  стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348. Номинальное число арматурных проволок в шпале 44. Расположение проволок, контролируемое на торцах шпалы, должно соответствовать указанному на рисунке 1.2.       

 

а                                        б  

Рисунок 1.2 - Размещение арматуры: а – на торце шпалы; б – в среднем сечении шпалы  

    Общая сила начального натяжения всех арматурных проволок в пакете должна быть не менее 358 кН (36,4 тс). Среднее значение силы начального натяжения одной проволоки  при их номинальном числе должно составлять 8,12 кН (827 кгс). Сила натяжения  отдельных проволок не должна отличаться от среднего значения более чем на 10%.

    Снижение  силы натяжения отдельных проволок сверх 10%, вызванное проскальзыванием проволоки в захвате, не должно быть более чем у одной проволоки  в шпалах первого сорта и у  двух проволок в шпалах второго сорта.

    Допускаются отклонения от номинального числа арматурных проволок при условии, что общая  сила натяжения имеющихся проволок не менее 358 кН (36,4 тс) При этом предельные отклонения по числу проволок не должны превышать ±2 шт.

      Концы напрягаемой арматуры не  должны выступать за торцевые  поверхности шпал первого сорта  более чем на 15 мм и второго  сорта - более чем на 20 мм. 
 

    2 Требования, предъявляемые к сырьевым материалам

    Для производства железобетонных шпал должны применяться конструкционные материалы, обеспечивающие соответствие готового изделия требованиям ГОСТ 10629-88.

    2.1 Бетонная смесь

    Бетонная  сметь должна соответствовать требованиям, предъявляемая ГОСТ на изделие:

    -по  морозостойкости – F300;

    -по  водонепроницаемости – W8;

    -классу  по прочности  В40 (R_сж=52,4 МПа);

    Важным  фактором при производстве изделий  является удобоукладываемость бетонной смеси. Подвижность (жесткость) бетонной смеси назначают в зависимости от размеров конструкции, густоты армирования, способов укладки и уплотнения. Для производство проектируемых шпал используется уплотнение вибрированием с жесткостью смеси равной Ж2 (жесткость - 11-20 секунд) [11].

    2.1.1 Вяжущее вещество

    В качестве вяжущего при изготовлении шпал следует использовать цементы по ГОСТ 10178 [3].

    Вид и марку цемента следует выбирать в соответствии с назначением  конструкций, условиями их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости, величины отпускной и передаточной прочности бетона для сборных конструкций на основании требований стандартов, технических условий или проектной документации на эти конструкции с учетом требований ГОСТ 30515 [4] .

    Тонкость  помола цемента должна быть такой, чтобы  при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

    Минимальный расход цемента для изделия принимается  по СНиП 82-02-95 [8] для соответствующих условий производства.

    2.1.2. Затворитель

    Вода  для приготовления бетонных смесей должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79 [5]. Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10 мг/л. Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел. В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и поливки бетона не должно быть окрашивающих примесей, если к бетону предъявляют требования технической эстетики. Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л. Водородный показатель воды рН не должен быть менее 4 и более 12,5.

    Вода  не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки  схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность  и морозостойкость бетона. Допускается применение технических и природных вод, загрязненных стоками, содержащими примеси в количествах, превышающих установленные в таблице, кроме примесей ионов хлора, при условии обязательного соответствия качества бетона показателям, заданным проектом.

        2.1.3. Крупный заполнитель

    Для бетона шпал следует применять щебень из природного камня или щебень из гравия фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93 [6]. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять:

• щебень фракции 20-40 мм в количестве не более 10% от массы щебня фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93;
• щебень из природного камня фракции 5-25 мм по ГОСТ 7392 при соответствии его всем другим требованиям ГОСТ 8267-93.

    Марка по дробимости крупного заполнителя  должна быть в два раза больше марки  бетона, т.е. не менее 1200.

    2.1.4. Мелкий заполнитель

    Песок природный доломитовый с модулем  крупности М_к=2,1 должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736-93 [7]. То есть, для производства шпал железобетонных используем песок средней крупности с содержанием глинистых менее 3%, содержанием глины в комках менее 0,5 %.

      Песок должен обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента.

    2.1.5. Добавки

    Для улучшения свойств бетона, в частности увеличение морозостойкости , снижения расхода цемента, уменьшения водопотребности бетонной смеси следует применять химические добавки по ГОСТ 24211, удовлетворяющие требованиям действующих стандартов или ТУ.

    В данном проекте используется добавка  ПФМ-НЛК.

    ПФМ-НЛК - полифункциональный модификатор, представляет собой продукт на основе пластифицирующих и воздухововлекающих компонентов  в соответствии с ГОСТ 24211. ПФМ-НЛК  способствует:

• увеличение подвижности бетонной смеси от П1 до П5 без снижения прочности;
• повышение морозостойкости бетона до марки F400 и более;
• увеличение водонепроницаемости бетона до марки  W 12 без увеличения расхода цемента;
• увеличение водонепроницаемости бетона свыше марки  W 12 при увеличении расхода цемента;
• снижение количества воды затворения до 20 % (в равноподвижных смесях);
• увеличение конечных прочностных характеристик бетона до 22% (в равноподвижных смесях);
• снижение расхода цемента до 25 %;
• возможность получения бетонов повышенных марок по прочности и морозостойкости на материалах различного качества.
• ПФМ-НЛК вводится в бетонные растворы в кол-ве 0,3-0,7% сухого вещества от массы цемента.

 
 

2.2. Арматура

    В качестве арматуры шпал следует применять  стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348 [9].

    Обозначения размеров проволоки периодического профиля приведены на рисунке 2.1. 

  

  Рисунок 2.1 - Обозначение размеров проволоки

    Номинальный диаметр, предельные отклонения по нему, глубина вмятин, номинальный шаг  вмятин и предельные отклонения по нему должны соответствовать указанным в таблице 2.1.

    Таблица 2.1- Характеристики проволоки Вр диаметром 3 мм

 

    Проволока должна изготовляться из углеродистой стали марок 65, 70, 75, 80, 85 по ГОСТ 14959—79.

    Механические  свойства проволоки должны соответствовать указанным в таблице 2.2. 
 

  Таблица 2.2 - Механические свойства проволоки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3. Подбор состава бетона

    3.1. Входные данные

    Для производства железобетонных шпал Ш1-1 используется готовая бетонная смесь  с жесткостью Ж2 (11-20 сек) с классом по прочности В40, с маркой по морозостойкости F300, с маркой по водонепроницаемости W8.

    Сырьевыми материалами для изготовления бетонной смеси является:

• Цемент класса В42,5 с R_сж=51,8 МПа плотностью ρ=3100кг/м³ б.с. в соответствии с ГОСТ10178 ;
• Мелкий заполнитель с М_к=2,1 в соответствии с требованиями  ГОСТ8736-93 плотностью истинной ρ_и=2610 кг/м³ б.с. и насыпной ρ_н=1580 кг/м³;
• Крупный заполнитель НКЗ=20 мм и маркой по дробимости 1200 в соответствии с ГОСТ 10268 и ГОСТ 10629-88 (на изделие) с истинной ρ_и =2640 кг/м³ и насыпной  ρ_н=1480 кг/м³ ;
• Затворитель – вода в соответствии с ГОСТ 23732-79;
• Добавка – ПВМ-НЛК.

    Заполнители являются рядовыми и коэффициент  качества заполнителя будет равен 0,6.

    3.2. Ориентировочный  подбор состава  бетона (без добавки)

    1. Определяем В/Ц в зависимости от требуемой прочности бетона, качества составляющих и класса цемента по формуле:

    R_б=R_ц×А×(Ц/В-0,5)                                            (3.1)

    где R_б - прочность бетона, равная 523,9 кгс/см²;

    А - коэффициент, зависящий от качества заполнитей;

    R_ц - активность применяемого цемента, равная 518 кгс/см²;

    Ц/В - цементноводное отношение.

    Отсюда, Ц/В=(518×0,6×0,5+523,9)/(0,6×518)=2,19 , тогда В/Ц=1/2,16=0,46

 2. Определяем расход воды в зависимости от требуемой жесткости бетонной смеси и вида заполнителей по ориентировочным графикам [1].

 В=155 л/м³ б.с.

 Тогда расход цемента будет равен:

    Ц=В/(В/Ц)=155/0,46=336,95 кг/м³ б.с.

    Согласно  СНиП 82-02-95 [8] минимальная норма расхода цемента для данного класса бетона (при отпускной прочности равной не менее 61%) составляет 504,6 кг/ на м³ б. с. с учетом переходного коэффициента от марки цемента М400 к М500.

    Тогда, водоцементное отношение будет  равно:

    В/Ц=155/504,6= 0,31

    При уменьшении В/Ц увеличивается прочность бетона. Расчетная прочность бетона по формуле (3.1) будет равна:

    R_б=518×0,6×(1/0,31-0,5)=847,2 кгс/см², т.е. увеличение прочности бетона по сравнению с проектируемой составляет 61%. Применение данного класса цемента нецелесообразно, поэтому снижаем класс применяемого цемента до В22,5 (требуемой прочностью на сжатие R_сж=325 кгс/см²).

    3.3. Перерасчет ориентировочного  состава бетона  с учетом снижения  класса применяемого  цемента (без добавки)

    1. Определяем В/Ц в зависимости  от требуемой прочности бетона, качества составляющих и класса  цемента по формуле (3.1)

    R_ц – требуемая прочность цемента 325 кгс/см²;

    Тогда, Ц/В=(325×0,6×0,5+523,9)/(0,6×325)=3,19, тогда В/Ц=1/3,19=0,31

    2. Расход воды в зависимости от требуемой жесткости бетонной смеси и вида заполнителей по ориентировочным графикам

    В=155 л/м³ б.с.

    Тогда расход цемента будет равен:

    Ц=В/(В/Ц)=155/0,31=500 кг/м³ б.с.

    Согласно  СНиП 82-02-95 [8] минимальная норма расхода цемента для данного класса бетона составляет 580 кг/ на м³ б. с. (передаточная прочность составляет 61%). Тогда, водоцементное отношение будет равно:

    В/Ц=155/580= 0,26

    При уменьшении В/Ц увеличивается прочность бетона. Расчетная активность бетона по формуле (3.1) будет равна:

 R_б=325×0,6×(1/0,26-0,5)=653,7 кгс/см², т.е. увеличение прочности бетона по сравнению с проектируемой составляет 24,8%. Отсюда делаем вывод, что применение цемента класса В22,5 целесообразно для производства данного бетона.

 3. Для определения расхода крупного заполнителя определяем пустотность щебня:

   П_щ= 1- ρ_н/ ρ_и= 1- 1480/2640= 0,44,

   где ρ_н – насыпная плотность гравия, кг/см³

   ρ_и  - истинная плотность гравия, кг/ см³.

   Устанавливаем коэффициент раздвижки зерен  для жестких бетонных смесей по экспериментальным  графикам в зависимости от количества цементного теста и крупности  песка [1].