РЕФЕРАТ

  «Инновационные технологии в области производства строительных материалов»

     Объём работы 36с., в том числе 15 рисунков, 7 таблиц, 2 чертежа. 

Ключевые слова: Case-средство, функциональная модель, модель AS-IS, модель TO-BE, модель данных и процессов, функциональная декомпозиция, контекстная диаграмма, диаграммы декомпозиции, процедуры, сущности. 

     В курсовом проекте исследуются инновации в производстве строительных материалов и принципы моделирования бизнес-процессов с использованием CASE-средств, которые включают в себя следующие этапы:

     а) описание CASE-средств.

     б) создание модели бизнес-процесса с помощью BPwin.

     в) создание модели базы данных с помощью ERwin.

     Цель проекта – анализ инновационных технологий в области производства строительных материалов.

     Задача  проекта – Получение новых высококачественных теплоизоляционных материалов для обеспечения качественной теплозащиты зданий, надежной и обеспечивающей энерго - и ресурсосбережение.

     Актуальность  проекта – в настоящее время в связи с быстрым ростом цен на энергоносители особую актуальность приобретает вопрос улучшения энергоэффективности жилья, коммерческих и промышленных зданий. Методом решения данной проблемы служит применение современных энергосберегающих технологий и теплоизоляционных материалов.

     В качестве инструмента системного структурного анализа использовано CASE-средство BPwin и ERwin.

     В проекте приведена модель AS-IS и модель базы данных на физическом и логическом уровнях.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

     В практике современного строительства  одной из важнейших задач на сегодняшний  день является обеспечение качественной теплозащиты зданий, надежной и обеспечивающей энерго - и ресурсосбережение.

     В условиях выполнения поставленных задач основным стал вопрос о возможности получения новых высококачественных теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций, отвечающих требованию современных стандартов (в частности, требованиям СНиП II-3-2000 «Строительная теплотехника»), с целью применения их при строительстве зданий и сооружений.

       Новый материал должен иметь  следующие преимущества: быть простым  в получении, производиться из  доступных материалов, обладать  улучшенными физико-механическими  показателями и быть конкурентоспособным среди широкого ассортимента продукции мирового строительного рынка [1].

       Современный этап развития науки  о строительных материалах позволяет  на практике воплотить в жизнь  и усовершенствовать теорию о  совместной работе бетонов и  легких теплоизоляционных полимеров, объединенных в единое целое.

     Целью такого объединения является получение  универсального «гибрида», обладающего  всеми положительными свойствами исходных компонентов — цементного камня (как представителя бетонного  начала) и пенополистирола — одного из современных теплоизоляционных материалов.

     Решением  данного «уравнения» стало сравнительно недавнее (около 10 лет назад) появление  на рынке строительных материалов полистиролбетона.

       Новый высококачественный композит  в мире строительной индустрии — полистиролбетон - по праву стремится к первенству среди прочих теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов.

     За  относительно небольшой период полистиролбетон  приобрел широкомасштабную известность  в сфере строительства как  перспективный строительный материал будущего.

       Учитывая повышенный интерес  производителей к увеличению  спроса на данный материал, а  потребителей — к повышению  его качества, происходит постоянное  усовершенствование технологий  и оборудования для производства  полистиролбетона и изделий на его основе [1].

1 ПОЛИСТИРОЛБЕТОН— ПРОГРЕССИВНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ СОВРЕМЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

     Полистиролбетон является композиционным материалом, близким по своему функциональному  значению к ячеистым бетонам. Основой  состава этого бетона является цементное вяжущее и сверхлегкий заполнитель — вспученный полистирол.

       Благодаря составу, свойствам  и постоянно совершенствующимся  технологиям производства данный  материал обладает многими достоинствами  и имеет ряд преимуществ перед остальными бетонами и изделиями ЖБИ.

     Полистиролбетон при низкой плотности имеет удовлетворительные прочностные характеристики, не деформируется  под нагрузкой, обладает низкой теплопроводностью  и высокой звукоизоляцией. Полистиролбетон  пожаробезопасен и на порядок долговечнее других теплоизоляционных материалов, так как имеет улучшенные показатели по морозостойкости, водонепроницаемости, химической и биологической стойкости.

     Полистиролбетон паро- и воздухопроницаем, не токсичен и обладает пониженной сорбционной влажностью.

       В отличие от ячеистого бетона (пенобетона) полистиролбетон имеет  меньшие требования к сырьевым  материалам. Свойства полистиролбетона  в меньшей степени колеблются  при применении разных партий  одного и того же заполнителя,  нежели в пенобетоне, где свойства смеси меняются в зависимости от вида пенообразователя, и даже при постоянном использовании одного и того же пенообразователя в пределах одной партии отсутствует стабильность его показателей. Так же, в отличие от ячеистых бетонов, полистиролбетон не имеет проблемы ограничения вариантов отделки.

       Кроме того, полистиролбетон распиливается,  легко транспортируется и укладывается (товарная смесь) и уменьшает  трудозатраты при возведении  конструктивных элементов зданий (сборные изделия) [3].

1.1 Техничестие характеристики полистиролбетона

     Техничестие характеристики полистиролбетона приведены  в таблице 1.1 

 Таблица 1.1 – Технические характеристики

1.2 Сравнительные характеристики  стеновых строительных материалов

     Кроме вышеперечисленных преимуществ, полистиробетон имеет приемлемую себестоимость, что  стимулирует производителей к выпуску  новых объемов изделий. Эти преимущества представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Сравнительные характеристики

2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РОТОРНО-ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ДРОБИЛОК ПЕНОПЛАСТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА

     Процессы  измельчения пористых, пластичных и  волокнистых материалов различного происхождения являются весьма распространенными, и встречаются во многих отраслях производственной деятельности. Наиболее остро проблемы измельчения стоят  перед предприятиями, сталкивающимися с необходимостью переработки отходов основного производства с возможностью его повторного использования.

       Однако, несмотря на огромную  потребность предприятий в высокопроизводительных  измельчительных машинах, на сегодняшний  день ощущается острый дефицит коммерческих предложений на подобное технологическое оборудование.

       В то время как, вопросам  экономии ресурсов, снижения издержек  производства, переработки отходов,  экологической безопасности, уделяется  повышенное внимание, существующие типы специализированного оборудования далеко не в полной мере отвечают специфики поставленных задач.

       Многочисленные программы, направленные  на оздоровление экологической  обстановки, повышения культуры  производства в части более  рационального использования отходов (не кондиции, брака), зачастую не могут быть реализованы по причине элементарного отсутствия, либо технического несовершенства существующего технологического оборудования.

       В условиях, когда западные компании  активно продвигают свою продукцию  на отечественный рынок, российские машиностроительные предприятия уделяют недостаточное внимание компактным измельчительным агрегатам, способным эффективно решать задачи переработки некоторых видов «трудных» материалов, таких как изделия из полистирола вспененного (пенопласта), полистирола экструдированного, полиуретана, а также некоторых других материалов пористой структуры. Сложившаяся ситуация во многом объясняется отсутствием школы создания малогабаритных агрегатов измельчения низкой энергонагруженности, предназначенных прежде всего для предприятий с относительно небольшими объемами материалов, подлежащих переработки [2].

       Отсутствие опыта в проектировании  и производстве компактных агрегатов  измельчения объясняется, прежде  всего, тем, что в прошлом  основное внимание уделялось созданию высокопроизводительных комплексов, рассчитанных на заводы- гиганты и соответствующие объемы перерабатываемых материалов. В то время как, иностранные производители активно развивали направление относительно небольших измельчительных агрегатов отвечающих требованиям концепции «точечного» размещения специализированного технологического оборудования в непосредственной близости от мест «образования» отходов. В результате отечественные машиностроительные предприятия оказались не способными предложить потребителю измельчительные агрегаты малой мощности способные конкурировать с импортными аналогами. В сложившейся ситуации, когда дефицит компактных агрегатов измельчения стал ощущаться особенно остро, зависимость от технологического оборудования иностранного производства, несомненно, оказывает негативное влияние на степень технической вооруженности отечественных предприятий, заинтересованных в переработки отходов [3].

       К несомненным достоинствам компактных  измельчительных агрегатов следует отнести снижение установленной мощности оборудования за счет использования наиболее рациональных способов разрушения конкретного вида материала, уменьшение протяженности транспортных линий подачи сырья, а также готового продукта. Именно благодаря созданию агрегатов измельчения низкой энергонагруженности и небольших масса - габаритных показателей, западные производители смогли полностью решить проблему оперативной переработки отходов производства для их утилизации либо повторного использования. Однако подобный подход позволил не только полностью решить задачу переработки отходов основного производства, но и, что особенно важно, сделал возможным создание малогабаритных технологических узлов подготовки сырья [3].

       Таким образом, применение малогабаритных  агрегатов измельчения не ограничивается одной лишь переработкой отходов, еще одной областью применения измельчительного оборудования являются подготовительные работы, связанные с получением материалов заданных гранулометрических показателей. Зачастую, правильно подобранные составы с учетом оптимального размера частиц, их формы и структуры поверхности, способны кардинально улучшить эксплутационные характеристики материалов на их основе. В большинстве случаев увеличение дисперсности материалов, повышение реологической активности поверхности частиц вызывает ускорение ряда физико-химических процессов. Именно состояние поверхности межфазового контакта и определяет интенсивность процесса в целом. Измельчение пористых, волокнистых и пластичных материалов различной природы открывает широчайшие возможности получения композиционных материалов. Получение некоторых видов композиционных материалов было бы совершенно не возможно без широкого использования измельчительных агрегатов подготовки сырья.

     Компактные  измельчительные агрегаты низкой энергонагруженности способны кардинально изменить сложившуюся ситуацию в производстве некоторых видов современных строительных материалов, в частности полистиролбетона.

       Являясь относительно «молодым»  строительным материалом полистиролбетон плотностью 200-600 кг/м3 в настоящее время активно используется для монолитной теплоизоляции однослойных ограждающих конструкций, а также для производства стеновых блоков, перемычек и целого ряда других теплоизоляционных изделий. На основе вспененных гранул полистирола были разработаны и нашли широкое применение в строительстве «теплые» штукатурные смеси. На сегодняшний день именно полистиролбетонный утеплитель является практически безальтернативным материалом для теплоизоляции горизонтальных и вертикальных стыков наружных стен крупнопанельных строений. По мнению специалистов именно полистиролбетон марки по средней плотности D400-D600 является наиболее перспективным материалом для возведения однослойных ограждающих конструкций полностью отвечающих современной концепции энергоресурсосбережения в строительстве. По физико-механическим, а также теплотехническим свойствам полистиролбетон превосходит такие популярные строительные материалы как газобетон, пенобетон, газосиликат, минераловатные и пенополистирольные утеплители.

       Однако, относительно высокая стоимость  полистиролбетона по сравнению  со стоимостью некоторых других  видов теплоизоляционных строительных  материалов (например, ячеистого бетона) сдерживает продвижение этого  материала на отечественные стройки. В результате применение полистиролбетона в строительстве в основном ограничивается работами по устройству теплоизоляционных покрытий, когда по ряду причин применение других материалов экономически не целесообразно, либо попросту не возможно.  

       В настоящее время именно относительно высокая стоимость полистиролбетона мешает ему занять подобающее место в ряду теплоизоляционно-конструкционных строительных материалов массового применения.

       Однако пути кардинального снижения  стоимости этого уникального  строительного материала существуют! По этому пути должно развиваться любое «цивилизованное» производство, в том числе и производство строительных материалов. Этот путь — производство высококачественного заполнителя требуемых гранулометрических характеристик из низкосортного сырья и переработка отходов! Тем более что дробление вспененных полистирольных гранул позволяют придать строительным материалам на их основе совершенно уникальные свойства.

       Для того чтобы понять, какое  влияние на основные свойства  полистиролбетона оказывает размер, форма и, что немаловажно, стоимость заполнителя, необходимо рассмотреть структурные составляющие этого композиционного строительного материала с точки зрения непреложных законов бетоноведения.

       Итак, полистиролбетон ГОСТ Р  51263-99 - это легкий бетон на цементном вяжущем и пористом заполнителе. В качестве пористого заполнителя для производства полистиролбетона используются вспененный гранулированный полистирол. Гранулы полистирола требуемой плотности получают путем одно, либо многоступенчатого вспенивания суспензионного вспенивающегося полистирола. В зависимости от качества сырья и условий вспенивания получаемый полистирольный заполнитель имеет плотность от 10 до 30 кг/м3. Полистирольный заполнитель по размерам гранул подразделяют на крупный (5-20мм) и мелкий (0-5мм). Принимая во внимание малый объемный вес вспененных полистирольных гранул, которые на 90- 98% состоят из воздуха, можно с уверенностью утверждать, что на сегодняшний день, именно вспененный полистирол наиболее эффективный заполнитель для бетона изоляционно-строительного назначения. При этом характер пористости гранул вспененного полистирола (пенопласта), когда поры представлены в виде мельчайших замкнутых сфер, обеспечивает данному материалу не только уникальные теплоизоляционные свойства, но и также низкое водопоглощение. В отличие от поропласта, имеющего сообщающиеся поры, пенопласт (в частности полистирол вспененный) с его замкнутыми порами сферической формы, являет собой идеальную модель пористого заполнителя для бетона. Именно благодаря тому, что поры вспененного полистирола имеют замкнутую структуру, открываются широкие возможности использования дробленых отходов пенопласта в производстве полистиролбетона. Метод разрушения массива пенопласта не только по местам соприкосновения гранул, но также измельчение самих гранул, позволяет получать сверхлегкий заполнитель для бетона заданных гранулометрических характеристик. Использование дробленых гранул полистирола практически не увеличивает показатели водопоглощения строительных материалов на их основе, незначительное повышение водопотребности полистиролбетонной смеси объясняется, прежде всего, увеличением удельной поверхности дробленого материала (увеличение смачиваемой поверхности).

       Применение в качестве пористого  заполнителя вспененных гранул полистирола, в том числе продукта дробления пенопласта, позволяет изготовить легкий бетон объемным весом менее 200 кг/м3. При этом коэффициент теплопроводности полистиролбетона марка по средней плотности D 250 составляет 0.075 Вт/(м*°С), что делает возможным создавать теплоэффективные изоляционные покрытия на основе твердых материалов там, где ранее использовались только мягкие минераловатные утеплители.

       При аналогичных теплоизоляционных  свойствах полистиролбетон, будучи  твердым изоляционно-строительным материалом, превосходит большинство применяемых в настоящее время минераловатных и стекловолокнистых утепляющих материалов, как по показателям долговечности, так и по экологичности, а также простоте использования. Полистиролбетон марки по средней плотности D 500- 600 способен составить конкуренцию таким известным строительным материалам как керамзитобетон, вермикулитобетон, аглопоритобетон, а также, легким бетонам на пористых природных заполнителях. Полистиролбетон плотности D 500- 600 имеет класс прочности на сжатие В2.0- 2.5, а марка по морозостойкости такого материала соответствует F 50-100.

       Однако, работа с гранулами вспененного  полистирола, плотность которого  более чем в 100 раз меньше  плотности остальных используемых  в производстве легкого бетона компонентов имеет свою специфику. Сложности возникают как при подборе состава полистиролбетонной смеси, так и при смешивании компонентов.

       Для получения оптимального состава  легкого бетона необходимо добиться  максимально плотной укладки  его заполнителя. В случае с тяжелым бетоном назначается определенное соотношение между количеством крупного (щебня, гравия) и мелкого (песка) заполнителя. При этом мелкий заполнитель расположен в пустотах между частицами крупного заполнителя, что позволяет получать плотные композиции высокой связанности при относительно небольшом расходе вяжущих веществ. Однако, в отличие от инертных заполнителей тяжелого бетона, когда в пустотах между частицами крупного заполнителя находятся более мелкие зерна, полистиролбетон в основном изготавливается с применением гранул одного размера. Сложившаяся практика производства полистиролбетона с использованием сверхлегкого заполнителя единого размера объясняется высокой сложностью получения полистирольных гранул аналогичной плотности, но разного грансостава, а также значительными трудностями, возникающими при попытках получения рабочей смеси с равномерно распределенными гранулами различного размера.

       Таким образом, если в производстве  тяжелого бетона подбору состава,  поиску оптимального соотношения крупного и мелкого заполнителя уделяется повышенное внимание, ситуация с полистиролбетоном диаметрально противоположная. В то время как, от грамотно проведенного подбора состава инертных заполнителей напрямую зависят основные строительно-технических свойства бетона, такие как стоимость, прочность, долговечность и т.д., в производстве полистиролбетона подбору состава заполнителя не уделяется должного внимания, в том числе и по причине отсутствия отработанной методики подбора. Дополнительную сложность создает и практически полное отсутствие необходимого технологического оборудования, позволяющего провести классификацию гранул вспененного полистирола по их размерам (условно выделить полистирольный «гравий» и полистирольный «песок»), объемное дозирование различных фракций сверхлегкого заполнителя, а также непосредственно смешивание компонентов.

       Итак, в сложившейся практике  производства полистиролбетона  по объективным причинам используются  вспененные гранулы приблизительно  одного размера. Получаемая композиция, состоящая из гранул сверхлегкого заполнителя, цемента и в некоторых случаях песка, явно не оптимальна. Более того, подобное построение противоречит как общим приемам подбора состава бетона на крупном и мелком заполнителе, так и самому принципу конструирования материалов теплоизоляционно-строительного назначения.

       Как известно, для достижения  наиболее выгодных показателей  плотности, теплопроводности, прочности  при оптимальном расходе цемента,  для бетона на легком заполнителе  необходимо обеспечить высокую плотность размещения зерен заполнителя в объеме бетона. В данном требовании бетоны на легких и сверхлегких заполнителях практически не отличаются от обычных тяжелых бетонов. В любом случае зерна заполнителя должны быть равномерно покрыты тонким слоем цементного клея, а пустоты между крупными зернами заполнителя должны быть заполнены зернами более мелкими. Именно максимально плотная укладка заполнителя в бетоне позволяет уменьшить расход цемента. В случае с бетоном на пористых заполнителях снижение расхода цемента помимо уменьшения стоимости, позволяет также повысить теплотехнические характеристики этого строительного материала и уменьшить его усадку при твердении. Из всех компонентов бетонной смеси именно цементный камень является наиболее плотным, тяжелым и соответственно теплопроводным материалом. Соответственно, для получения легкого бетона малой теплопроводности необходимо снижать долю цементного камня в общем объеме бетона, повышая долю легкого заполнителя.

     Так как, пустотность заполнителя напрямую зависит от его зернового состава и формы частиц, именно объем пустот между зернами заполнителя во многом определяет расход цемента, показатели теплопроводности и целый ряд других важнейших характеристик бетона. В случае с полистиролбетоном, когда пористый заполнитель представлен в виде гранул сферической формы одинакового размера, максимально плотная укладка такого заполнителя возможна по двум основным схемам (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Расположение гранул полистирола

     На  рисунке 2.1а. представлено расположение гранул полистирола рядной укладки. В данном случае объем пустот между гранулами составит 47.6 %.

       На рисунке 2.1б. показана более плотная, шахматная укладка гранул полистирола. При такой схеме укладки объем пустот между гранулами составит 30 %.

       На практике, однако, получение представленных  схем укладки гранул полистирола  практически не возможно. Гораздо  чаще встречаются промежуточные  схемы укладки, когда объем  пустот, колеблется от 39 до 45 %.

       Итак, для наиболее часто встречающейся  в производстве полистиролбетона укладки сферических тел аналогичного размера объем пустот между сферами составляет в среднем 42 %. Соответственно, используя вспененные гранулы полистирола одного размера, даже без учета толщины слоя цементного клея, скрепляющего гранулы между собой остается от 39 до 45% свободного объема. Этот свободный объем между гранулами должен быть заполнен цементом и песком, иначе подобная композиция теряет свою цельность. Учитывая объемный вес цементного камня, либо песко-цементного композита становиться ясно, что, плотность материала состоящего на 61-55 % из вспененных гранул полистирола (объемный вес 10- 30 кг/м3) и 39-45 % песка и цемента (объемный вес 1800- 2100 кг/м3) составит ни как не меньше 800 кг/м3! Излишне говорить, что теплопроводность такого материала весьма велика. Таким образом, уникальные теплоизоляционные возможности вспененного полистирола не могут быть реализованы в производстве материалов изоляционно-строительного назначения с использованием в качестве связующего компонента цемента и песка без проведения комплекса технологических операций направленных на снижение плотности получаемого композита. Вместе с тем приемы позволяющие повысить теплоизоляционные свойства строительных материалов, хорошо известны, они с успехом применяются в массовом строительстве. Задача заключается в том, чтобы из нескольких возможных вариантов выбрать наиболее рациональный.