Проект цеха для производства керамзитобетонных однослойных панелей наружных стен, отвечающих нормативным требованиям

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Задачи резкого увеличения объемов строительства, сокращения сроков возведения зданий, повышения  их теплозащиты  могут быть решены только при использовании эффективных строительных материалов. Одним из важнейших направлений решений этих проблем является широкий спектр легких бетонов на качественных пористых заполнителях.

В свое время в СССР керамзит послужил основой для развития индустриального домостроения, в результате чего были решены задачи: значительного повышения объемов строительства, снижения трудозатрат и сокращения сроков возведения объектов. Была снята острота жилищной проблемы.

В настоящее время керамзит является реальной, достойной альтернативой среди других вариантов решения задач удвоения объемов строительства, и обеспечения теплозащиты зданий.

Помимо задач увеличения объемов  строительства, создания эффективной  теплозащиты зданий и сооружений, все большее значение придается также вопросам безопасности жилых и общественных зданий.

Керамзит, являясь экологичным, пожаробезопасным и долговечным материалом, наилучшим образом обеспечивает высокую комфортность жилья и безопасность людей.

Тысячелетняя практика человечества показала безопасность, высокую экологичность глинистого сырья и изделий из него. Начиная от глинобитных хижин, примитивной глиняной посуды, а затем кирпича, фарфорофаянсовых изделий, санитарно-технической керамики - основой всему служит глина  верный и добрый спутник человечества с древнейших времен.

И керамзит, получаемый высокотемпературным  обжигом глиняных гранул, обладает высокой степенью экологической  чистоты. Как и все карьеры  природного сырья любого вида, керамзитовые карьеры проходят контроль на радиационную безопасность, и лишь после этого их разрешают использовать.

Керамзит является уникальным материалом с широким разнообразием сфер применения, что обусловлено возможностью гибкого варьирования его свойств (плотности, прочности, грансостава) за счет изменения технологических параметров производства, а также - за счет огромного многообразия изделий, изготавливаемых на его основе.

При этом, сам процесс изготовления может осуществляться в промышленных условиях с высоким уровнем механизации  и автоматизации. В широких пределах можно варьировать конструктивные решения, менять составы композиций, виды вяжущих, размер и форму изделий.

Такая много вариантность, безусловно, позволяет уйти от унылого  однообразия панельного домостроения прошлых лет, найти интересные оптимальные варианты, конструктивные и архитектурные  решения, наиболее подходящие для климатических условий конкретного региона с учетом исторических и национальных традиций развивающегося Казахстана.

В свое время в СССР была создана мощная производственная база по выпуску керамзита (352 завода - 1990г.), укомплектованная квалифицированными кадрами. В настоящее время, несмотря на трудности, сохранившиеся керамзитовые заводы могут работать эффективно, прибыльно и выпускать качественную продукцию, пользующуюся спросом.

В настоящее время керамзитобетон и изделия из него применяются  незаслуженно мало, не более 5-10% всего  объема домостроения, тогда как за рубежом эта цифра доходит  до 60%.

За рубежом наибольшее  развитие производства заполнителей, типа керамзита, получило  в США и Канаде, в послевоенные годы - почти во всех странах Европы, и Японии. Особо значительное развитие в США получило применение керамзита в высокопрочных напряженно-армированных конструкциях (М 300-600, плотность 1600-1800 кг/м³).

Об экономической эффективности  применения керамзитобетона в развитых странах, в том числе  США опубликовано много материалов: например, строительство гостиницы в Лос-Анджелесе  использовано 38000 м³ керамзитобетона - экономия составила 15%; постройка 12 этажного здания (размер в плане 30×60 м) - экономия 13%. Среди сооружений, выстроенных  с применением керамзитожелезобетона, имеются уникальные: оболочка здания в Нью-Йоркском международном аэропорту - 4 секции перекрывают помещение размером 90×60м (керамзитобетон с прочностью 410 кг/см², плотностью 1850 кг/м³); здание зала собраний Иллинойского университета - в виде купола с покрытием из керамзитожелезобетона: замена тяжелого бетона позволила снизить вес здания на 6800т.

Цель данной курсовой работы: выполнить проект цеха для производства керамзитобетонных однослойных панелей наружных стен, отвечающих нормативным требованиям.

 

 

 

 

 

1 ХАРАКТЕРИСТИКА  ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

 

Легкие бетоны на пористых заполнителях стали основным материалом ограждающих  конструкций и особенно стеновых наружных панелей и блоков.

Керамзитобетон представляет собой  легкий бетон на пористом заполнителе. Вообще, керамзит - это ячеистый материал в виде гравия или щебня. Сырьем для  его производства служат суглинки и  глина, содержащие окислы железа и органические примеси. Керамзит используют как заполнитель для легкого бетона.

Домостроительных комбинаты используют для изготовления крупноразмерных  изделий легкие бетоны на пористых заполнителях. Легкобетонные изделия  широко применяются в жилищном строительстве.

Опыт крупнопанельного строительства  подтвердил, что легкий бетон - наиболее подходящий материал для крупнопанельных  наружных ограждающих конструкций. В крупнопанельном строительстве  используются архитектурно-планировочные  решения, обеспечивающие посемейное заселение жилых домов бескаркасной конструкции высотой 5 и более этажей. Господствующая конструктивная схема - с панельными перекрытиями, опирающимися по контуру на несущие перегородки, - лучше всего отвечает конструктивным качествам легких бетонов на пористых заполнителях.

В климатических условиях Казахстана применение однослойных наружных стен из легкого бетона дает возможность эффективно использовать его физико-механические и теплофизические свойства. Легкобетонные элементы наружных ограждений стыкуются проще и надежнее, чем панели из других материалов.

Разработка технологических принципов  получения требуемой структуры  теплоизоляционного, теплоизоляционно-конструктивного  и конструктивного легких бетонов  применительно к их назначению, использование производственных факторов заводской технологии для обеспечения необходимых эксплуатационных характеристик конструкций - главные достижения строительной науки в области легких бетонов. Используется и такое изделие из керамзитобетона как однослойные стеновые панели вместо двухслойных.

Развитие производства легких бетонов  приобретает особое значение для  Казахстана и, в частности, для его  южных районов в связи с  высокой их сейсмичностью. В этих условиях снижение веса отдельных конструкций, а также зданий и сооружений в целом за счет применения легких бетонов может рассматриваться как одна из мер повышения их сейсмостойкости.

Легкие бетоны, как известно, представляют для нашего строительства значительный практический интерес. По сравнению  с тяжелым бетоном они имеют ряд преимуществ. Наиболее важным из них является более низкий объемный вес. Так, объемный вес легкого бетона высоких марок примерно в 1,5 раза меньше, чем тяжелого. Разница в весе легких бетонов невысокой прочности по сравнению с тяжелым будет еще больше и может доходить до 2-3 раз. В этом случае легкие бетоны приобретают и другое весьма важное преимущество - хорошие теплозащитные свойства.

Конструкции из легких бетонов целесообразно  изготовлять по возможности максимальных размеров.

По причине меньшего веса легкобетонных элементов по сравнению с железобетонными, значительно упрощаются условия их транспортирования и монтажа. Так, например, вместо двух панелей из железобетона автомашина может перевести больше, а кран поднять три панели из легкого бетона.

В жилищно-гражданском строительстве  легкие бетоны наиболее широко применяются  для панелей наружных стен. Такие  конструкции, имея ряд преимуществ  перед большинством конструкций  из других материалов, изготовляются  главным образом однослойными из бетона марок 50-75, объемным весом 800 - 1500 кг/м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Выбор сырьевых материалов и обоснование технологической схемы производства

1. Режим работы цеха

Для цеха изготовления панелей устанавливаем  следующий режим работы:

• по прерывной неделе в 2 смены,
• 262 рабочих дней в году.

Количество рабочих часов в  сутки при двух сменах – 16 часов, т.е. продолжительность смены – 8 часов.

Для щелевых камер устанавливаем  следующий режим работы:

• по прерывной неделе в 3 смены,
• 262 рабочих дней в году

Годовой фонд рабочего времени определяем по формуле:

 

, ч                                                                             (2.1)

где C_P – расчетное количество рабочих суток в году;

с – продолжительность смены, ч;

п – количество смен.

 

, ч

Годовой фонд рабочего времени щелевых  камер:

 

, ч

Годовой фонд времени работы основного  технологического оборудования находим по формуле:

 

, дней                                                                      (2.2)

 

где K_об – коэффициент использования оборудования, K_об = 0,943.

 

, дней.

 

Годовой фонд работы основного технологического оборудования определяем по формуле:

 

, ч                                                                   (2.3)

, ч

Результат расчёта режима рабочего цеха сведём в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Режим работы цеха

Наименование цеха	Количество смен в сутки	Количество дней в году	Длительность рабочей смены, ч	Коэффициент использования оборудования	Годовой фонд рабочего времени, ч	Годовой фонд эксплуата-ционного времени, ч
Формовочный	2	262	8	0,943	4192	3953

 

Таблица 2.2   - Штатная ведомость цеха

Наименование профессии или вида работ	Явочная численность, чел				Длительность смены, ч	Количество чел·ч
	I смена	II смена	III смена	Всего		В сутки	В год
Основные производственные рабочие
Пост №1: рабочие	2	2	-	4	8	32	8384
Пост №2: рабочие	1	1	-	2	8	16	4192
Пост №3: рабочие	1	1	-	2	8	16	4192
Пост №4: рабочие	2	2	-	4	8	32	8384
Пост №5: рабочие	1	1	-	2	8	16	4192
Пост №6: формовщики	2	2	-	4	8	32	8384
Пост №7: формовщики	2	2	-	4	8	32	8384
Пост №8: формовщик	2	2	-	4	8	32	8384
Операторы бетоноукладчиков	2	2	-	4	8	32	8384
Пост №9: оператор затирочной машины	1	1	-	2	8	16	4192
Мойщик	1	1	-	2	8	16	4192
Отделочник	1	1	-	2	8	16	4192
Плотник	1	1	-	2	8	16	4192
Кантовщик	1	1	-	2	8	16	4192
Оператор самоходной тележки	1	1	-	2	8	16	4192
Оператор щелевой камеры	1	1	1	3	8	24	6288
Продолжение табл. 2.2
Помощник оператора щелевой камеры	1	1	1	3	8	24	6288
Всего	23	23	2	48	-	384	100608
Вспомогательные рабочие
Электрик	1	1	-	2	8	16	4192
Слесарь	1	1	-	2	8	16	4192
Наладчик КИМ	1	1	-	2	8	16	4192
Кладовщик	1	-	-	1	8	8	2096
Всего	4	3	-	7	-	56	14672
Инженерно-технический  персонал
Мастер цеха	1	-	-	1	8	8	2096
Начальник цеха	1	-	-	1	8	8	2096
Лаборант	1	-	-	1	8	8	2096
Всего	3	-	-	3	-	24	6288
Итого по цеху	30	26	2	58	-	464	121568

 

Исходя из принятого режима работы цеха, производим расчёт производственной программы изделий и полуфабрикатов с учётом возможного производственного брака и потерь.

Определяем суточную, сменную и  часовую производительность по формуле:

- суточная производительность:

 

, м³                                                                                   (2.4)

 

где П_год – годовая производительность цеха, П_год = 20 000 м³/год.

 

, м³.

 

- сменная производительность:

 

, м³                                                                               (2.5)

 

, м³.

 

 

- часовая производительность:

 

, м³                                                                                 (2.6)

 

, м³.

 

Самый загруженный пост – пост формования, время работы которого составляет 24 минуты, т.е. заготовительное отделение будет работать 12 минут.

Находим годовую производительность данной линии:

 

, м³                                                                   (2.7)

, м³.

Годовая производительность цеха 20 000 м³, поэтому достаточно одной линии.

Производительность с учётом потерь рассчитываются по формуле:

 

, м³                                                                          (2.8)

где q – потери на данном технологическом переделе.

П_о – производительность следующего технологического передела, м³.

Величина потерь брака  нормируется с достаточным приближением и составляет по изделиям – 1%:

 

, м³;

, м³;

, м³;

, м³.

 

Потери бетонной смеси при формовании изделий составляет – 1%:

 

, м³;

, м³;

, м³;

, м³.

Производительность с учётом потерь сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Производительность с учётом потерь

№ п/п	Наименование технического передела	Наименование сырья	Расход, м3
			в год	в сутки	в смену	в час
1	Производительность цеха	Готовая продукция	20000	76,34	38,17	4,77
2	Изделия, поступающие на склад	Керамзитобетонные панели	20202	77,11	38,55	4,82
3	Изделия, поступающие на тепловую обработку	Керамзитобетонные панели	20404	77,88	38,94	4,87

 

Расход материалов для получения керамзитобетона  определяется по формуле:

 

, кг                                                                                  (2.9)

где П_и – годовая, суточная, сменная, производительность цеха, м³.

М – расход сырьевых материалов для 1 м³ бетонной смеси, кг.

 

• расход цемента:

, кг;

, кг;

, кг;

, кг.

 

• расход керамзитового гравия:

, кг;

, кг;

, кг;

, кг.

• расход кварцевого песка:

, кг;

, кг;

, кг;

, кг

• расход воды:

, кг;

, кг;

, кг;

, кг

Конечные результаты представляем в виде таблицы 2.4.

 

Таблица 2.4 - Расход сырьевых материалов для приготовления керамзитобетонной смеси.

№ п/п	Наименование сырья	Расход сырья, кг
		в год	в сутки	в смену	в час
1	Цемент	3876760	14797,2	7398,6	925,3
2	Керамзитовый гравий	10544787,2	40248,38	20124,19	2516,82
3	Керамзитовый песок	4584778,8	17499,64	8749,82	1094,29
4	Вода	3427872	13083,84	6541,92	818,16

 

 

2.1.2 Номенклатура продукции  цеха

Наружные стеновые панели применяются  как ограждающие конструкции в жилых домах, строящихся по методам крупнопанельного и объёмно-блочного домостроения.

Панели классифицируют по следующим  признакам, характеризующим их типы:

1. Назначению в здании;
2. Конструктивному решению;
3. Числу основных слоев.

По назначению в здании панели подразделяют на панели для:

• надземных этажей;
• цокольного этажа или технического подполья;
• чердака.

По конструктивному решению  панели подразделяют на:

• цельные;
• составные.

По числу основных слоев панели подразделяют на:

• однослойные;

- слоистые (двух- и трехслойные).

Слоистые панели могут быть сплошными (без воздушных прослоек) и с воздушными прослойками. Двух- и трехслойные панели с воздушной прослойкой, расположенной за наружным слоем, в дальнейшем именуются двух- и трехслойными панелями с экраном, также могут выпускаться сплошные и с оконным проёмом.

Панели выпускаются с  оконными проёмами марки 2ПС 60.33.35-50Л.

Условные обозначения  марки: первая группа содержит обозначение типа панели – 2ПС и ее номинальные габаритные размеры 5990х3275х350мм (значения которых округляют до целого числа): длину и высоту в дециметрах – 60 и 33, толщину в сантиметрах – 35. Во второй группе указывают марку бетона по прочности на сжатие и вид бетона – 50Л, т.е марка М50, легкий бетон.

Стеновые панели изготавливаются  однослойными из лёгкого бетона –  керамзитобетона марки М50 и классом  по прочности В3,5.

Наружные стеновые панели изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 11024.

Требования к бетону и раствору для изготовления наружных стеновых панелей приведены в таблице  2.5.

 

Таблица 2.5 - Требования к бетону и раствору

Нормируемые требования	Нормируемые величины
Вид бетона	Керамзитобетон
Марка бетона по прочности  на сжатие, не ниже	М50
Класс бетона по прочности  на сжатие, не ниже	В3,5
Коэффициент вариации прочности  бетона по сжатию в партии, не более:	10%
Нормируемая отпускная  прочность бетона и раствора от класса или марки по прочности на сжатие, не менее:	80%
Марка по морозостойкости, не ниже:	F15
Средняя плотность бетона от марки по средней плотности  может превышать не более	5%
Максимальная марка  по средней плотности	Пл 900
Теплопроводность (коэффициент теплопроводности) бетона в сухом (высушенном до постоянной массы) состоянии, Вт/(м·°С)	0,27

 

Легкий бетон, материалы для  его изготовления и смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 25820.

Арматурная сталь должна удовлетворять  требованиям ГОСТ 5781.

В однослойных наружных панелях из лёгкого бетона предусмотрен фактурный и штукатурный слои из цементно-песчаного раствора марки М100.

Требования к панели приведены  в таблице 2.6.

 

Таблица 2.6 - Требования к панели

Вид отклонения геометрического параметра	Геометрический параметр и его номинальное значение	Предельное  отклонение
Отклонение  от линейного размера	По длине: По ширине и толщине: По ширине, высоте и  положению проемов:	±5 мм; ±5 мм; ±5 мм
Отклонение  от прямолинейности	На всей длине  панели длиной: 2500-4000 мм 4000-8000 мм	4 мм 6 мм
Отклонение  фактической массы	От номинальной  отпускной массы	7%

 

В бетоне и растворе панелей, поставляемых потребителю, не должно быть трещин, за исключением местных поверхностных усадочных и других технологических трещин шириной не более: 0,15 мм - на участках, где согласно проектной документации требуется контролировать ширину раскрытия трещин при испытании панелей нагружением.

 

 

 

Рис. 2.1 - Схема панели 2ПС 60.33.35-50Л

 

Объём бетона применяемый для изготовления панели – 5,84 м³. Расход арматурной стали на изделие – 94 кг.

 

Исходные данные для расчёта  бетонной смеси:

Цемент марки: ПЦ400-Д20. Жесткость  керамзитобетонной смеси: 5-10 с. Отношение фракций керамзитового гравия 5-10 и 10-20: 40/60%. Плотность фракции 5-10: 1,25 кг/л; 10-20: 1,19 кг/л. Мелкий заполнитель: керамзитовый песок, плотностью 0,7 кг/л.

Расход цемента составляет Ц₁ = 260 кг/м³, поправочные коэффициенты на цемент М500 равен 0,9 и при жёсткости 10 с – 0,9, по наибольшей крупности заполнителя 0,9.

Окончательный расход цемента:

 

Ц = 260 · 0,9 · 0,9 · 0,9 = 190 кг/м³ принимаем 200 кг/м³

 

Начальный расход воды составит В_о = 160 л/м³. Далее находим объёмную концентрацию керамзита: φ = 0,35. Расход керамзита определяем по формуле:

 

, кг/м³                                                             (2.10) 

где γ_з.к. – плотность зёрен крупного заполнителя в цементом тесте, кг/л.

 

, кг/л                                               (2.11)

 

, кг/л                                  

 

, кг/м³.

 

Определяем расход песка по формуле:

 

, кг/м³                                                        (2.12)

где γ_б – плотность бетона, кг/м³.

 

, кг/м³.

 

Общий расход воды определяем с учётом поправок на расходы крупного пористого заполнителя (керамзита) и цемента и на водопотребность песка:

 

, л                                                                      (2.13)      где В₁ – поправка на водопотребность плотного песка.

, л                                                              (2.14)

, л

В₃ – поправка на объёмную концентрацию керамзита.

, л                                                           (2.15)

, л

, л

Итак, получили следующий расход компонентов для получения керамзитобетона класса В3,5 на 1 м³ (табл. 2.7):

 

Таблица 2.7 - Расход компонентов на 1 м³

№ п\п	Компоненты	Расход
1	Портландцемент М400, кг/м3:	200
2	Гравий керамзитовый, кг/м3: фракция 5-10: фракция 10-20:	170,8 256,2
3	Керамзитовый песок, кг/м3:	224,4
4	Вода, л:	50 (166,8)
Всего		920

 

Данная плотность превышает  марочную плотность 900, но не превышает 5% погрешность, поэтому применяем среднюю плотность 920 кг/м³.

 

2.1.3 Сырье и исходные  строительные материалы

Для изготовления керамзитобетонной смеси применяют следующие основные материалы:

• вяжущее (цемент);
• мелкий заполнитель (керамзитовый песок);
• крупный заполнитель (керамзитовый гравий);
• вода.

 

К цементу, предъявляются  требования в соответствии с ГОСТ 10178-85:

• массовая доля оксида магния (MgO) в клинкере не должна быть более 5%;
• содержание хлор-иона не более 0,1%;
• содержание оксида серы должно быть не менее 1,0 и не более 4,0% массы цемента;
• начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 минут;
• 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;