Производство однослойных железобетонных панелей

Содержание

Введение

 В настоящее время бетон и железобетон являются основными строительными материалами. Железобетон вследствие своих физико-механических свойств, долговечности и технико-экономической эффективности производства и применения изделий из них, а также наличия достаточных сырьевых ресурсов для получения цемента и бетона зарекомендовал себя с хорошей стороны , занимает ведущее место и играет важную роль в строительстве.

Конструкция из легкого железобетона представляет собой конструктивное соединение легкого  бетона и стали. Существенным преимуществом  конструкций из легкого железобетона является малая плотность и меньшая  теплопроводность. Сравнительно небольшая  плотность  конструкций из  легкого  железобетона – одно из достоинств последнего при сборном строительстве. Вместе с тем  конструкция из легкого  железобетона имеет более низкие марки, чем обычного тяжелого бетона. Снижение веса легкого железобетона достигается за счет замены крупного заполнителя (гранитного щебня) на заполнитель  из керамзитового гравия,песка, пемзы, туфа, туфолавы, ракушечника, легкого известняка, шлака и других им подобных заполнителях. Таким образом замена пролетного строения из обычного (тяжелого) железобетона на пролетное строение из  конструкции из легкого железобетона позволяет выиграть по массе на 33%. За счет того что температурные деформации в стали почти одинаковы, а также при соприкосновении бетона и арматуры ни в одном из них не возникает коррозии. Следует отметить, что особенно целесообразно применение конструкции из легкого железобетона в пролетных строениях, в качестве внутренних стеновых панелей. Это объясняется существенным снижением усилий в них от температуры и усадки благодаря низкому модулю упругости легкого железобетона.[3]

Железобетонные  изделия бывают различных видов, также существует большое количество способов их производства.

В данной работе будет рассмотрена схема  конвейерного производства  железобетонных панелей с заданными свойствами. Конвейерный метод производства железобетонных изделий позволяет  добиться комплексной механизации  и автоматизации технологических  процессов изготовления изделий, значительного  повышения производительности труда  и увеличения выпуска готовой  продукции при наиболее полном и  эффективном использовании технологического оборудования. Применение этого метода рационально при массовом выпуске  изделий по ограниченной номенклатуре с минимальным числом типоразмеров.

Конвейерная схема производства дает возможность  максимально локализовать и автоматизировать технологические операции, достичь  высокой эффективности производства благодаря применению принудительного  режима перемещения изделий по постам, обеспечить снижение расхода тепловой энергии за счет непрерывного процесса тепловлажностной обработки изделий, эффективно использовать технологическое оборудование, формы и оснастку. В то же время конвейерная схема из-за высокого уровня механовооруженности требует значительных капитальных вложений и затрат на обслуживание механизмов и оборудования, не обладает гибкостью технологии, что ведет к значительным материальным затратам при переходе на новую номенклатуру выпускаемой продукции.

Конвейерные линии наиболее эффективны при специализированном серийном выпуске изделий, близких  по типам и размерам. Их применение наиболее целесообразно при массовом изготовлении плоскостных изделий  для жилищно-гражданского и промышленного  строительства.

Эффективность выпускаемой продукции зависит  главным образом от принятой технологии выполнения наиболее сложных и трудоемких основных операций – формования изделий  и процессов ускорения твердения  бетона. В данной работе будет разрабатываться схема для изготовления железобетонных панелей однослойных внутренних стен. Для этого применяют кассетно-конвейерную линию с транспортированием, а процесс тепловлажностной  обработки железобетонных перемычек протекает в ямных пропарочных камерах.

Пропарочная камера ямного типа является самой  простой и распространенной установкой для тепловой обработки железобетонных изделий. Данный аппарат не только стал применяться в первую очередь, но и сохранил ведущую роль в настоящее  время.

Целью данного курсовой работы является разработка завода по производству однослойных внутренних стеновых панелей по конвейерной технологии, отвечающих современным требованиям по теплоизоляционным, прочностным и эксплуатационным свойствам, который может свободно конкурировать с заводами иностранных государств

1 Основные свойства готовой продукции, сырья и вспомогательных материалов

Внутренние стеновые панели изготавливаются однослойными, а в качестве материалов применяются  конструкции из легкого железобетона. В зависимости от своей толщины, внутренние панели могут применяться как в качестве несущих стен, так и в качестве панелей диафрагм жёсткости. Внутренние стены, не являющиеся несущими устанавливаются, в основном, в качестве стен-перегородок лёгкой конструкции.

Существенным преимуществом  конструкций из легкого железобетона является малая плотность и меньшая  теплопроводность. Сравнительно небольшая  плотность  конструкций легкого  железобетона – одно из достоинств последнего при сборном строительстве. Вместе с тем конструктивный легкий железобетон имеет более низкие марки, чем обычного бетона. Снижение веса легкого железобетона достигается за счет замены крупного заполнителя (гранитного щебня) на заполнитель из песка, пемзы, туфа, туфолавы, ракушечника, легкого известняка, шлака и других им подобных заполнителях. Таким образом замена пролетного строения из обычного (тяжелого) железобетона на пролетное строение из легкого железобетона позволяет выиграть по массе на 33%. За счет того что температурные деформации в стали и легком бетоне почти одинаковы, а также при соприкосновении легкого бетона и арматуры ни в одном из них не возникает коррозии. Следует отметить, что особенно целесообразно применение его в пролетных строениях, в качестве внутренних стеновых панелей. Это объясняется существенным снижением усилий в них от температуры и усадки благодаря низкому модулю упругости легкого железобетона[4]

Толщина внутренних панелей из керамзитобетона практически равна толщине стен из ячеистых бетонов и близка к толщине трехслойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем. По сравнению с панелями из ячеистого бетона керамзитобетонные панели имеют меньшую усадку, большую трещиностойкость, просты в изготовлении. [ГОСТ 11024-72]

Керамзитобетон как материал обладает лучшими сочетаниями показателей прочности и веса, т. е. имеет наименьшую плотность при заданной прочности.

В данной работе будут рассматриваться внутренние однослойные панели из керамзитобетона.

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы,  относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим. Глинистые породы отличаются  сложностью  минералогического  состава  и, кроме глинистых минералов (каолинита,  монтмориллонита,  гидрослюды  и  др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси. Глинистые минералы слагают глинистое вещество  — наиболее  дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче  0,005  мм).  Собственно   глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.[ ГОСТ 9757-61]

Для производства  керамзита  наиболее  пригодны  монт-мориллонитовые  и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание  SiO₂ должно быть не более 70%, Аl₂О₃ — не  менее 12%, Fe₂O₃ + FeO — до 10%, органических примесей – 1-2%. Пригодность того или иного глинистого сырья для производства  керамзита устанавливают специальным   исследованием   его   свойств.   Важнейшее   из требований к сырью – вспучивание при обжиге

Качество  керамзитового  гравия характеризуется размером его  зерен, объемным весом  и  прочностью.  В зависимости  от  размера  зерен  керамзитовый  гравий  делят  на   следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20  и  20  –  40  мм,  зерна  менее  5  мм  относят  к керамзитовому  песку. В зависимости от объемного  насыпного  веса  (в  кг/м³) гравий делят на марки от 150 до  800.  Водопоглощение  керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.[5]

Керамзитовый гравий —  частицы округлой формы с оплавленной  поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его  имеют округлую форму. Структура  пористая, ячеистая. На поверхности  его часто имеется более плотная  корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти  черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих  печах. Такой гравий с размерами  зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных  конструкций.

Для изготовления керамзитобетонных  изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель. Керамзитовый песок — заполнитель  для легких бетонов и растворов  с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают дроблением более крупных кусков керамзита в валковых дробилках.

Портландцемент характеризуется тонкостью помола .Тонкость помола влияет на сроки схватывания и твердения, а также на прочность затвердевшего цементного камня. Среднее значение тонкости помола портланд цемента 2500 см²/г. В настоящее время цементная промышленность выпускает портландцемент марок 300, 400, 500, 550, 600.В данной курсовой работе будет использован М 400, так как он удовлетворяет всем требованиям проетировочной прочности.[5]

В состав портландцемента  входят: Алит — основной минерал ПЦ клинкера. Содержание в клинкере- 45 ...65% (т.е. наибольшее). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Белит — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера (20 ...30%). Он медленно набирает прочность, но при длительном твердении в благоприятных условиях его прочность весьма высока. Суммарное содержание алита и белита в клинкере портландцемента может доходить до 80%, что дает основание называть его силикатным цементом.  Трехкальциевого алюмината в портландцементе содержится 4... 12%. Самый активный из клинкерных минералов. Однако продукт его гидратации имеет повышенную пористость, низкую прочность и долговечность. Быстрое взаимодействие с водой вызывает преждевременное схватывание цементного теста. Четырехкальциевого алюмоферрита в портландцементе содержится 10...20%. По скорости твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом, но не обладает высокой прочностью. Кроме того, в составе клинкера в небольшом количестве имеется стекловидная фаза, состоящая в основном из CaO, A12O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, а также свободные MgO и СаО. Содержание свободных оксидов магния и кальция в виде пережога в клинкере не должно превышать соответственно 5 и 1 %.

Вода - важное влияние качества воды затворения на прочность бетона уже неоднократно отмечалось. Качество воды также может иметь свое значение: примеси в воде могут помешать схватыванию цемента, могут отрицательно повлиять на прочность бетона или вызвать коррозию его поверхности, кроме того, могут привести к коррозии арматуры. По этим причинам следует учитывать пригодность воды для приготовления бетонной смеси и ухода за бетоном.

Как правило, вода, которая не показывает при  испытании содержание солей,жиров,кислот пригодна для употребления, но темный цвет или плохой запах не обязательно обозначает, что присутствуют вредные вещества. Простейший способ определения пригодности такой воды заключается в сравнении времени схватывания цемента и прочности кубиков из цементного раствора с соответствующими результатами, полученными при употреблении известной «хорошей воды» или дистиллированной воды. Обычно допускаются отклонения в прочности в пределах 10%.[ ГОСТ 23732-79]

Для повышения  подвижности и улучшения удобоукладываемости бетонной смеси, необходимой для бетонирования тонких густоармированных конструкций на большую высоту, следует применять пластифицирующие добавки, которые увеличивают реологические свойства на 10-15 %, что существенно влияет на производительность завода.

В изготавливаемых  стеновых панелях будет применяться «Полипласт СП1»  . Добавка не имеет запаха, не выделяет при хранении вредных газов, мало токсична.[ГОСТ 24211]

И так  мы рассмотрели основные материалы,котрые будут доставляться на завод,из этого  следует вывод что нужно очень  тщательно проверить качество и пригодность сырья.

Свойства  на которые мы должны будем обращать внимание и основываться при производстве.

Пористость: Степень заполнения объема материала порами, выражается в процентах. По величине пор выделяют мелкопористые - размеры пор составляют сотые и тысячные доли миллиметра; и крупнопористые материалы - размеры пор от десятых долей миллиметра до 1-2мм. Пористость материалов влияет на такие свойства, как прочность водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность и др.

Теплопроводность: Свойство материала передавать тепло при наличии разности температур с одной и другой сторон. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты в Дж, проходящей через образец толщиной 1м, площадью 1м² за час при разности температур противоположных поверхностей образца 1С. Значения сырьевых материалов представлена в таблице 1.

Долговечность бетона зависит  от его морозостойкости. Для внутренних  конструкций обычно применяют легкие бетоны, выдерживающие 15—25 циклов попеременного  замораживания и оттаивания. Возможность  получения легких бетонов с высокой  морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области  их применения. Марки от 15-75 Мрз[5]

Водонепроницаемость конструкционных  легких железобетонов высокая. Характерно, что со временем водонепроницаемость  легких бетонов повышается. Дальнейшее уменьшение плотности легких бетонов  без ухудшения их основных свойств  возможно путем образования в  цементном камне мелких замкнутых  пор. Мелкие и равномерно распределенные поры в цементном камне не понижают прочность, но уменьшают объемную массу  и теплопроводность легкого бетона.

Сопротивление действию мороза и антиобледенительных солей у легкого бетона с плотной структурой соответствует нормальному бетону. У легкого бетона с открытыми порами проникшая в поры вода при замерзании расширяется, не причиняя разрушений .

Таблица 1 Характеристика готовой продукции и сырья для ее получения

2 Технологическая схема производства  железобетонных панелей

для внутренних стен

Рисунок 1 -Конвейерная технология изготовления железобетонных изделий

 
I —  зона хранения сырья ; II — зона  приготовления бетонной смеси; III — зона изготовления арматурных элементов; IV — зона изготовления и выдачи изделий; 1 — пост разгрузки щебня и песка; 2 — приемные бункера; 3 — аккумулирующие бункера; 3 — транспортная галерея; 5 —расходные бункера; 6 — смесительное отделение; 7 —силосный склад цемента; 8 — вагон с цементом; 9 — пропарочная камера; 10 — пост укладки термоизоляционного слоя (если нужно); 11 — пост доводки изделий; 12 — пост формования изделий; 13 — пост укладки арматуры; 14 — смазка форм; 15 — очистка форм; 16 — передаточная тележка; 17 — пост распалубки; 18 — пост контроля

Описание производства железобетонных панелей для внутренних стен.

Стан работает следующим  образом. Компоненты бетонной смеси  из дозаторного отделения подаются в двухвальный бетоносмеситель, представляющий собой стационарный барабан с двумя валами, на которых  по спирали расположены бетоносмесительные лопатки, что обеспечивает винтообразное  транспортирование смеси вдоль  вала и на каждом валу в противоположную  сторону. В конце каждого вала имеются смесительные лопатки, расположенные  в противоположном направлении, для передачи смеси на противоположный  вал. Таким образом смесь в  смесительной емкости перемещается кольцеобразно и при движении винтообразно переворачивается вовнутрь. Это приводит к интенсивному передвижению смеси в трех направлениях. Для  повышения доли относительного движения, оба круга смешивания перекрещиваются  в середине кругов смешивания. Там  находится высокотурбулентная зона, усиливающая эффект смешивания.      Далее бетонная смесь поступает на непрерывно движущуюся ленту, состоящую из стальных звеньев, шарнирно прикрепленных к трем параллельно расположенным ветвям тяговых цепей. На рабочей поверхности формующей ленты с помощью технологической оснастки оборудуются участки (карты) для формования определенных изделий. Формующая лента приводится в движение от привода, а натягивается с помощью натяжной станции.

Способы  перемешивания  и  выбор  аппаратуры  для  его  проведения  определяются  целью  перемешивания  и  агрегатным  состоянием  перемешиваемых  материалов.  Смешивание  масс - процесс,  зависящий  от  многих  параметров  и  факторов.  Основной  задачей  этого  технологического  передела  в  производстве  строительных  материалов  является  получение  однородной  смеси  компонентов,  т.е.  гомогенизация составляющих  смеси.  Скорость  и  результат  смешивания  во  многом  определяются формой  и  величиной  частиц,  общим  зерновым  составом  и  каждого  компонента  в отдельности,  числом  смешиваемых  компонентов  и  соотношением  их  количеств,  плотностями  смешиваемых  компонентов  и  их  коэффициентами  трения,  степенью увлажнения  и  способностью  к  слипанию  отдельных  частиц,  степенью  измельчения  зернового  состава  в  процессе  перемешивания. 

Перемешивание  осуществляется  в  специальных  аппаратах  -  смесителях,  конструкция  которых  зависит  от  характера  смеси  и  требуемой  производительности.  Эффективность  перемешивающего  устройства  характеризует  качество  проведения  процесса  перемешивания  и  в  промышленности  строительных  материалов  определяется  степенью  гомогенизации  массы,  т.е.  степенью  равномерности  распределения  компонентов  в  объеме  полученной  смеси.  Интенсивность  перемешивания  определяется  временем  достижения заданного  технологического  результата.

  Для формования панелей применяют автоматизированную установку, оборудованную виброформовочной машиной, поперечным формоукладчиком и виброплощадкой. Подготовленную форму формоукладчиком подают на виброплощадку, затем виброформовочная машина с помощью вибронасадки и заглаживающего устройства за два прохода формует изделие ; при необходимости может включаться виброплощадка.

Установка для формования панелей состоит  из виброплощадки, виброформовочной машины и приводного операционного роликового конвейера. На конвейере расположено  три поста. На первом посту отпускают  и обрезают напряженную арматуру, производят распалубку, затем снимают  изделие, на втором - укладывают арматурные стержни и натягивают их гидростатом  или электрическим способом, на третьем  посту укладывают арматурные сетки  и закладные детали.

Подготовленную  форму передают на секцию конвейера, расположенную на домкратах вдоль  виброплощадки ; опуская на секцию, форму устанавливают на виброплощадку . При первом проходе бетоноукладчика бетонную смесь укладывают в продольные ребра панели и уплотняют на виброплощадке, при обратном проходе бетоноукладчика смесь укладывают в поперечные ребра и поле панели. Второй слой  бетонной смеси уплотняют вибронасадкой и заглаживают резиновым катком.

Тепловлажностной  обработкой  называют  процесс  одновременного  воздействия  на материал  теплоты  и  влаги.  В  производстве  строительных  материалов  тепловлажностной  обработке  как  основной  технологической  операции  подвергают  бетонные изделия,  силикатный  кирпич,  некоторые  виды  безобжиговых  огнеупоров,  композиции  на  основе  полистирола  и  поливинилхлорида.  В  качестве  теплоносителей  для тепловлажностной  обработки  применяют  водяной  пар,  горячую  воду  и  нагретый  воздух  с  повышенной  относительной  влажностью.  Процесс  обработки,  как  правило,  делят  на  три  периода :  нагрев  материала до  температуры греющей среды,  выдержка  при  максимальной  температуре,  охлаждение.  Окончанием  периода  нагрева  считают  время,  при  котором   поверхность  материала  нагреется  до температуры  теплоносителя.  Второй  период  часто  условно  называют  периодом изотермической  выдержки.  Условность  названия  связана  с  тем,  что  центральные слои  материала  в  начале  периода  продолжают  нагреваться,  так  как  их  температура  отстает  от  температуры  поверхности.  Период  охлаждения  протекает  без  подачи  теплоносителя  в  установку.[12]

3 Режим работы завода и основных цехов

Режим работы завода и цехов по выпуску внутри стеновых панелей из железобетона является наиболее значимой частью данной курсовой работы. Он включает в себя определение  рабочих дней в году, количество смен работы в сутки, а также рабочих  часов в смене. Эти данные необходимы, чтобы  обеспечить непрерывной и  бесперебойной работой основные цехи и собственно завод. В данном случае, зададимся такими величинами:

Количество  рабочих дней в году – 260 и 365К, где  К – коэффициент использования  оборудования, который принимаем  равным 0,84.

Количество  смен работы в сутки – 3 для тепловлажностной обработки, формования и 2 смены для  остальных цехов.

Продолжительность смены для цехов тепловлажностной обработки и формования составляет 7 часов, для остальных цехов 8 часов.

Для того чтобы назначить режим работы предприятия, необходимо знать из каких  технологических операций состоит  процесс производства. Данные режима работы по каждой из них целесообразнее показать в таблице.

Таблица 2 – Режим работы предприятия

4 Материальные расчеты процесса

Заключаются в определении количества загружаемых  и получаемых продуктов на каждой стадии технологического процесса с  обоснованием расходных коэффициентов  по сырью, составу и количеству отходов. Получаемые результаты служат исходными  данными для определения числа  единиц необходимого оборудования, его  размеров и производительности, а  так же для энергетических расчетов оборудования и определения расходов энергии на технологические нужды.

При выполнении материальных расчетов ряда механических и физико-механических операций потери сырья могут быть приняты на основе данных из технической литературы. Усредненные значения потерь при дроблении, помоле и перемещении составляют 0.5%. при сушке 1-10%. при обжиге 3-7%, при транспортировании 0.5%.

Принимая  вышеизложенный режим работы завода, определяем потребность в сырье (годовую, часовую).

Материальный расчет каждой стадии технологического процесса производят на основании закона сохранения масс:

где и - сумма масс исходных и полученных материалов;

     – потери (отходы).

Для определения  производительности (м³) пользуются следующими формулами:

-в год: N по заданию  (или по расчету при проектировании  реконструкции предприятий) + потери

-в сутки: N/D=X₁,    где D – это количество рабочих дней в году

-в смену: X₁/n=Х₂, где n – это сменность данной технологической операции

-в час: Х₁,/t=Х₃,     где t – это время работы одной смены в данной технологической операции

Для определения  производительности при  транспортирование  и складирование готовой продукции  расчет ведется по следующим формулам:

-в год: N (1+0.01П) = Х, (где П - процент потерь попаданию или приложение 2 на данном технологическом переделе);

-в сутки: Х₄/.D=Х₅;

-в смену: Х₅/n=Х₆;

-в смену X₆/t=X₇.

Результаты материальных расчетов на отдельных стадиях работы заданного технологического процесса заносят в таблицу №3 – «Потребность в сырье и полуфабрикатов»

Таблица 3 – Потребность в сырье и полуфабрикатах