Производство ребристых плит

Введение

 

Сборный железобетон  является одним из наиболее эффективных  материалов, способствующих индустриализации строительного производства. Применение сборных изделий для возведения жилых, промышленных, транспортных и других сооружений возможно в любое время года, что приобретает особо важное значение в связи с ускоренными темпами строительства. Широкому применению в строительстве сборного железобетона также способствуют: универсальность свойств железобетонных изделий (варьируя технологические приёмы и материалы, можно получать изделия с различными физико-механическими свойствами по прочности, теплопроводности, химической стойкости и т. д.); экономичность, жёсткость, огнестойкость, высокая долговечность железобетона по сравнению с другими конструкционными материалами: металлом и древесиной. Кроме того, применение сборного железобетона позволяет экономить такие дефицитные материалы, как сталь и древесину.

Для армирования плит применяют сварные сетки и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горячекатаной стержневой арматуры периодического профиля класса А-I, А-III, предварительно напряжённые конструкции сталью класса А-IV, А-V.

Такие плиты нашли  широкое применение как в промышленном, так и в гражданском строительстве.

В настоящее время  плиты перекрытий изготавливают в соответствии с ГОСТ 21506-87 «Плиты перекрытий железобетонные ребристые для зданий и сооружений» и действующими на заводах ТУ.

Применение ребристых плит покрытия экономически выгодно, т.к. из-за особенности  формы они при небольшой толщине  довольно высоки по прочности на изгиб; из-за выступающих вниз балок образует неплоский потолок, что ограничивает ее использование в жилых зданиях. Они находят применение в чердачных покрытиях.

 

Ребристые плиты предназначены  для перекрытий многоэтажных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий и сооружений различного назначения.

Цель данного курсового проекта - является разработка цеха для производства ребристых плит покрытия производственных зданий, обеспечивающего выпуск заданной производительности необходимого качества.

Для выполнения цели курсового проекта  необходимо определить основные задачи:

1. Анализ литературных источников  по вопросам проектирования заводов  железобетонных изделий, в частности  ФЦ для производства ребристых плит.

2. Выбрать наиболее рациональную  из всех возможных технологическую  схему цеха, обеспечивающую максимальную  производительность и автоматизацию производства.

3. Расчет и подбор технологического  оборудования, компоновка производственной линии.

4. Выполнение технологических  расчетов, расчет потребности в  сырьевых материалах, расчет производительности  конвейерной линии, расчет камеры  ТВО.

5. Расчет технико-экономических  показателей производства ребристых  плит покрытия по разработанной  технологии.

 

 

 

1 Номенклатура выпускаемой продукции

 

Ребристые плиты покрытия являются наиболее массовыми и занимают значительное место в продукции заводов железобетонных изделий.

1. Плиты должны удовлетворять  требованиям ГОСТ 13015.0-83 по прочности, жесткости и трещиностойкости; по показателям фактической прочности бетона (в проектном возрасте и отпускной); по толщине защитного слоя бетона до арматуры; к маркам сталей для арматурных и закладных изделий, в том числе для монтажных     петель.

2. Плиты следует изготовлять  из тяжелого бетона средней  плотности более 2200 кг/м³ до 2500 кг/м³ по ГОСТ 26633-91.

3. При поставке плит  в холодный период года нормируемая  отпускная прочность бетона может  быть повышена, но не более  85 % класса бетона по прочности на сжатие.

        Указанная нормируемая отпускная прочность бетона может быть уменьшена или увеличена в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.0-83.

4. Арматурная сталь  должна удовлетворять требованиям:

   - термомеханически упрочненная арматурная сталь классов Ат-V, Ат-VСК, Ат-IVК и Ат-IIIС - ГОСТ 10884-81;

  - стержневая горячекатаная арматурная сталь классов А-V, A-IV и А-III - ГОСТ 5781-82;

  - арматурная проволока класса Вр-I - ГОСТ 6727-80.

5. Показатели проницаемости  бетона плит должны соответствовать  указанным в проектной документации на конкретное здание или сооружение согласно требованиям СНиП 2.03.11-85 и указанным в заказе на изготовление плит.

        6. Форма и размеры арматурных и закладных изделий и их положение в конструкциях должны соответствовать указанным в рабочих чертежах.

        7. Сварные арматурные и закладные изделия должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10922.

 

8. Требования к качеству поверхностей и внешнему виду конструкций – по

 ГОСТ 13015.0-83. При этом качество поверхности плиты (за исключением стыковых поверхностей) должно удовлетворять требованиям, установленным для категории А6.

В проектируемом цехе выпускается железобетонные ребристые  плиты покрытий 2П1 длиной 5650 мм, шириной 1485 мм,  толщиной 300 мм, предназначенные для эксплуатации в неагрессивной среде, с опиранием на верх ригелей.

Рисунок 1 – Опалубочный чертеж плиты 2П1

Рисунок 2 – Поперечное сечение плиты 2П1

 

 

2 Выбор способа производства и его обоснование

 

В настоящее время ребристые плиты можно изготавливать следующими способами: агрегатно-поточным и конвейерным.

Рассмотрим сначала  агрегатно-поточный способ. Он несомненно имеет ряд преимуществ:

- требует меньших производственных  площадей;

- требуется меньше  времени на строительство предприятия;

- позволяет легко переходить  на выпуск новой продукции.

Однако агрегатно-поточный способ имеет существенный недостаток – большое количество крановых операций.

Поэтому при производстве ребристых плит покрытия перемещение массивных форм с изделием является не целесообразным.

Для большинства изделий  при невысокой производительности цехов наиболее рациональной является конвейерная технология с использованием вертикальной пропарочной камеры.

По этому способу элементы изготовляют в формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по рельсам конвейера от одного агрегата к другому. Все формы- вагонетки перемещаются в установленном принудительном ритме.

Конвейерная технология с применением вертикальной камеры имеет ряд положительных особенностей:

- позволяет изготовлять  широкую номенклатуру изделий  с применением различных режимов тепловлажностной обработки;

- имеется возможность  применения различных теплоносителей (пара, электроэнергии, газа);

- конструкция закрытых со всех сторон форм позволяет значительно уменьшить тепловое расширение бетона при прогреве и улучшить качество изделий, это позволяет применять сокращенные режимы тепловлажностной обработки изделий;

 

- механизирует все  трудоемкие операции и автоматизирует процессы производства;

- высокая оборачиваемость  форм приводит к снижению относительной  металлоемкости оборудования.

При конвейерном способе  крановые операции сведены к минимуму. Так же конвейерный способ имеет ряд других преимуществ:

- большое количество однотипных изделий легче производить на конвейере, где существует разделение технологических операций;

- узкая специализация  обеспечивает высокую производительность  труда;

- непрерывность технологического  процесса исключает возможность  простоев;

- повышается культура  производства.

Исходя из вышеперечисленных  показателей способов производства, в курсовом проекте я принимаю конвейерный способ производства с использованием вертикальной пропарочной камеры.

 

3 Описание технологического процесса производства ребристых плит покрытия

 

После тепловлажностной обработки, осуществляемую с помощью контактного прогрева с двух сторон в вертикальной пропарочной камере, форма с изделием поступает на передаточную тележку 2 и перемещается на пост № 1, где происходит остывание изделия и обрезка арматуры с упоров форм. На посту № 2 производят раскрытие бортов, изделие навешивают на траверсы и при помощи мостового крана загружают на самоходную тележку, а далее на склад готовой продукции. Затем форма поступает на пост № 3, где происходит чистка и смазка эмульсией, а также производят закрывание бортов. На посту № 4 укладывают арматурные стержни в упоры формы и производят электронагрев. Затем форма поступает на пост № 5, на котором устанавливают каркасы в рёбрах и закладные детали плиты. На посту № 6 укладывается слой бетона. Далее форма передвигается на пост № 7, где устанавливают арматурные сетки в полке плиты. На этом же посту укладывается остальной слой бетона. После этого происходит уплотнение бетонной смеси, заглаживание верхнего слоя бетона и выдерживание изделий, после чего форма подаётся в вертикальную пропарочную камеру для тепловлажностной обработки.

Бетонная смесь попадают в формовочный цех по бетоновозной эстакаде с помощью бетоновозной тележки.

Пост тепловой обработки представляет собой вертикальную пропарочную камеру. Эти камеры представляют собой туннель, имеющий 34 яруса, на которых укладываются рельсовые пути для движения по ним формовагонеток. Вход и выход в туннель закрываются воздушными завесами, предохраняющими камеру от попадания холодного воздуха и в то же время не препятствующими непрерывному движению вагонеток. С помощью воздушных завес камеры разделяются на четыре зоны: нагрева, согрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения. Воздух в камеру подается по воздухопроводам. 
В калорифере нагревается воздух, который принудительно циркулирует в камере.

В камерах используется принцип рекуперации воздуха, т. е. передача его из зоны охлаждения в зону нагрева. Все воздуховоды, паропроводы и трубопроводы горячей и холодной воды размещены в нишах боковых стен. 
Воздух, идущий со стороны подачи, может быть подогрет и увлажнен в кондиционере, если этого требуют разность температур и влажность воздуха в первой зоне. Подогрев изделий в первой зоне происходит за счет тепла, содержащегося в воздухе, отсасываемом вентилятором из камеры. 
Во второй зоне изделия должны быть нагреты до определенной температуры (70 - 80°С) в зависимости от вида цемента. В 3 зоне происходит изотермическая выдержка изделия при постоянной температуре. Если теплопотери в зоне невелики по сравнению с теплом, содержащимся в массах бетона и вагонеток, поступающих в эту зону, и изделия во второй зоне нагреты до необходимой температуры, то в третью зону тепло подавать нет необходимости. 
В том случае, когда температура циркулирующего воздуха в зонах недостаточна, часть его следует подвергать дополнительному нагреву и, при необходимости, увлажнению. Потери тепла в третьей зоне можно возместить подачей острого пара.

Если изделия, выходящие  из камеры, будут иметь температуру выше предусмотренной технологией, то часть воздуха можно направлять в торцовые завесы со стороны выдачи, предварительно охладив в кондиционере. Проходя через зону охлаждения, воздух подогревается теплом охлаждаемых изделий и на границе зоны изотермической выдержки смешивается с воздухом, поступающим из кондиционера этой зоны. В зоне подогрева скорость воздуха является максимальной, поэтому при прочих равных условиях отдача тепла воздухом бетону в этой зоне будет наибольшей.

По мере прохождения изделий через камеры при нагреве или при охлаждении температура и влажность циркулирующего воздуха будут изменяться.

 

 

4. Технологическая часть

4.1. Требования  к сырью для бетона

 

Получить бетонную смесь  и бетон высокого качества можно  только при использовании качественных сырьевых материалов и их оптимальном соотношении. Тяжёлый бетон применяемый для плит перекрытия должен приобрести определённую прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобоукладываемой и экономичной.

Выбор вида и марки  цемента производим в зависимости  от условий работы конструкции (согласно принятой марки плиты)  и в соответствии с требованиями к бетону по прочности.

Для производства в данном проекте используется тяжёлый бетон  класса В15 (марки 200), жёсткостью 10-20с. Для этого, согласно рекомендации [5] выбираем цемент М400,со следующими характеристиками: 5,4 МПа предел прочности при изгибе; 39,2 МПа предел прочности при сжатии. Требования к цементу предъявляются согласно ГОСТ 10178 «Портландцемент и шлакопортландцемент». Портландцемент должен выдерживать испытание на равномерность изменения объёма при кипячении в воде. Начало схватывания должно быть не ранее 45 мин, а конец не позднее 10 часов. Тонкость помола определяется просеиванием на сите №008 (ГОСТ 6613-86). Через сито должно проходить не менее 85% цемента. Содержание МgО должно быть не более 5%. Цемент не должен иметь ложного схватывания.

В качестве крупного заполнителя  применяется щебень с максимальной крупностью зёрен до 20мм. Согласно требованиям  к зерновому составу заполнителей (ГОСТ 10268-80) содержание фракции 5-10мм – 25-40%, а 10-20мм – 60-70%. Содержание пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен в щебне не должно превышать 35%. Марка по дробимости Др12. Допускаемое количество пылевидных и глинистых частиц, определяемое отмучиванием в щебне – 3%.

В качестве мелкого заполнителя  используется песок, который должен отвечать требованиям ГОСТ 8736-85 «Песок для строительных работ». Песок должен соответствовать требованиям к зерновому составу и требованиям к содержанию примесей. В данном случае применяется местный природный песок, с модулем крупности не менее 1,5.

Вода используемая для  приготовления бетонной смеси должна отвечать требованиям ГОСТ 8468-86. Содержание в ней ПАВ, сахара или фенолов  должно быть не более 10мг/л (каждого). Максимальное содержание растворимых солей допускается от 2000-10000 мг/л. Сульфатов от 600 до 2700 мг/л, хлоридов от 350 до 3500 мг/л, взвешенных частиц – 200-300 мг/л. Водородный показатель воды рН должен быть не менее 4 и не более 12,5. Соответствие воды указанным требованиям определяют сравнительным испытанием цементного теста и бетона, приготовленного на проверяемой и предварительно проверенной воде.

В результате проектирования состава бетона должно быть определено такое соотношение между используемыми материалами, при котором будет гарантирована прочность бетона в конструкции с учётом технологии её приготовления, необходимая подвижность бетонной смеси и экономичность бетона.

 

4.2. Расчёт состава  бетона

 

        Данные необходимые для расчёта:

           Rб=200 кгс; Rц=400;

           жёсткость смеси 10-20с;

           ρ_ц=3100 кг/м³,ρ_щ =2600 кг/м³ ρ_п =2630 кг/м³.

        Используя формулу Скрамтаева Б.Г. определим водоцементное отношение:

                                              

,                                                       (1)

где  А- коэффициент  учитывающий качество заполнителя, равен 0,65;

       Rб- проектная марка бетона;

       Rц- активность цемента.

          Расход цемента определим из соотношения:

                                                      

                                                               (2)

где  В- ориентировочный  расход воды, определяемый по графику [7] для жёстких смесей(В=165 л/м³), окончательно принимаем В равным:

                                                  л;                                          (3)

 т. к. при приготовлении  смеси используется щебень, а  не гравий и мелкий песок

, кг/м³

Определяем расход щебня:                                                           (4)

где - пустотность крупного заполнителя, равная 0,43;

     - насыпная плотность щебня =1480 кг/м³;

     - коэффициент раздвижки зёрен, равна 1,28;

     - плотность щебня, равна 2600 кг/м³.

 кг/м³

Определяем расход песка:

                                            

                                            (5)

где - объём воды;

 л.- абсолютный объём цемента;

 л.- абсолютный объём щебня;

 кг/ м³.

Итого: Ц = 243кг

                   П= 510 кг

                  Щ=1420 кг

                  В= 182 л

 

    Т а б  л и ц а 1 - Проектный расход материалов на 1 м³ бетонной смеси

Наименование изделия	Расход цемента, кг/ м3	Расход воды, л/ м3	Расход заполнителей, кг/м3
			щебня	песка
Ребристая плита покрытия	243	182	1420	510
Плотность бетонной смеси                                 243+182+1420+510=2335 кг/м3

 

4.3. Режим работы  цеха

 

Принимаем количество рабочих  суток в году 262. Количество рабочих  смен в сутки (без тепловой обработки) – 2, количество рабочих смен в сутки  для тепловой обработки – 3. Это  означает, что при двухсменной  работе формовочного цеха тепловая обработка изделий производится и в третью смену. Длительность рабочей смены – 8ч, кроме того для каждой смены предусматривается перерыв на обед длительностью 1час. [2]

Годовой фонд рабочего времени  основного технологического оборудования рассчитываем по формуле:

                                              

, ч                                                           (6)

где, Ср – расчётное  количество рабочих дней в году;

       n – количество рабочих часов в сутки;

       Ки  – коэффициент использования  оборудования, Ки=0,943.

                                         

Количество дней работы основного технологического оборудования с учётом коэффициента использования Ки, который зависит от длительности остановки оборудования на текущие и капитальные ремонты, определяют по формуле:

                                              

                                               (7)

Итоговые данные по режиму работы цеха приведены в таблице 3.

 

Т а б л и ц  а 2 – Режим работы цеха

Наименование цеха	Кол-во раб. дней в году	Кол-во смен в сутки	Длительность смены, ч	Кол-во дней работы оборудования в году	Коэф. использов. оборудов.	Годовой фонд раб. времени
Формовочное отделение	262	2	8	247	0,943	3953
Отделение тепловлажностной обработки	163	3	8	247	0,943	5928

 

 

4.4 Производственная  программа цеха

 

Исходя из принятого  режима цеха производим расчёт производственной программы цеха с учётом возможного производственного брака и потерь на отдельных переделах.

Расчёт производительности для  каждого технологического передела производится по формуле:

                                              

                                                                (8)

где Пр – производительность рассчитываемого передела;

      По –  производительность передела, следующего за расчётным;

      Б – производственные потери от брака.

В производстве стеновых панелей выделим следующие технологические  переделы:

 - выдержка и складирование;

- расформовка;

- тепловая обработка;

- формование изделий;

- приготовление бетонной смеси.

Средние величины возможных  производственных потерь от брака составляют:

- по бетонной смеси  – до 0,5%;

- по изделиям – 1%.

Рассмотрим расчёт производительности по переделу «выдержка и складирование», приняв за исходную величину готовой продукции, поступающей на склад цеха (30000 м³/год). Потери на данном переделе составляют 0,3%.

1. В год цех выпускает 35000 м³ , что соответствует 37634 шт. плит, т. е. Пгод=35000 м³ = 15284 шт.

Расчёт суточной производительности производим по формуле:

                                                 

                                                            (9)

                                       

Сменная производительность определяется по формуле:

                                                                                                             (10)

где,  n – число смен в сутки.

                                               

Часовая производительность:                                        (11)                      

2. Распалубка и выдержка, с учётом потерь Б=0,5%:

3. Тепловая обработка, n =0,3%:

4. Формование изделий,  Б =0,4%:

5. Приготовление бетонной  смеси, Б =0,3%:

Остальные расчёты аналогичны и ведутся по всем указанным формулам. Результаты расчётов сводим в таблицу №4.

 

    Т а б л и ц а 3 - Производственная программа цеха

Наименование технологич. передела	Ед. измерения	Производств. потери, %	Производительность, м3
			год	сутки	смена	час
Складирование	м3	-	35000	142,12	71,06	8,8
Распалубка	м3	0,5	35175	142,4	71,2	8,9
Тепловая обработка	м3	0,3	35281,7	142,8	71,42	8,92
Формование	м3	0,4	35423,4	143,41	71,7	8,96
Приготовление бетонной смеси	м3	0,3	35530	143,8	71,9	8,99

 

 

4.5. Расчёт потребности в сырьевых материалах

 

Расчёт потребности  в сырьевых материалах ведём на основании  данных, полученных при расчёте состава  бетонной смеси и составлении  производственной программы.

Расход цемента на 1м³ бетонной смеси составляет 330кг. Годовая потребность в цементе составит:

Суточная потребность  в цементе составляет:

Сменная потребность  в цементе:

Часовая потребность  в цементе составляет:

Аналогично рассчитывается потребность в песке, щебне и воде.

Результаты расчёта  сведены в таблице 5.

 

     Т а б л и ц а 4 - Расход сырьевых материалов.

Наименование сырья  и полуфабрикатов	Расходы
	год	сутки	смену	час
Бетонная смесь, м3 Цемент, т Песок, т Щебень, т Вода, т	35530 8633,79 18120,3 50452,6 6466,46	143,8 34,95 73,36 204,2 26,18	71,9 17,47 36,680 102,13 13,09	8,99 2,18 4,58 12,76 1,6

 

 

4.6. Расчёт производительности  конвейерной линии

 

Годовая производительность конвейерной линии с использованием термоформ рассчитывается по формуле:

                                                                                                  (12)

 где, Т_ф – годовой фонд рабочего времени;

        к_исп – коэффициент использования оборудования;

       t_р – ритм конвейера;

        V_изд - объем изделия.

Ритм работы конвейера определяется исходя из максимальной продолжительности постов конвейера .Максимальное количество времени затрачивается на посту формовки:

  где q – годовой объем выпуска изделий.