Содержание

Введение

    В целях сокращения сроков распалубки железобетонных конструкций и сдачи их под нагрузку строители всегда стремились ускорить твердение бетона. Этот вопрос приобрел особую актуальность при изготовлении бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях, так как предприятия заинтересованы в максимальном использовании производственных площадей и в сокращении сроков изготовления изделий.

    В настоящее время наиболее распространенным способом ускорения твердения бетона, позволяющим получать в короткий срок изделия с отпускной прочностью, при которой их можно транспортировать на строительную площадку и монтировать в зданиях и сооружениях, является тепловая обработка. В заводских условиях она осуществляется путем пропаривания изделий в камерах и автоклавах, обогрева в формующих агрегатах или на стендах, а при приготовлении монолитных конструкций - путем электропрогрева, пропаривания и прогрева теплым воздухом.

    При пропаривании сформованные изделия выдерживаются в камере в среде насыщенного пара или паровоздушной смеси до достижения бетоном заданной прочности. В пропарочной камере создаются не только благоприятная температура для ускоренного твердения (в пределах 60-100 ⁰С), но и оптимальная влажность среды, способствующая сохранению влаги в бетоне для его дальнейшего твердения и после окончания пропаривания. Это дает основание считать пропаривание эффективной тепловлажностной обработки (ТВО) бетона.

    Эффективность пропаривания, как и других видов тепловой обработки, определяется выбором рационального режима обработки в полном соответствии с принятым составом бетона, характеристикой составляющих материалов, особенностью цемента, размерами и конфигурацией изделия, начальной прочностью 6стона к моменту обработки и др.

1. Обоснование выбранного  способа тепловой  обработки

    Твердение железобетонных изделий может происходить  в естественных условиях при нормальной температуре и в условиях тепловой обработки (искусственные условия  твердения). Тепловая обработка, позволяющая ускорить твердение бетонной смеси, является, непременной операцией при заводском изготовлении железобетонных изделий.

    В настоящее время применяют следующие  виды тепловой обработки:

    - пропаривание изделий при нормальном давлении при температуре 60-100 ⁰С);

    - запаривание изделий в автоклавах, насыщенным водяным паром при давлении 0,9-1,3 МН/м² (9-13 атм) и температуре 175-191 ⁰С;

    - контактный обогрев изделий;

    - электропрогрев путем пропускания электрического тока через толщу бетона;

    - обогрев бетона инфракрасными лучами.

    Кроме того, исследуется горячее формование, при котором бетонную смесь перед  укладкой в форму в течение 8-12 мин. разогревают электрическим током или водяным паром до температуры 75-85 ⁰С и выдерживают затем в форме в условиях термоса 4-6 часов.

    Для формирования структуры бетона особенно важным являются влажностные условия  твердения, поэтому во многих случаях  следует отдать предпочтение тепловлажностной обработке железобетонных изделий (пропариванию и запариванию).

    Тепловую  обработку железобетонных изделий  проводят до достижения бетоном прочности  около 70% проектной, что позволяет  транспортировать изделия на строительную площадку и монтировать конструкции  из них.

    Пропаривание  при нормальном давлении производят в камерах периодического или непрерывного действия, оно является наиболее экономичным способом тепловой обработки.

    Из  камер пропаривания периодического действия широкое применение имеют  камеры ямного типа. Наиболее целесообразный размер камер в плане, полученный на основании технико-экономических показателей, должен соответствовать размерам двух пропариваемых изделий. Стенки камеры обычно делают бетонными, сверху камеры имеется массивная крышка.

    Отформованные изделия, находящиеся в формах или  на поддонах, загружают в камеру в несколько рядов по высоте, после чего камеру закрывают крышкой, препятствующей потере тепла и пара. Пар в камеру подается из котельной постоянно в зависимости от установленного режима пропаривания так, что обеспечивает скорость повышения температуры в камере от 20 до 35 ⁰С в 1 ч., до максимальной – 85-100 ⁰С. При этом изделие прогревается на всю толщину и выдерживается при этой температуре 6-8 ч., после чего постепенно охлаждается.

    Продолжительность пропаривания зависит от состава  бетона и свойства цемента и составляет около 14-20 ч. для пластичных бетонных смесей и 4-8 ч. - для жестких. Применение быстротвердеющих цементов позволяет сократить продолжительность изотермической выдержки (при более низкой температуре прогрева 70-80 ⁰С) и уменьшить общее время пропаривания до 8-10 ч. Изделия из легких бетонов вследствие их меньшей теплопроводности требуют более продолжительного времени тепловой обработки.

    Камера  пропаривания непрерывного действия представляет собой туннель, обеспечивающий установленный режим пропаривания для изделий, вкатываемых на вагонетках с одной стороны туннеля и выкатываемых с другой. За время пребывания в камере туннельного типа изделия проходят зону подогрева, изотермического прогрева при максимальной температуре и зону охлаждения. Туннельные камеры применяют главным образом при конвейерном способе производства.

    Тепловая  обработка бетона в камерах пропаривания ускоряет время твердения его  по сравнению с твердением в естественных условиях примерно в 7-8 раз.

    Запаривание изделий в автоклавах - специальных, герметически закрывающихся аппаратах, состоит в том, что при давлении насыщенного водяного пара 0,9-1,3 МН/м² (9-13 атм.) вода сохраняется в жидкой фазе даже при температуре 175-191 ⁰С. Это создает благоприятные условия ускорения твердения и образования соединений, имеющих свойства цементирующих веществ высокой прочности, поскольку бетон набирает прочность в автоклаве в первые 4-6 ч. прогрева, то в автоклавах с давлением в 1,1-1,3 МН/м² (11-13 атм.) можно сократить длительность изотермического прогрева до 3-5 ч.

    Контактный  обогрев изделий осуществляют путем  непосредственного соприкосновения  изделия с источником тепла или  с нагревательными приборами, обогреваемыми  стенками формы или основанием стенда (при стендовой технологии) и т.п. В качестве источника тепла используют острый водяной пар, горячую воду, масла и др. Этот способ тепловой обработки применяют при изготовлении тонкостенных изделий в кассетах при достаточной их герметизации.

    Кроме того, с помощью этих теплоносителей осуществляется обработка некоторых видов изделий в термобассейнах (твердение изделий в горячей воде).

    После тепловой обработки технология изготовления железобетонных изделий, если не требуется  дальнейшая отделка поверхности, заканчивается. Отдел технического контроля проверяет изделия и направляет на склад готовой продукции.

    По  условиям задания к курсовому  проектированию, завод должен выпускать 25 тыс. м³ плоских железобетонных плит в год. Исходя из вышеуказанного, оптимальным способом термообработки будет являться термообработка в пропарочной камере, поскольку такой способ обеспечивает оптимальное сочетание качества готовых железобетонных изделий, производительности и затрат на производство.

2. Характеристика выпускаемой  продукции

    Проектом  предусмотрено производство плоских плит из железобетона объемом 25 тыс. м³ в год.

    Массогабаритные параметры производимых изделий  представлены в табл. 1.

Таблица 1

Массогабаритные параметры производимых изделий

Рисунок 1 – Внешний вид производимых изделий 

    Состав  бетона определяется по формуле Боломея-Скрамтаева (1):

    где R_б – требуемая марка бетона;

    А – коэффициент, характеризующий  качество заполнителей;

    R_ц – активность цемента. 

    Ориентировочный расход воды для приготовления бетонной смеси определяется исходя из ее удобоукладываемости. Бетонная смесь имеет жесткость 50…70с, тогда ориентировочный расход воды составит для щебня фракции 5…10 – 173 л/м³.

    Тогда соотношение цемент-вода:

    Ориентировочный расход цемента (2):

    С уменьшением модуля крупности песка  возрастает расход цемента. Пески с Мк < 1,5 увеличивают расход цемента на 12%. Тогда расход цемента с учетом Мк песка будет:

    Водопотребность песка составляет 9%, тогда должен быть увеличен на 5 л. на каждый процент увеличения водопотребности. Ориентировочный расход воды равный 173 л. принят для песков средней крупности, имеющих водопотребность 7%. Тогда расход воды будет:

    Тогда с учетом крупности песка реальное целое (Р_Ц) будет:

    Расход щебня (3):

    где V_пуст (4):

    α – коэффициент раздвижки зерен  крупного заполнителя, зависящий от расхода цемента, равный 1,31. 

    Тогда:

    Расход песка (5):

    Проверка (6):

    Состав  бетона:

    Ц = 339,00 кг/м³.

    Щ = 131,58 кг/м³.

    П = 661,18 кг/м³.

    В = 183,00 кг/м³.

    При выбранном способе производства (агрегатно-поточном) изделия формуют с помощью специальных машин на посту формования, а затем перемещают мостовым краном в камеры тепловой обработки. При окончании тепловой обработки изделия распалубливают, а форму готовят для последующего производства. После приемки ОТК готовые изделия отправляют на склад. Преимуществом этого способа является возможность изготовления изделий широкой номенклатуры (предпочтительно длинной до 12 м., шириной до 3 м. и высотой до 1 м.), достаточно полной механизации и частичной автоматизации процессов, осуществления четкого пооперационного контроля. Кроме того, технологически линии с агрегатно-поточным способом производства обладают небольшим капиталовложением, по сравнению с другими способами, и ускоренными сроками строительства.

    В состав технологических линий с  агрегатно-поточным способом входят следующие основные агрегаты:

    - формующая машина или бетоноукладчик с виброплощадкой;

    - формоукладчик;

    - установка для нагрева или механического натяжения арматуры;

    - камера тепловой обработки;

    - посты распалубки, чистки и смазки форм, складирования полуфабриката, резервных форм и готовых изделий (в зимнее время), ремонта и доводки форм;

    - стенд для испытания готовых изделий.

    Производство сборного железобетона размещается в унифицированных, типовых пролетах (длиной 144 м. и шириной 18 м.). В пролете предусмотрено 2 формовочных поста, пропарочные камеры ямного типа, установка для предварительного напряжения арматуры и стенд устранения дефектов. Изготовление плит размером производится с немедленной распалубкой со съемом бортоснастки. Поддон после укладки напрягаемой арматуры смазывают и перемещают мостовым краном на продольный формоукладчик. После укладки бортоснастки с помощью формоукладчика форма подается на виброплощадку марки 6691 С (грузоподъемностью 15 т). Укладка бетона производится бетоноукладчиком марки 6691 С/3. продолжительность цикла 15 мин. После уплотнения бетона и съема бортоснастки поддон с изделием поступает в пропарочную камеру.

    Формы на виброплощадку обычно подают с помощью формоукладчика.

    Достоинство поточно-агрегатного способа –  более гибкая и маневренная технология в отношении использования технологического оборудования, возможность изготовления широкой номенклатуры изделий с меньшими капитальными затратами по сравнению с конвейерной технологией. По мимо этого поточно-агрегатная технология, основанная на применении передвижных агрегатов, позволяет формовать изделия за несколько проходов, что гарантирует высокое качество изделий сложной конфигурации и многослойных (стеновых панелей, кровли) и позволяет производить замену устаревшего оборудования без значительной переделки линии. Агрегатно-поточная технология особенно целесообразна при изготовлении различных по геометрической конфигурации элементов.

    Для обеспечения нормативной цикличности  производства важно содержать формы и формовочное оборудование в чистоте. После каждого цикла формования формы чистят и смазывают, применяя для этого различные машины, приспособления и смазочные материалы. Для очистки форм и поддонов применяют машины, рабочими органами которых являются цилиндрические щетки из стальной проволоки, абразивные круги и инерционная фреза из металлических колец. Машины с относительно мягкими металлическими щетками применяют после каждого цикла формования. Машины с абразивными кругами или жесткими щетками используют не чаще одного раза в 2-3 месяца, так как при такой чистке быстро изнашивается металл.

    Поддоны можно очищать по двум схемам: первая – когда машина передвигается  над поддоном; вторая – если поддон перемещается под машиной; вторая схема  удобна при конвейерной технологии.

    Для очистки форм применяют также  химический способ, который основан на свойстве некоторых кислот, например соляной, разрушать цементную пленку. Для ускорения реакции применяют в качестве катализатора 0,2%-ный раствор солей NaNО₂ и KNO₂. Химическую очистку можно производить не чаще одного раза в год. Формы следует чистить на специальном посту с соблюдением требований техники безопасности.

    На  качество железобетонных изделий влияет сцепление бетона с поверхностью форм. Один из способов уменьшения сцепления  – использование смазок. Правильно  выбранная и хорошо нанесенная смазка облегчает расформование изделия и способствует получению его ровной и гладкой поверхности.

    На  заводах применяют три вида смазок: водные и водно-масляные суспензии, водно-масляные и водно-мыльные эмульсии, машинные масла, нефтепродукты и их смеси.

    Суспензии – простейшие смазки, их применяют  на заводах при отсутствии других смазок. К ним относятся известковая, меловая, глиняная и шлаковая (из отходов, получаемых при шлифовании мозаичных  изделий). Однако эти смазки легко  размываются.

    Эмульсионные  смазки. Наиболее стойки и экономичны водно-масляные, эмульсионные смазки, например, приготовленные на основе кислого  синтетического эмульсола ЭКС. Эмульсол представляет собой темно-коричневую жидкость, полученную из смеси веретенного  масла (35%) и высокомолекулярных синтетических кислот (5%). Из эмульсола ЭКС делают прямую эмульсию («масло в воде») и обратную эмульсию («вода в масле»); последняя более водостойка.

    Приготовление смазок производят при помощи различных  смесителей, в том числе эмульсий, с использованием ультразвуковых или механических эмульгаторов, которые дают возможность смешивать между собой жидкости, не смешивающиеся в обычных условиях (бензин с водой, масло с водой и т.п.).

    Смазку  на поверхность форм наносят распылителями, а в тех местах, где неудобно их использовать, применяют специальные механизмы. Более тонкое распыление и большой факел могут получиться, если применить для нанесения смазки сжатый воздух. Расход смазки зависит от ее консистенции, конструкции и типа форм (горизонтальной или вертикальной), способа нанесения смазки (ручного, механического), качества поверхности смазки.

    В заводском производстве на долю арматуры приходится около 20% себестоимости  железобетонных изделий, поэтому вопросы  организации арматурных работ на заводах сборного железобетона являются важнейшими и в техническом, и в экономическом отношениях.

    Арматурные  сетки и каркасы изготовляют  в арматурном цехе, оборудованном  резательными, гибочными и сварочными аппаратами.   Изготовление арматуры складывается из следующих операций: подготовки проволочной и прутковой стали – чистки, правки, резки, стыкования, гнутья; сборки стальных стержней в виде плоских сеток и каркасов; изготовления объемных арматурных каркасов, включая приварку монтажных петель, закладных частей, фиксаторов. Подготовка арматуры, поступающей на завод в мотках и бухтах, заключается в их размотке, выпрямлении (правке), очистке и разрезке на отдельные стержни заданной длины. Правку и резку арматурной стали осуществляют на правильно-отрезных станках-автоматах.

    Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни  заданной длины, а также стыкуют  сваркой в целях уменьшения отходов. Стыкуют стержни посредством  контактной стыковкой электросварки  и только в отдельных случаях  при использовании стержней больших диаметров применяют дуговую сварку. Контактную стыковую сварку осуществляют методом оплавления электрическим током торцов стержней в местах их будущего стыка. При этом стержни сильно сжимают и сваривают между собой.

    Натяжение арматуры в железобетонных конструкциях применяется для повышения трещиностойкости, долговечности, уменьшения деформативности конструкций. Одним из наиболее распространенных методов натяжения стержневой арматуры является механический. Механическое натяжение арматуры (стержневой, проволочной и канатной) производят гидродомкратами и натяжными машинами, которые оборудованы дополнительными приспособлениями для выполнения вспомогательных операций.

    Натяжение арматуры на упоры форм или стендов  может быть одиночным (каждый арматурный элемент натягивается отдельно) или групповым (одновременно натягивается несколько элементов) в зависимости от конструктивных особенностей изделия.

    Натяжение арматуры на стендах производят в два этапа. На первом этапе арматуру натягивают в усилием, равным 40–50% заданного. Затем проверяют правильность расположения напрягаемой арматуры, устанавливают закладные детали и закрывают борта формы. На втором этапе арматуру натягивают до заданного проектом усилия с перетяжкой на 10%, при которой арматуру выдерживают в течении 3-5 мин., после чего натяжение снижают до проектного.

    Контролируемое  напряжение должно соответствовать  проекту. Контроль усилия натяжения  должен выполняться по показаниям оттарированных манометров гидравлических домкратов  и одновременно по удлинению арматуры. Результаты измерений усилия натяжения по показаниям манометров и по удлинению арматуры не должны отличаться более чем на 10%. При большем расхождении необходимо приостановить процесс натяжения арматуры, выявить и устранить причину расхождения этих показателей.

    При использовании гидравлических домкратов  для натяжения арматуры цена деления  шкалы манометра не должна превышать 0,05 измеряемого давления. Максимальное давление, на которое рассчитан манометр, не должно превышать измеряемого  давления более чем в 2 раза.

    При натяжении арматуры гидродомкрат должен быть установлен так, чтобы его ось  совпадала с продольной осью захвата  арматурного элемента или пакета.

    Для натяжения арматуры следует преимущественно  применять гидравлические домкраты, которые подбираются в зависимости от проектного усилия натяжения арматурных элементов с коэффициентом запаса равным 1,17-1,20.

    При изготовлении монтажных петель, хомутов  и друга фигурных элементов арматуры прутковую и проволочную арматурную сталь после разрезки подвергают гнутью.

    Сборку  сеток и каркасов из стальных арматурных стержней производят посредством точечной контактной электросварки, Сущность ее заключается в следующем. При  прохождении электрического тока через  два пересекающихся стержня в  местах их контакта электрическое сопротивление оказывается наибольшим, стержни в этом месте разогреваются и, достигнув пластического состояния металла, свариваются между собой. Прочной сварке способствует также сильное сжатие стержней между собой. Процесс точечной сварки может длиться доли секунды при применении тока в несколько десятков тысяч ампер.

    На  первом посту производят распалубку изделий и отпуск натяжения арматуры. На втором посту ведут подготовительные операции к бетонированию: смазку форм. Установку арматуры и ее натяжение электротермическим способом. На третьем посту устанавливают второстепенные элементы изделия, закладные детали, монтажные петли и др. На четвертом посту укладывают ненапрягаемую арматуру, а на посту пять производят контроль всех операций и формы. После этого форма с помощью крана перемещается на виброплощадку. Бетонирование панели происходит за два подхода бетоноукладчика с вибронасадкой. Изделия пропаривают в ямных камерах.

    Приемка железобетонных изделий осуществляется партиями, которые состоят из однотипных изделий, изготовленных по одной технологии в течение не более 10 дней. В зависимости от объема изделий количество их в партии устанавливают техническими условиями и не должно превышать следующих величин (табл. 2).

Таблица 2

Количество  изделий для приемки

    В процессе приемки наружным осмотром проверяют внешний вид изделий, отмечают наличие трещин, раковин  и других дефектов. Затем с помощью  измерительных линеек и шаблонов проверяют правильность формы и габаритные размеры изделий. Если при контрольных замерах изделия будут выявлены отклонения по длине или ширине, превышающие допускаемые, то изделие бракуют.