Цех по приготовлению бетонных смесей

Введение

Современное строительство немыслимо без бетона. 2 млрд. м3 в год - таков сегодня мировой объем его применения. Это один из самых массовых строительных материалов, во многом определяющий уровень развития цивилизации. В настоящее время, бетон и железобетон являются основными строительными материалами. В нашей стране производят десятки миллионов тонн железобетона и бетона, ни один дом построенный в последние 60 лет не обходится без железобетонных изделий. Поэтому тема производства бетона и железобетона является на сегодняшний день очень важной. Важно не только знать технологию производства, но и уметь уменьшить затраты.

Последние десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. Сегодня в строительстве применяется более тысячи различных видов бетона и процесс создания новых бетонов интенсивно продолжается.

Наиболее полно современные возможности технологии бетона получили в создании и производстве высококачественных, высокотехнологичных бетонов. В последние десятилетия достигнуты значительные успехи в применении бетонов на фосфатных цементах, получены так называемые MDF-цементы (цементы, свободные от макродефектов), в России разработаны и запатентованы  бетоны на цементах (вяжущих) низкой водопотребности (ЦНВ, ВНВ) и т.д.

Легко прогнозировать, что в ближайшем будущем будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными бетонами. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самым различным комплексом свойств.

Российская Федерация обладает большими сырьевыми ресурсами для насыщения строительного рынка, и в ближайшие годы нельзя не уделить особое внимание созданию отечественных производств в различных регионах, чтобы преодолеть сегодняшнее засилье зарубежных товаров, зачастую не учитывающих особенности российского потребителя. Как показывает мировой опыт, инвестиции в подобные производства быстро окупаются, а продукция является высокорентабельной.  

Современное приготовление бетонных смесей чаще всего производят на полностью укомплектованных бетоносмесительных заводах определенной мощности.

В зависимости от компоновки оборудования бетоносмесительные заводы делятся на:

- одноступенчатые (высотные) – в них исходные  материалы поднимаются однократно, затем под действием силы тяжести  материалы опускаются; процесс приготовления  можно разделить на 4 стадии: 1. приемка; 2. аккумулирование, дозирование компонентов; 3. приготовление; 4. выдача бетонной  смеси.

- двухступенчатые (партерные) – в них сыпучие  материалы поднимаются дважды  – первоначально в расходные  бункера, а после дозирования  из расходного бункера в смесители. Требуются большие площади, больше  механизмов и обслуживающего  персонала.

В данном курсовом проекте будет рассматриваться смесительный цех по производству бетонов и растворов производительностью 175 тыс. м3/год. Исходя из производительности выбираю высотную компоновка как правило используется для цехов большей мощности (более 100 тыс. м3/год).

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Характеристика выпускаемой продукции  и требования к сырью

 

Данный цех будет располагаться в Иркутской области, а именно в городе Братске, на промплощадке КПД.  В данном   регионе есть все  необходимые сырьевые материалы, для крупнотоннажного производства высококачественных растворных и бетонных смесей. Цемент будет доставляться железнодорожным транспортом с города Ангарска, а все остальные составляющие, такие как инертные материалы и вода местные.

При проектировании цеха по производству растворных и бетонных смесей нужно учесть всевозможные нюансы, так как он является сердцем всего завода по производству железобетонных изделий. От того как мы  запроектируем и отдозируем бетонную смесь  будут зависить  все дальнейшие  технико-эксплуатационные свойства бетона,  а следовательно и жизнь человека.

Для того чтобы качественно и грамотно выполнить проектирование бетонной смеси и спланировать все переделы от хранения сырьевых материалов до выдачи ее потребителю нужно следовать нормативным документам, таким как СНиПы, ТУ и  ГОСТы.

В данном курсовом проекте рассмотрен смесительный цех по производству бетонов и растворов для изготовления  железобетонных изделий – подстропильных ферм, ригелей многоэтажных зданий и бетона мелкозернистого (монтажного раствора).

1.1 Подстропильные  фермы

В соответствии с ГОСТ 20213-89 «Фермы железобетонные. Технические условия» принимаем, что проектируемый смесительный цех будет производить бетон для ферм 1ФПС12 (серия ПК-01-110/81). Основные размеры фермы: L=11960 мм, В=550 мм, Н=2200 мм.

       

Подстропильные железобетонные фермы, изготовляемые из тяжелого или конструкционного легкого бетона и предназначенные для покрытий зданий и сооружений пролетами шириной 6, 9, 12, 18 и 24 м.

Подстропильные фермы подразделяют на типы:

ФПС - для покрытий со скатной кровлей;

ФПМ - для покрытий с малоуклонной кровлей;

ФПН - то же, с предварительно напряженными стойками ферм;

ФП - для покрытий из плит длиной на пролет.

Фермы длиной 8960 мм и более изготовляют предварительно напряженными, а длиной 5960 мм - с ненапрягаемой арматурой. Фермы длиной 8960 мм допускается изготовлять с ненапрягаемой арматурой.

Фермы обозначают марками в соответствии с требованиями ГОСТ 23009. Марка фермы состоит из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисами.

Первая группа содержит обозначение типоразмера фермы: арабскую цифру, обозначающую порядковый номер фермы (при необходимости), тип фермы и ее длину в метрах, округленную до целого числа. Во второй группе указывают:

  • порядковый номер фермы по несущей способности;
  • класс напрягаемой арматуры (для предварительно напряженных ферм);
  • вид бетона (для ферм, изготовляемых из легкого бетона).

В третью группу марки, при необходимости, включают дополнительные характеристики, отражающие особые условия применения ферм - их стойкость к воздействию агрессивных сред, сейсмическим воздействиям, а также обозначения конструктивных особенностей ферм - наличие дополнительных закладных изделий и др. Например, для ферм, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия агрессивных газообразных сред, указывают показатели проницаемости бетона ферм согласно СНиП 2.03.11-85, обозначаемые буквами: Н - нормальной проницаемости, П - пониженной проницаемости; для ферм зданий с расчетной сейсмичностью 7 или 8 баллов стойкость к сейсмическим воздействиям обозначают прописной буквой С.

Фермы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13015.0:

    • по показателям фактической прочности бетона (передаточной, отпускной и в проектном возрасте);
    • по морозостойкости бетона, а для ферм, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной газообразной среды, - также по водонепроницаемости бетона;
    • по средней плотности легкого бетона;
    • к маркам сталей для арматурных и закладных изделий, в том числе для монтажных петель;
    • по толщине защитного слоя бетона до арматуры;
    • по защите от коррозии.

Фермы должны удовлетворять установленным при проектировании требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости. При этом предварительно напряженные фермы при испытании их нагруженном должны выдерживать контрольные нагрузки, указанные в рабочих чертежах на эти фермы. Фермы следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 или легкого бетона плотной структуры по ГОСТ 25820 классов или марок по прочности на сжатие, указанных в рабочих чертежах ферм.

Нормируемая отпускная прочность бетона ферм должна быть равна нормируемой передаточной прочности бетона для ферм с напрягаемой арматурой и 70 % класса или марки бетона по прочности на сжатие для ферм с ненапрягаемой арматурой. При соответствующем обосновании допускается по согласованию с проектной организацией, изготовителем и потребителем ферм повышать нормируемую отпускную прочность бетона, но не более 90 % класса бетона по прочности на сжатие, а для ферм с ненапрягаемой арматурой - снижать нормируемую отпускную прочность.

Для армирования ферм следует применять арматурную сталь следующих видов и классов:

  • в качестве напрягаемой арматуры - термомеханически упрочненную стержневую классов Ат-VI, Ат-VIK, Ат-V, Ат-VСК, Ат-IVС, Ат-IVК по ГОСТ 1088; горячекатаную стержневую классов А-VI, А-V и А-IV по ГОСТ 5781, арматурные канаты класса К-7 по ГОСТ 13840, высокопрочную проволоку периодического профиля класса Вр-II по ГОСТ 7348 и стержневую класса А-IIIв, изготовляемую из арматурной стали класса А-III по ГОСТ 5781, упрочненной вытяжкой с контролем величины напряжения и предельного удлинения;
  • в качестве ненапрягаемой арматуры - горячекатаную стержневую классов А-III и А-I по ГОСТ 5781, термомеханически упрочненную стержневую классов Ат-IVС и Ат-IIIС по ГОСТ 10884 и арматурную проволоку класса Вр-I по ГОСТ 6727.

Морозостойкость бетона следует определять по ГОСТ 10060.

Водонепроницаемость бетона ферм следует определять по ГОСТ 12730.0 и ГОСТ 12730.5.

Среднюю плотность легкого бетона ферм следует определять по ГОСТ 12730.0 и ГОСТ 12730.1 или радиоизотопным методом по ГОСТ 17623.

Показатели пористости уплотненной смеси легкого бетона ферм следует определять по ГОСТ 10181.0 и ГОСТ 10181.3.

Контроль сварных арматурных и закладных изделий следует производить по ГОСТ 10922 и ГОСТ 23858.

Измерение силы натяжения арматуры, контролируемой по окончании натяжения, следует проводить по ГОСТ 22362.

Размеры и отклонения от прямолинейности, ширину раскрытия поверхностных технологических трещин, размеры раковин, наплывов и околов бетона ферм следует проверять методами, установленными ГОСТ 26433.0 и ГОСТ 26433.1.

Размеры и положение арматурных и закладных изделий, а также толщину защитного слоя бетона до арматуры следует определять по ГОСТ 17625 и ГОСТ 22904. При отсутствии необходимых приборов допускается вырубка борозд и обнажение арматуры ферм с последующей заделкой борозд.

 

        1.2 Свойства бетона

       1.1.1Свойства бетона для ферм типа 1ФС18 и 1ФТ12

 

       Основным документом, которым следует  руководствоваться для получения  сведений требований к бетону  при изготовлении ферм – это ГОСТ 20213-89 «Фермы железобетонные для жилых зданий. Технические условия», где подробно изложены основные положения и требования к изделиям этого типа. Фермы типа 1ФС18 и 1ФТ12 необходимо изготавливать из тяжелого бетона М500.

 

       Удобоукладываемость

       При производстве ферм типа 1ФС18 подвижность бетонной смеси П-2 Подвижностью бетонной смеси называют способность ее растекаться под действием собственной массы. Степень подвижности бетонной смеси П оценивают величиной осадки (в см.) конуса, сформованного из данной смеси. Подвижность бетонной смеси определяют на стандартном конусе, представляющем металлическую форму без дна в виде усеченного конуса высотой 300, диаметром верхнего основания 100 и нижнего-200 мм.  Для данной бетонной смеси ОК = 6 см.

       По таблице 9.1.[3], бетонная смесь характеризуется степенью подвижности П2.

       Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от ряда факторов: вида цемента, количества воды и цементного теста, крупности и формы зерен заполнителей, содержания песка. Бетонные смеси одного и того же состава, но приготовленные на разных цементах, имеют различную удобоукладываемость, что объясняется различной водопотребностью цемента.

        С увеличением содержания воды подвижность бетонной смеси возрастает, однако прочность бетонной смеси снижается. С повышением содержания цементного теста между зернами заполнителя образуется обильная прослойка, которая уменьшает трения между отдельными зернами и увеличивает подвижность бетонной смеси. В данном случае прочность бетона остается практически неизменной.

 

       Морозостойкость бетона

        Долговечность бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся при эксплуатации постоянному воздействию воды и отрицательных температур, зависит от морозостойкости бетона.

       Морозостойкость определяют путем попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 17 до 20 оС и оттаивания в воде при температуре 15-20 оС  бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см  ( в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). 

     Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз50. Однако морозостойкость бетонов, используемых в гидротехнических сооружениях, опорах мостов и д.р., предъявляют более высокие требования.

       Для данных изделий применятся марка   по морозостойкости  F35;  F50;  F100.      

       Коррозионная стойкость

       Коррозией бетона называют разрушение его под воздействием физико-химических факторов окружающей среды. Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой. Повышение коррозионной стойкости бетона достигается увеличением плотности бетона за счет тщательных подбора состава бетона, укладки и уплотнения бетонной смеси.

       Интенсивность воздействий по градиентам температур, виду и

содержанию коррозионно активных к железобетону веществ определяется климатическим районом и нормируется СНиП 2.03.01-84* [10] и СНиП 2.03.11-85 [11]. 

       Также бетон применяемый в плитах будет подвергаться биохимической коррозии. 

 

Водонепроницаемость

       Плотный бетон при толщине железобетонной конструкций более 200мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водонепроницаемости, т.е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. Она также в известной мере определяет способность материала сопротивляться воздействию увлажнения и замерзания, влиянию различных атмосферных факторов и агрессивных сред. Для практики наибольшее значение имеет водонепроницаемость бетона по [5].

       По этому показателю бетоны разделяются на 12 марок: W2, W4, W6,W8,W10, W12, W14, W16, W18, W20, W25 и W30, т.е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2 ;0,4 ;0,6; 0,8 и т.д. до 3 Мпа, марка обозначает давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания.

       Для данных изделия марка по водонепроницаемости W2, W4.

 

       1.2 Анализ сырьевых компонентов

       В качестве сырьевых компонентов  для приготовления растворных  и бетонных смесей на  заводе  используются следующие материалы:

 

       Цемент

       В данном курсовом проекте  для приготовления бетонной смеси используем портландцемент марки М600, который производится на «Топкинском цементном заводе». Он позволяет связать цементное тесто, добавку, мелкий и крупный заполнитель в единый конгломерат.

      Минералогический состав Топкинского портландцемента:

C3S –57-63 %    C3A –4,0-5,0 %

C2S –15,0-19,0 %     C4AF –14,0 %

 

       Кварцевый песок

       В качестве мелкого заполнителя для ферм используется кварцевый речной песок, с модулем крупности – Мк= 1,5 (средней крупности по таб.2.5[1] ), остаток на сите 0,63 А=40%, насыпная плотность ρ=1650 кг/м3, ρср= 2650 кг/м3, вредные примеси 1,5 %, карьерная влажность W=1%. 

      Щебень.

      В качестве крупного заполнителя  используем щебень также с  гравиесортировочного завода, с  Днаиб=10 мм [1], ρнас=1387 кг/м3, Др=16, морозостойкость 300 циклов, пылеватые примеси 1%.

   

 

   Вода 

       Технические условия для всех видов выпускаемой продукции на данном заводе требуют для затворения бетона при его выдерживании достаточно чистой воды, свободной от нежелательных количеств ила, органических примесей, щелочей, солей и других включений. Прежде чем употреблять ее в бетон, вода из водного потока, несущего излишнее количество взвешенных твердых частиц, должна быть отстояна в бассейнах или очищена другими способами.

       Для воды, употребляемой в бетоне, устанавливается предельная мутность в размере 0,002. Если чистая вода не имеет соленого или солоноватого вкуса, она может быть применена для приготовления или ухода за бетоном. Если вода содержит более чем 0,001 частиц соли серной кислоты, следует взять пробы на исследование.  Жесткая или очень мягкая вода способна содержать высокую концентрацию сульфатов. Все сомнительные источники должны быть исследованы, так как вода должна соответствовать требованиям ГОСТ или ТУ. 

      

 Добавка 

       Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки. Их подразделяют на два вида: химические, вводимые в бетон в небольшом количестве (0,1…2% от массы цемента) и изменяющем в нужном направлении свойства бетонной смеси и бетона; и тонкомолотые добавки (5…20 и более) используются для экономии, получения плотного бетона при малых расходах цемента и повышения стойкости бетона.

       Введение химических добавок способствует увеличению подвижности бетонной и растворной смеси, повышает морозостойкость, уменьшает расход воды, необходимый для получения равноподвижных смесей.

       В данном курсовом проекте   принято решение ввести добавку  «С-3» при  проектировании состава бетона для изготовления плит перекрытия для жилых зданий, так как при ее введении улучшаются одновременного многие свойства бетонной смеси.

       Применение высокоэффективного Суперпластификатора С-3 в технологии изготовления бетонных смесей обеспечивает получение высокоподвижных и литых бетонных смесей (П4, П5), укладываемых без вибрации, улучшение удобоукладываемости, связности и однородности бетонных смесей, получение водоредуцирующего эффекта в бетонных смесях (до 20% снижения расхода воды);увеличение сохраняемости жизнеспособности бетонных смесей на 1 - 1,5 часа. По физико-механическим  показателям суперпластификатор С-3 обеспечивает увеличение прочностных характеристик бетона на рядовых материалах на 15 % и более за счет водоредуцирующего действия увеличение прочностных показателей бетона на 30 – 40% получение бетонов с высокими показателями по водонепроницаемости W = 10 и более, морозостойксти F = 300 и более, и коррозионной стойкости, улучшение в 1,5 - 1,6 раза сцепления бетона с закладной арматурой. По технико-экономическим показателям суперпластификатора С-3 обеспечивает экономию вяжущего (цемент) в бетонных смесях на 15 - 20 % без снижения прочности бетона, пластификатора С-3 позволяет провести замену ПЦ - 500 на ПЦ -400,  сокращение энергетических затрат при тепло-влажностной обработке бетона, суперпластификатор С-3 снижает трудозатраты в 2 - 3 раза (при В/Ц = const) при укладке бетонных смесей, снижение температуры изотермического прогрева на 10 - 15°С  (при В/Ц = const) улучшение качества поверхности изделий, а также предотвращение высоло - образования.

 

 

 

 

 

2 Режим работы и производственная  программа

 

Таблица 2.1 – Режим работы бетоносмесительного цеха

Наименование подразделений

Показатели

Количество рабочих дней

Количество рабочих смен в сутки

Продолжительность смены, ч рабочего времени

Годовой фонд рабочего времени F, ч

номинальное

расчетное

номинальный

расчетный

Смесительный

253

246

2

8

4048

3936

Склад вяжущего

по приему материала

360

345

3

7

7560

7245

по выдаче материала

253

246

2

8

4048

3936

Склад мелкого заполнителя

по приему материала

360

345

3

7

7560

7245

по выдаче материала

253

246

2

8

4048

3936

Склад крупного заполнителя

по приему материала

360

345

3

7

7560

7245

по выдаче материала

253

246

2

8

4048

3936

Склад добавок

по приему материала

360

345

3

7

7560

7245

по выдаче материала

253

246

2

8

4048

3936


 

Расчет производственной программы производится из учета годовой производительности завода (согласно заданию Пг=175000 м3/год).

Объем производства за сутки:

175000/253=711,46м3/сут

Объем производства в смену:

711.46/2=355,73м3/см

Объем производства в час:

355,73/8=44,46м3/час

 

 

3 Выбор и обоснование  технологии производства

Параметры и режимы основных технологических операций

Технологический процесс производства сборных бетонных и железобетонных изделий состоит из ряда самостоятельных операций, объединяемых в отдельные процессы.

       Операции условно разделяют на: основные, вспомогательные и транспортные. К основным операциям относят  приготовление бетонной смеси, включая  подготовку составляющих материалов; изготовление арматурных элементов  и готовых каркасов; формование  изделий, куда входит армирование; тепловую обработку отформованных  изделий из форм к очередному  циклу; отделка и обработка лицевой  поверхности некоторых видов  изделий и т.п.

       К вспомогательным относят получение  и подачу пара и воды, сжатого  воздуха, электроэнергии, складирование  сырьевых материалов полуфабрикатов  и готовой продукции [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая схема производства бетоносмесительного цеха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    4. Назначение состава формовочной смеси

 

    4.1 Подбор состава бетона  при изготовления плит перекрытий

         для жилых зданий.

 

       Подбор состава бетона заключается  в установлении наиболее рационального  соотношения между составляющими  бетон материалами (цементом, водой, песком, гравием или щебнем). Такое  соотношение должно обеспечить  требуемую удобоукладываемость  бетонной смеси для принятого  способа ее уплотнения, а также  приобретение бетоном заданной  прочности в назначенный срок  при наименьшем расходе цемента. В отдельных случаях следует  учитывать требования по получению  бетона необходимой плотности, морозостойкости, водонепроницаемости, стойкости к  воздействию агрессивных вод.

Состав бетонной смеси выражают в виде массового (реже объемного) соотношения между количеством цемента, песка, и щебня с обязательным указанием В/Ц. При этом количество цемента принимают за единицу. В общем  виде состав бетонной смеси выражают соотношением 1:x:y (Ц:П:Щ) при В/Ц=Z. Состав бетона может быть выражен в виде расходов материалов по массе на 1м3 уплотненной смеси.

 

Различают два состава бетона:

Номинальный (лабораторный), рассчитанный материал в сухом состоянии.

Производственный (полевой) для материалов в естественно-влажном состоянии.

Существует несколько методов подбора состава бетона. Наиболее простым и удобным является метод «абсолютных объемов» Б.Г.Скрамтаева.

Состав бетона по этому методу подбирают в два этапа. Вначале рассчитывают ориентировочный состав бетона, который затем проверяют и уточняют по результатам пробных замесов и испытаний, контрольных образцов.

 

Расчет номинального состава для ферм

 

При выборе определения водоцементного отношения необходимо чтобы выполнялось условие:

Rб <2ARц , где

 Rб - прочность бетона кгс/см2;

А - коэффициент, принимаемый по табл.5.2[4];

Rц - активность цемента.

500<720

Так как условие выполняется принимаем формулу для обычного бетона при В/Ц>0,4:

В/Ц=А·RЦ/(RБ+0.5·А·RЦ)

В/Ц=0.6·600/(500+0.5·0.6·600)=0,52

По графикам на рис.3.32[4] определяем ориентировочный расход воды при наибольшей крупности щебня - 10 мм, который составляет 210 л/м3.

Таким образом, расход воды будет составлять 210 л.

Определяем расход цемента:

Ц=В:В/Ц

Ц=210:0,52=388кг/м3.

На производстве предусмотрено введение в бетонную смесь добавки «С-3», которая увеличивает подвижность, и морозостойкость бетонной смеси. Поэтому необходимо пересчитать расход цемента и воды. Данная добавка используется в количестве 0.7% от массы цемента.

Определяем расход сухой добавки:

388 кг (Ц)-100%

х   -  0,7%

х = 2,72кг

Добавка вводиться в виде раствора и поэтому мы не определяем рабочую концентрацию раствора добавки. По ТУ 5743-001-11149403-2003  количество воды при введении добавки нужно уменьшить на 15-20%.

В данном растворе будет содержаться воды на 15% меньше:

197 - 100%

X - 15%

X= 31,5л

В = 210 –31,5= 178,5л

Это необходимо учесть в дальнейших расчетах по определению расхода цемента:

Ц=В:В/Ц=178,5:0,52=330 кг

Пустотность щебня определяем по следующей формуле:

, где

 

- насыпная  плотность щебня, кг/м3 , - средняя плотность щебня, кг/м3.

По табл. 10.4 [4] коэффициент раздвижки зерен

Расход сухого щебня на замес равен: