5. Расчёт состава тяжёлого бетона

Исходные данные:

• Бетон тяжелый, марки 400.

• Вяжущее ПЦ марки ПЦ500Д20, нормальной густоты 26 %. истинной плотности 3,1 г/см³.

• Заполнители. Качество рядовое, мелкий заполнитель: песок кварцевый, модуль крупности 2.3, истинная плотность 2,57 г/см³, насыпная плотность 1,51 г/см³.

• Крупный заполнитель: гравий, фракции 5-40 мм, марка по дробимости 1000, содержание зерен пластинчатой формы 21 % , истинная плотность 2,45 г/см³, насыпная плотность 1,41 г/см³.

• Добавка С- 3, содержание 0,7 % от массы цемента.

Исходя из функциональной зависимости Rb=f определяют величину В/Ц по формуле. Для обычного бетона, когда его величина прочности находится на функциональной кривой зависимости прочности от величины В/Ц на уровне не более 0,4.

В/Ц = AR_ц/Rb + A0,5R_ц

где А- коэффициент, принимаемый в зависимости от качества заполнителей (для рядового качества А=0,6). Этот коэффициент характеризует качество исходных материалов, в основном мелкого и крупного заполнителя.

Определяют расход воды исходя из условия обеспечения требуемой удобоукладываемости, водопотребности цемента, максимальной крупности песка и щебня.

В/Ц = 0,6x500/(400+0,5x0,6Х500)=0,54

Расход воды:

В=160л/м³

Расход цемента определяют по формуле:

Ц= В/(В/Ц)

Ц= 160/0,54= 296 кг/м^З

Цбн=440 кг

Ц=440х0,87x0,98x0,95x0,98=349 кг/м^З

В/Ц= 160/296=0,45

По формуле определяем пустотность гравия:

\/г=1-рнг/рг

Vг=1-1,51/2,57=0,42

Далее по формуле определяем расход гравия:

Г= 1000/ [Пг-а /у+1/р]

Г= 1000/[0,42х1.46/1,51+1/2,57 ] =1250кг/м^З

Расход песка определяют исходя из условия, что если из 1000л занимаемой бетонной смесью вычесть объемы цемента, щебня и воды, то получим объем песка. Умножив объем песка на его плотность, получим массу песка в составе бетонной смеси:

П= [ 1000 - ( Ц/рц+В+Г/рг)]ρп

П= [ 1000 - (349/3,1+160+1250/2,45)]*2,57=560кг/м^З.

Расчетную среднюю плотность бетонной смеси определяют как сумму масс материалов на 1 м^З бетона

γб.с = (Ц+В+П+Г)

γб.с= 349+160+560+1250=2319кг/м^З,

Подобран состав тяжелого бетона:

Ц=349кг/м³

П=560кг/ м^З

Г= 1250кг/ м^З

В=160 л/ м^З

Определяем долю песка в исходной смеси без добавки:

Г=560/(1250+560)=0,3

В итоге:

• цемента: 349-(349х0,15)=296,5 кг

• воды: 296,5x0,45=133,5 л;

• песка: 560 +(52,5+26,5)*0,3=192 кг;

• гравия: 1250+(52,5+26,5)'0,69=1304 кг

• С- 3 (сухого): 202-0,005=1,01 кг.

Подобран состав тяжелого бетона с добавкой С-3:

• Ц=296,5кг/м^З

• П=192 кг/ м^З

• Г= 1304кг/м^З

• В= 133.5 л/ м^З

γб.с= 296,5+192+133,5+1304=1926 кг/м^З

6. Описание принятого технологического процесса

Склады заполнителей

Песок и щебень в производстве железобетонных колонн являются основными компонентами, составляющими до 80% объема бетона. Склады заполнителей (19), (21) должны обеспечивать прием и разгрузку транспортных средств внутри складское транспортирование материалов, достаточные запасы заполнителей по видам и фракциям, подогрев материалов в зимний период (ЗЗ).

Наиболее распространенными типами механизированных складов заполнителей являются эстакадно-штабельные, штабельно-линейные, штабельно-кольцевые. Эти склады отличаются между собой способом разгрузки, грузоприемными устройствами (36), транспортной схемой.

Эстакадно-штабельный (полубункерный) склад (лист 1) имеет стационарное грузоприёмное устройство для гравитационной разгрузки, оборудованное машиной для сталкивания материала. Заполнитель грузоприемного бункера наклонным ленточным конвейером (24) подается на горизонтальный конвейер. Этим конвейером заполнитель доставляется в любой отсек склада. Под всеми отсеками проходит галерея.

Склады минеральных вяжущих веществ

Механизированные склады минеральных вяжущих веществ, включают устройства для разгрузки с ж/д (2) или автотранспорта (1), приемного бункера для хранения материала (3) под приемным бункером дня хранения материала имеется секторный питатель (4) и механизмы для внутри складского транспортирования, которые транспортируют материал в силосные банки при помощи пневмоподъёмника (5), который работает при помощи сжатого воздуха, который вырабатывает подстанция, состоящая из воздуходувной машины (6), влагомаслоотделителя (7), воздухосборника (8). По типу емкостей различают склады бункерные и силосные. Наибольшее распространение получили силосные склады цемента и других вяжущих, выполненные из металла или железобетона. Компоновка силосов на складе линейная - в один, два или несколько рядов (32), также в конструкции силосной банки предусматриваются сводообрушители (14) и указатели уровня (13). Склады цемента следует размещать вдоль автомобильной дороги железнодорожной колеи или берега. Число емкостей для хранения цемента на складе должно быть не менее четырех для одновременного хранения трех видов или марок цемента. В отдельных случаях цемент может доставляться автоцементовозами (1).

В зависимости от средств доставки цемента на складах предусматривается один или несколько способов разгрузки. Разгружающие устройства делятся на вакуумные, механические, пневматические (5) и аэрационные.

Вагоны-цементовозы (цистерны) и автоцементовозы с пневматической выгрузкой (4) являются наиболее прогрессивными и распространенными видами транспортирования минеральных вяжущих, так как их разгрузка не требует на складах дополнительных транспортных устройств и механизмов. Из цементовозов минеральные вяжущие сжатым воздухом по трубопроводам сразу перекачиваются в основные емкости складов – силосные банки или, при необходимости, в расходные бункера бетоносмесительного отделения (25).

Для перемещения минеральных вяжущих веществ с мест разгрузки в силосные банки складов и подачи их в расходные бункера бетоносмесительного отделения используется внутрискладской транспорт цемента. Для горизонтального перемещения материала на складах цемента применяют шнеки и аэрожелоба. Шнеками перемещают сыпучие материалы на небольшие расстояния. К недостаткам шнеков относятся довольно быстрый их износ и частые случаи остановки, связанные с уплотнением цемента. Более совершенными транспортными установками являются аэрожелоба (12). Работа азрожелобов основана на повышении подвижности порошкообразных материалов при насыщении их воздухом и способности в таком состоянии стекать по наклонным плоскостям даже при небольшом уклоне под действием силы тяжести. В отдельных случаях для перемещения материала на небольшие расстояния при перегрузках с одного устройства в другое применяют наклонные лотки и виброжелоба. Для перемещения цемента в вертикальном направлении используют ленточные ковшовые элеваторы, смонтированные на металлических кожухах.

Все заводы средней и большой мощности для внутрискладского транспортирования цемента применяют пневматический транспорт, позволяющий перемещать цемент без потерь и перегрузок в любом направлении на значительные расстояния. Пневмовинтовой насос представляет собой стационарную установку непрерывного действия, состоящую из дифференциального питающего шнека, загрузочной воронки с шибером, узла загрузки, смесительной камеры, обратного клапана и электропривода. Менее энергоёмки пневмомеханические подъемники (эрлифты). Работа камерных пневматических насосов основана на аэрации с последующим вытеснением взвешенных частиц цемента.

Пневматическое транспортирование цемента связано с расходом большого количества сжатого воздуха, который получают на заводах во вспомогательных компрессорных отделениях. Чтобы не было больших перепадов давления в системе, сжатый воздух накапливают в больших резервуарах-ресиверах. Для разделения очистки обработанного воздуха над силосами склада и расходными бункерами последовательно располагают специальные агрегаты, в которых происходит оседание твердых частиц цемента, т.е. в цикл фильтрования воздуха и насоса (11). К таким агрегатам относят циклоны (9), осадительные камеры, электрофильтры, рукавные фильтры (10) и т. п.

Изготовление железобетонных колонн

Приготовление бетонной смеси осуществляется в бетоносмесительной установке и состоит из операций загрузки расходных бункеров, дозирования, перемешивания компонентов и выдача готовой смеси на транспортные средства.

В соответствии со схемой технологическое оборудование цеха компонуется по вертикали три отделения (сверху вниз): надбункерное с устройствами и механизмами для приёма и распределения в соответствующие бункера заполнителей и цемента (39); поворотная воронка (23); дозировочное, оборудованное комплексом дозаторов (18), (20), (22) смесительное. В зависимости от вертикальной компоновки отделений различают бетоносмесительные цехи с одноступенчатой вертикальной схемой, гогда производится однократный подъем компонентов смеси в расходные бункера и гравитационное их перемешивание (сверху вниз) по технологической линии, и с двухступенчатой (партерной) схемой - двукратный подъем материалов. Эффективнее одноступенчатая схема, хотя её применение возможно только в зданиях большой высоты. Бетоносмесительные цехи могут быть цикличного действия (периодически повторяющиеся дозирование, загрузка, перемешивание и выгрузка смеси) и непрерывного действия - все операции процесса производятся одновременно и непрерывно.

Дозирование компонентов бетонной смеси осуществляется, как правило, по массе. Точность дозирования регламентируется нормативными документами. Обычно допустимые отклонения при дозировании цемента и воды не должны превышать ±1% и заполнителей ±2% по массе. Отрицательное влияние на точность дозирования оказывает переменная влажность заполнителей.

На современных бетоносмесительных установках цикличного типа дозирования выполняется группой параллельно действующих дозаторов для каждого компонента бетонной смеси. Смесительное оборудование цехов цикличного действия бывает в основном двух типов. Для приготовления малоподвижных и жестких смесей применяют бетоносмесители принудительно перемешивания. В этих смесителях материалы смешиваются в чаше или в барабане принудительно, под воздействием вращающихся лопастей, частицы многократно перемешиваются по сложным траекториям.

Рассмотрим бетоносмесительный цех с автоматизированным управлением. Цемент и заполнители поступают из складов в надбункерное отделение, где распределяются по расходным бункерам: цемент - из циклона, заполнитель, при помощи приводной поворотной воронки (23). Эти операции производятся автоматически. Бункерное отделение обычно состоит из 6-8 отсеков: 3-4 для крупного заполнителя, один - для цемента. Отсеки оборудованы сводообрушающимися устройствами (14) для устранения зависания материалов при выгрузке, паровыми регистрами для обогрева в зимнее время и указателями верхнего и нижнего уровней заполнения отсеков (13).

В дозировочном отделении установлены комплекты дозаторов для сыпучих материалов (22), воды (30) и добавки (31) с автоматизированным управлением. Отдозированные сухие компоненты подаются в смесители (26,) при помощи поворотной воронки (25). Узел выдачи бетонной смеси оборудован двумя расходными бункерами, из которых бетонная смесь подается в транспортные средства и по бетоновозной эстакаде поступает в формовочный цех.

Для производства крупногабаритных железобетонных колонн применяют стендовый способ, при котором изделие изготавливают в неподвижных формах или специальных стендах. В процессе формования и до приобретения бетоном необходимой прочности изделия остаются на месте, в то время как технологическое оборудование и обслуживающие его рабочие звенья перемещаются от одной формы на стенде к другой. Сваи изготавливают в металлических разборных формах-стендах, собранных в пакеты значительной протяженностью.

Стендовый способ производства обеспечивает выпуск изделий широкой номенклатуры при сравнительно несложной переналадке оборудования. Для увеличения оборачиваемости формовочных площадей применяют быстротвердеющие цементы высоких марок. Данная технология предусматривает проведение тепловой обработки непосредственно в формах, для чего в них делают тепловые отсеки. По длине различают стенды: короткие- на одно- два изделия и длинные на 3 -12 изделий. Длина каждого изделия не превышает 24 метра. Изделия на стенде размещают в горизонтальном либо вертикальном положении.

Короткие стенды более прогресивны, чем длинные, так как вынyждeнные простои, связанные с необходимостью формования всех изделий на длинном стенде до начала тепловой обработки, на них значительно меньше, а коэффициент оборачиваемости форм в 2-4 раза выше. Формы размещают одну за другой в один или два ряда.

Рассмотрим последовательность изготовления изделий на коротких стендах. Сначала производят чистку и смазку форм эти операции выполняют при сборке(63). Затем из арматурного отделения специальными кранами арматурную сетку укладывают в форму, затем производят формование. Процесс формования складывается из укладки бетонной смеси в подготовленную форму, ее уплотнения и отделки открытых поверхностей. При стендовом производстве для подачи бетонной смеси в форму применяют бетоноукладчики (54).

После производят тепловую обработку готового изделия. Для этого внутрь формы подают теплоноситель по змеевикам. Тепловые секции имеются также клиновая опалубка (58). Принудительная циркуляция теплоносителя (паровоздушной смеси) в термоформах осуществляется с помощью эжекторов.

Ниже приведен режим тепловой обработки свай из тяжелого бетона, изготавливаемых по стендовой технологии:

1. стадия (обработка до достижения распалубочной прочности при температуре 80⁰С) 3+4

2. стадия (длительное выдерживание при температуре 70°С до достижения отпускной прочности) 5.

Разрыв между I и II стадиями тепловой обработки не должен быть более 2 часов.

После проведения тепловой обработки производят распалубку путём разборки стенда, изделие вынимают при помощи механизма съёма свай (62), «сажают» на тележки и отправляют на склад готовой продукции.