Свойства бетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Дипломный проект включает в себя:

Технологический раздел, в котором представлена характеристика сырья,

технологическая схема производства тротуарной плитки из мелкозернистого

бетона, его материальный расчет, подбор основного и вспомогательного

оборудования, теплотехнический расчет ямной пропарочной камеры;

Строительный раздел, в котором рассматривается планировка завода и

строительных конструкций зданий.

Представленные разделы связаны с экологией, безопасности жизнедеятельности, автоматикой и экономикой данного производства.

Приведен библиографический список:



Содержание

Введение

1. Основные положения проекта. Исходные данные для проектирования

1.1 Предпроектные изыскания и разработки

1.2 Общая характеристика продукции

1.3 Техническая характеристика

1.4 Методы контроля

1.5 Обоснование запроектированной мощности предприятия и выбранного района строительства

1.6 Описание местных условий района и строительной площадки

1.7 Режим работы предприятия

1.8 Характеристика сырья, топлива и вспомогательных материалов

1.9 Формирование контактной зоны на границе двух фаз кремнезема

1.10 Физико-химические основы производства мелкозернистых бетонных изделий

2. Обоснование выбора способа и технологии производства

2.1 Описание технологической схемы

2.2 Подбор состава бетона

2.3 Расчет материального баланса

Библиографический список

бетон кварцевый песок



Введение

Бетон - самый сложный из всех искусственных материалов. Однако в сравнении с другими конструкционными материалами он обладает рядом преимуществ, в том числе низкой стоимостью и незначительной энергоемкостью, доступной сырьевой базой, и может быть применен в различных эксплуатационных условиях, поэтому и в обозримом будущем бетон останется основным композиционным материалом [1].

Мелкозернистый бетон в настоящее время широко применяется для производства строительных изделий. Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и свойства тяжелого бетона. Мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет и некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы [1]. Мелкозернистый бетон широко применяют в строительной отрасли для производства таких изделий, как тротуарная плитка, бортовой камень для магистралей и газонов, водосточные желоба, фасадная плитка, черепица, стеновые блоки и др.



1. Основные положения проекта. Исходные данные для проектирования

На проектируемом предприятии предусматривается выпуск тротуарной плитки и из мелкозернистого бетона производительностью 20000 м³/г.

1.1 Предпроектные изыскания и разработки

В последнее время идёт активный пересмотр требований к качеству применяемых бетонов в сторону их существенного повышения. Выдвинутая концепция - материалы должны быть качественно иного уровня: высокотехнологичные, особо долговечные. Главными аспектами технологии производства являются также ресурсосбережение и умеренная стоимость выпускаемых изделий.

В современных условиях изменились технические и экономические предпосылки использования бетонов в строительстве.Появились добавки,которые наиболее эффективно позволяют модифицировать структуру и свойства бетона.

В данном дипломном проекте применяется добавка состоящая из:суперпластификатора С-3.Влияние данной добавки позволило уменьшить расход воды и цемента в мелкозернистых смесях и значительно уменьшить усадку материала.

Для ресурсосбережения в бетонном производстве необходимо комплексное решение следующих проблем:

- приготовление в производственных условиях на основе существующих цементов вяжущих, способных быстро твердеть без термической обработки с приобретением высокой ранней прочности и одновременным повышением нормативной марочности;

- применение не кондиционного местного сырья и техногенных материалов в качестве заполнителей не только без ухудшения качества бетона, но и, наоборот, придание ему более высококачественных характеристик по механической прочности, морозостойкости, коррозионной устойчивости, водонепроницаемости и других свойств.

Названные проблемы решаются за счёт технически правильного совместного использования современных химических добавок и микродисперсных наполнителей, а также правильной подготовки заполнителя с позиций фракционирования по узкому зерновому составу применительно к получению плотного пространственного каркаса с минимальной межзерновой пустотностью.

Что касается стоимости, то мелкозернистые бетоны дешёвы не только потому, что используется местное сырьё и отсутствует крупный гравийно-щебёночный и не всегда доступный заполнитель, но и за счёт отсутствия тепловлажностной обработки, т.е. исключаются затраты на термооборудование.

Учитывая потребление, выбор места строительства падает на г.Иваново и Ивановскую область. Это обусловлено тем, что в этой области в настоящее время идёт активное строительство и реконструкция различных зданий и сооружений, поэтому проектирумые изделия будут быстро расходиться.

Иваново - областной город, в котором насчитывается 404,5 тыс. жителей. Помимо производства строительных материалов, также развита текстильная промышленность.

Проектируемый завод находится за чертой города. Предприятие обеспечивается песком из Хромцовского карьера, водой из местного трубопровода, а энергия поступает с ближайшей ТЭЦ, в качестве топлива используется газ.

1.2 Общая характеристика продукции

Основные параметры и разделы:

1. Плитки изготавливают квадратной или прямоугольной формы.

2. Основные типы и размеры тротуарных плиток должна соответствовать приведенным в таблице.

Таблица. Типы и размеры тротуарных плиток.

№	Наименование	Размер (см)	Количество штук в 1 кв.м
1	Клевер	26,7х21,8х6,0	28
2	Квадрат	50,00х50,00х6,0	4
3	Квадрат "кирпич"	40,0х40,0х5,0	6,25
4	Квадрат "шоколадка"	30,0х30,0х5,0	11
5	Калифорния	30х30х2.5	1
6	Паркет	30х30х3	1

Предприятие-изготовитель должно устанавливать номинальную длину и ширину плиток таким образом, чтобы в пределах координационных размеров обеспечивалась ширина шва от 4 до 8 мм.

По согласованию предприятия- изготовителя с потребителм могут быть изготовлены плитки других размеров.

Пример условного обозначения:

П тротуарная 500*500*50 мм по ГОСТУ.

1.3 Техническая характеристика

Тротуарные бетонные плитки изготавливаются в соответствии с стандартами и требованиями по регламенту.

Технология изготовления тротуарной плитки включает в себя несколько основных этапов:

- подготовка форм;

- приготовление бетонной смеси;

- формование на вибростоле;

- выдерживание изделий в течение суток в формах;

- распалубка изделий;

- упаковка и хранение.

1.4 Методы контроля

Прочность бетона на сжатие и растяжение определяют по ГОСТ 10180 или ГОСТ 28570, или ГОСТ 22690.

Морозостойкость бетона определяют по ГОСТ 10060 или 26134, водонепроницаемость - ГОСТ 12730.5.

Другие показатели качества бетонов, определяют в соответствии с требованиями, установленные в стандартах и технических условиях на бетон конструкций конкретных видов сведены в таблице:

Таблица. Показатели качества бетонов

Виды	ГОСТ
Средняя плотность	ГОСТ 12730.1
Влажность	ГОСТ 12730.2
Водопоглощение	ГОСТ 12730.3
Показатели прочности	ГОСТ 12730.4
Истираемость	ГОСТ 13087
Деформации усадки и ползучести	ГОСТ 24544
Выносливость	ГОСТ 24545
Тепловыделение	ГОСТ 24316

Качество бетонной смеси определяют по ГОСТ 10181.0 - 10181.4. Показатели качества крупного заполнителя для тяжелого бетона определяют по ГОСТ 8269, и мелкого заполнителя для бетонов по ГОСТ 8735. Показатели качества добавок проверяют по ГОСТ 24211, а воду по ГОСТ 23732.

1.5 Обоснование запроектированной мощности предприятия и выбранного района строительства

Размещение промышленности строительных материалов зависит от потребительского фактора. При массовости и повсеместности использования сами по себе строительные материалы обладают сравнительной дешевизной и большим объёмным весом, а вследствие этого - низкой транспортабельностью. Бетонные изделия и конструкции менее транспортабельны, чем исходное сырье, стремление к сокращению транспортных расходов заставляет приближать производство строительных материалов непосредственно к местам потребления, т.е. к объектам строительства.

Основные строительные материалы в настоящее время производятся во всех экономических районах нашей страны, но степень обеспеченности ими строительных работ указывает на существенное территориальное различие. В восточных районах страны сохраняется низкая обеспеченность стройматериалами. Недостаточность производства в восточных районах вызывает массовые перевозки малотранспортабельной продукции на большие расстояния, что приводит к удорожанию продукции. Таким районам - с дефицитом строительных материалов является Ивановская область.

Таким образом, является целесообразным строительство нового завода по производству строительных изделий в городе Иваново.

1.6 Описание местных условий района и строительной площадки

В Ивановской области распространены пески, которые можно использовать для производства изделий из мелкозернистого бетона. Электроэнергию завод будет получать от городской сети.

Цемент, необходимый заводу, будет поставлять Ульяновский цементный завод. Сталь будет поставлять с ПТК СУ 155.

Потребителями завода будет город Иваново, Ивановская область

- среднегодовая температура наружного воздуха в городе Иваново -

- абсолютная минимальная

- абсолютная максимальная

Средняя месячная относительная влажность воздуха равна:

наиболее жаркого месяца -

наиболее холодного месяца -

Скорость ветра -

1.7 Режим работы предприятия

Номинальное количество рабочих суток в год - 260;

Количество рабочих суток в год - 253;

Длительность плановых остановок в год - 13;

Количество рабочих смен в сутки - 2;

Количество рабочих смен в сутки в отделении тепловой обработки - 3.

Количество рабочих смен в сутки по приему сырья и материалов:

-автомобильным транспортом - 2;

Продолжительность работы:

при двухсменном рабочем дне - 16 ч;

при трёхсменном рабочем дне - 23 ч.

Годовой фонд рабочего времени основного технологического оборудования определяется по формуле:

,

где - номинальное количество рабочих суток в году;

- коэффициент использования основного технологического оборудования:

при двухсменной работе

при трехсменной работе

Таблица. Режим работы предприятия

№ п/п	Наименование цехов и отделов	Количество рабочих дней	Количество смен в сутки	Годовой фонд времени, час
		в год	в неделю
1	Склад сырья	365	7	3	8760
2	Бетоносмесительный цех	253	5	2	4048
3	Формовочный цех	253	5	2	4048
5	Лаборатория ОТК	253	5	3	6072
6	Транспортный цех	253	5	2	4048
7	Ремонтно-механический цех	253	5	2	4048
8	Электроцех	253	5	1	2024
9	Цех комплектации и отгрузки готовой продукции	253	5	2	4048
10	Паросиловой цех	253	5	3	6072

1.8 Характеристика сырья, топлива и вспомогательных материалов

На проектируемом предприятии в качестве основного сырья применяют заполнитель, наполнитель, вяжущее, химические добавки, а также воду.

Портландцемент М500 поступает по железной дороге Ульяновского цементного завода. Начало схватывания не ранее 45 мин, а конец не позднее 10 час от начала затворения. Нормальная густота цементного теста 24 - 26%. Тонкость помола определяется просеиванием на сите № 008 (ГОСТ 6613-86). Содержание МgО не более 5%. Введение добавок не более 0.3% от массы цемента. Приёмку цементов производят по ГОСТ 22236-85.Определение физико-механических свойств производят по ГОСТ 310.1-76; ГОСТ 310.3-76; ГОСТ 310.4-76. Химический анализ клинкера и цемента по ГОСТ 5382-73. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение производят по ГОСТ 22237-85. При транспортировании и хранение цемент должен быть защищён от увлажнения и загрязнения посторонними примесями, а также не допускается смешивание разных видов и марок. Хранить цемент в закрытом складе силосного типа. Транспортируется в БСУ пневмотранспортом.

Песок ГОСТ 8735-85.

Песок на проектируемый завод будет поставляться с Хромцовского карьера автотранспортом. Песок будет храниться на складе открытого типа. Подача в бункера - накопители будет осуществляться ленточным транспортером. Модуль крупности 2.2ч2.4. Наличие в песке зерен гравия или щебня размером от 5 до 10 мм должно быть не более 5% по массе.

Содержание зёрен в песке, проходящих через сито с сеткой № 014 не должно превышать 10% по массе. При этом количество пылевидных и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3% по массе. В песке не должно быть комков глины, суглинка и посторонних включений.

Пластифицирующая добавка ГОСТ 24211-91.

Поставка пластифицирующей, водоредуцирующей добавки будет осуществляться автомобильным транспортом в тканых полиэтиленовых мешках по 600 кг с полиэтиленовым вкладышем с маркировкой по ГОСТ 14192. Каждая партия будет сопровождаться документом о качестве и копией гигиенического заключения.

Мешки с добавкой должны храниться в условиях исключающих попадание в них посторонних веществ и атмосферных осадков.

Выбор добавки основывается на том, что добавка позволяет увеличить текучесть бетонных и цементных растворов в 6 - 7 раз, снизить водопотребление при затворение вяжущего вещества на 18 - 25%, увеличить конечные характеристики на 25 - 30%, применять цементы более высоких марок для получения бетонов более высоких марок, регулировать сроки схватывания изменяя количество вводимой добавки , 1.5 - 1.6 раза увеличить сцепление с закладной арматурой и металлическими деталями с одновременным ингибированием поверхности металла, экономить вяжущее (цемент) до 20 - 25%. Применение позволяет снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) на 30 - 50%, а в ряде случаев и полностью отказаться от дополнительных затрат.

Вода ГОСТ 23 132-93.

Может использоваться водопроводная питьевая, а также любая вода, имеющая водородный показатель рН не менее 4. Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л (в перерасчёте на ) и всех солей более 5000 мг/л.

Эмульсионная смазка ОЭ-2 (обратная эмульсионная смазка) применяется для смазки форм при изготовлении изделий. Её состав:

- эмульсоль кислый синтетический по ТУ 38-101566-80 - 30%;

- 3% водного раствора соды кальцинированной технической по ГОСТ 5100-73 - 0.3%;

- насыщенный раствор извести при 20-25єС - 69.7%.

Цементный камень и его структура

Цементный камень - это сросток из кристаллизующихся аморфных гидроксидов, гидроалюминатов кальция и эттрингита [22-30].

В цементном геле возникает ряд структурных связей: ван-дер-ваальсовые - через тонкие водные прослойки (ионное притяжение с различными электрическими зарядами); водородные; когезионные, химические. Они удерживают цементный гель как единое целое в структурном пространстве. Цементный камень подразделяется [16, 31]: на основные кристаллические сростки, тоберморитовый гель, не до конца гидратированные зерна цемента.

В цементном камне различают два вида пор: капиллярные поры и поры геля. Капиллярные поры размером более 10000Е или 1 мкм независимо от их формы определяют проницаемость цементного камня [16].

По мере гидратации цемента объем капиллярных пор уменьшается за счет их заполнения продуктами гидратации цемента и перекристаллизации. Размер гелиевых пор, по работе [16], составляет 10...30 Е, их объем составляет 28 % от общего объема геля. Они трудно проницаемы для жидкости. В ходе гидратации цемента состав цементного камня во времени изменяется [32]: увеличиваются твердые продукты гидратации и уменьшается гелиевая, капиллярная и контракционная вода.

Структура материалов, в частности бетона, оказывает большое влияние на их физико-механические свойства.

Одной из возможных характеристик структуры бетона являются параметры его порового пространства. Преобладание пор определённого размера оказывает существенное влияние на свойства цементного камня и бетона. Поэтому внимание исследователей в настоящее время привлекает возможность снижения суммарной пористости и направленного порообразования для улучшения структуры и свойств цементного камня и бетона.

1.9 Формирование контактной зоны на границе двух фаз кремнезема

На формирование свойств бетона влияют особенности структуры зоны контакта между заполнителем и цементным камнем, генетическая структура используемого зерна заполнителя и состояние его поверхности, физико-химическая совместимость заполнителя с цементными гидросиликатами, алюминатами, ферритами кальция.

Гладкая поверхность заполнителя снижает прочность сцепления по сравнению с шероховатой в 1,28 раза, а генетическая порода заполнителя способствует увеличению ее от 9 до 65 % при прямой последовательности расположения пород от базальта до известняка [2, 3].

Состояние (загрязнение) поверхности также играет определенную (и немаловажную) роль в развитии структуры цементного камня контактной зоны. Природные пески на своей поверхности содержат коллоидные пленки, в которых присутствуют различные химические вещества: соединения железа, алюминия, кальция и других металлов, вплоть до карбонатных и глинистых веществ [4]. Эти вещества располагаются в трещинах, углублениях, кавернах, в местах механического повреждения. Остальная часть поверхности гладкая и имеет пленку оксида SiO₂, переходящую далее в ортокремневую кислоту.

Свойства контактной зоны будут определяться различными путями зародышеобразования, степенью срастания гидратных фаз с минеральной поверхностью заполнителя (подложки) или химической связью донорно-акцепторного проявления.

С.Х. Ярлушкина [5] отмечает два типа сцепления цементного камня с поверхностью заполнителя: механическое зацепление вследствие шероховатости поверхности (20…30 %) [6, 7] и адгезионное сцепление, связанное с действием ван-дер-ваальсовых, водородных и ионных сил.

Адгезионное сцепление цементного камня с поверхностью, например, кварцевого заполнителя, происходит за счет его поверхностной энергии, которая составляет 2613^. 10^-3 Дж/м². Кварцевый заполнитель считается более прочным по величине силы адгезии в сравнении с традиционно используемыми заполнителями: гранитом, кальцитом (плотным известняком), имеющими силу адгезии 2430. 10^-3 Дж/м² и 280^. 10^-3 Дж/м², соответственно [5].

Величина поверхностной энергии зависит от неравномерности кристаллической решетки заполнителя: дислокации, вакансии, швов срастания кристаллов, точечных дефектов.

Структурообразующая роль кварцевых наполнителей известна. На поверхности кварца рост кристаллических сростков начинается строго ориентированно с точечных контактов перпендикулярно поверхности и, как указывается в работе [5], треугольным основанием тетраэдрической структуры кварца.

С ростом кристаллов новых фаз на поверхности кварца не прекращается взаимодействие этих фаз на уровне межмолекулярных сил. В I-м слое контактной зоны кристаллы мельче, они однородные по размерам, имеют игольчато-трубчатую форму гидросиликатов кальция повышенной плотности.

Согласно работе [8], на поверхности кварца при длительном его преобразовании в растворе Ca(OH)₂ образуются низкоосновные гидросиликаты и кремнеземистые гидрогранаты кальция.

Повышенное водоцементное отношение во II-м слое сказывается на образовании пониженной плотности цементного камня, которая, в свою очередь, выше плотности III-го слоя, считающегося чистым объемом цементного камня. Прочности цементного камня, соответственно, снижаются по глубине контактной зоны от I до III слоя, что согласуется с экспериментальными данными по их микротвердости [5].

При оптимальном составе свойства мелкозернистых бетонов не отличаются от свойств тяжелых бетонов, а некоторые, например, прочность при изгибе, водонепроницаемость, морозостойкость, выше [9-11].

1.10 Физико-химические основы производства мелкозернистых бетонных изделий

Современная генерация бетонов объединяет высокоэффективные бетоны с общим наименованием «полифункциональные». Данные бетоны относятся к материалам, твердеющим не только без тепловлажностной обработки, но и способные набирать прочность при отрицательных температурах. Они быстротвердеющие и обладающие высокой нормативной прочностью, величина которой значительно больше марочной прочности используемого в бетонной смеси цемента. Бетоны характеризуются повышенной плотностью структуры и, следовательно, пониженной пористостью, особенно в части пор с размерами, характерными для пор с незамерзающей в них водой, вплоть до минус 40?С и больше, т.е. бетоны имеют весьма высокую морозостойкость, низкую водонепроницаемость. Все эти свойства способствуют резкому повышению долговечности изделий из таких бетонов.

Для получения полифункциональных бетонов при приготовлении бетонных смесей используют комплекс мер, направленных на повышение качества как бетонных изделий, так и бетонов на их основе.

Большинство бетонов нового поколения относятся к мелкозернистым бетонам. При использовании мелкозернистых заполнителей без их предварительной подготовки наблюдается большой расход вяжущего. Последнее связано с несбалансированностью зернового состава заполнителя, его повышенной межзерновой пустотностью, для заполнения которой требуется значительное количество цементного теста.

Из теории плотнейших упаковок известно, что независимо от вида плотнейшей упаковки в ней всегда содержится межзерновые пустоты разных размеров. Для их заполнения требуется более мелкая фракция заполнителя, число которых часто равняется 3. Практика показала, что узкое фракционирование мелкозернистых заполнителей с большим числом фракций экономически не выгодно и технически сложно. Из теории следует, что для мелкозернистых заполнителей с частицами от 5 мм и менее лучше пользоваться двухфракционными составами, причём размер зёрен мелкой фракции должен соответствовать отношению:

r = 0,155·R,

где R - размер зёрен крупной фракции.

В этом случае зёрна мелких фракций максимально плотно заполняют межзерновую пустотность крупных фракций заполнителя.

Остаточная пустотность суммы крупной мелкой фракции заполнителя не превышает 0,16 доли единиц от общего объёма системы заполнителя. Данный объём соответствует минимальному объёму цементного теста для получения относительно плотной бетонной смеси.

Цементное тесто при твердении образует цементный камень с относительно высокой пористостью, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах бетона. Для уменьшения пористости цементного камня к исходному цементу добавляют высокодисперсный наполнитель. Установлено, что для максимального уплотнения, по аналогии с заполнителем, порошкообразной системе цемента необходимо вводить в бетонную смесь добавку микронаполнителя с удельной поверхностью, в 10 раз большей удельной поверхности порошка цемента. Применение такого наполнителя не только уплотняет цементный камень, но и ускоряет процесс набора прочности в ранние сроки и достижения более высокой нормативной прочности бетона. Это связано с тем, что мелкие частицы наполнителя выполняют роль активных центров кристаллизации продуктов твердения вяжущего. Они инициируют процесс структурообразования цементного камня и, одновременно, способствуют уплотнению его за счёт заполнения межзерновых пустот наполнителя продуктами твердения цемента. Образующаяся при этом структура имеет мелкопористое строение, поры закрытые, абсорбирующаяся способность цементного камня низкая, водонепроницаемость высокая, малые размеры пор способствуют структурированию свободной воды и резкому увеличению температуры её замерзания.

При изготовлении декоративных бетонных изделий используют микродисперсные пигменты. Обычно расход их достаточно велик. Для снижения расхода пигментов с одновременным повышением однородности его распределения в бетонной смеси без потери интенсивности заданной окраски наполнитель подвергают совместному измельчению с пигментом в присутствии ПАВ. Последние призваны снижать энергозатраты на измельчение наполнителя и пигмента и создавать устойчивые системы в виде своеобразных капсул из части наполнителя, покрытых частицами пигмента.

При введении модифицированного наполнителя в бетонную смесь удаётся резко снизить количество воды затворения для получения подвижной бетонной смеси. Такая смесь легко гомогенизируется и не отделяет воду при формовании, т.е. становится устойчивой к расслаиванию при формовании изделий. Всё это, вместе взятое, в 1,5 - 2 раза увеличивает класс бетона, причём его прочность значительно превышает прочность стандартного цементного раствора. Получаемый бетон способствует увеличению прочности, долговечности и морозостойкости готовых изделий.



2. Обоснование выбора способа и технологии производства

Способ производства основывается на комплексе процессов, используемых при подготовке сырья и составления формовочных масс. Формовочные массы назначаются, исходя из метода формования заготовок изделий. В нашем случае формование изделий базируется на методе вибролитья.

Для приготовления формовочных смесей нужны фракционированные мелкозернистые заполнители. Фракционирование может осуществляться двумя способами:

-разделением сухих зернистых масс на узкие фракции и зернистых масс естественной влажности с использованием приёма промывки на классификаторах. Последний метод требует выполнения операций по возврату промывной воды в производстве и подсушки полученной фракции заполнителя до приемлемой в производстве влажности. Это не только удорожает подготовку заполнителя, но и осложняет соблюдение требований экологических норм по защите окружающей среды от загрязнения. Следовательно, заполнитель лучше перед фракционированием высушивать. Энергозатраты на процесс сушки окупаются уменьшением платы за загрязнение окружающей среды, поскольку при современном обеспыливающем оборудовании практически воздушный бассейн и земля не загрязняются пылевидными выбросами. Кроме того, не требуются большие земельные участки для организации и хранения промывочных вод.

Наиболее лучший принцип организации технологического процесса в производстве мелкозернистого бетона - поточность и возможно большая специализация технологических линий по виду изготавливаемой продукции. Принцип поточности предусматривает наиболее полное использование оборудования, применение комплекной механизации и автоматизации процессов.

В данном дипломном проекте для изготовления тротуарных плиток из мелкозернистого бетона принят поточный способ производства бетонных изделий.

Поточный метод бетонных изделий позволяет добиться максимальной механизации и автоматизации технологических процессов изготовления изделий, значительного повышения производительности труда и увеличение выпуска готовой продукции при наиболее полном и эффективном использовании технологического оборудования.

Рис. Технологическая схема производства тротуарной плитки.

2.1 Описание технологической схемы

На производство сырьевые материалы доставляются двумя способами. Песок и щебень доставляется из хромцовского месторождения при помощи автотранспорта (автомобилями «КАМАЗ» и «ЗИЛ» грузоподъёмностью 10 т и 5 т соответственно). Доставка цемента и применяемых добавок (пигмент, пластификатор) осуществляется ж/д транспортом. Для хранения песка и щебня на заводе предусмотрены бетонные площадки открытого типа размером 4x5 м. Цемент и добавки поставляются в мешках по 40 и 50 кг. Для их хранения на предприятии, внутри основного цеха, оборудованы деревянные стеллажи с высотой от уровня пола 15 см и площадью 25 м². Транспортировка сырья осуществляется при помощи тележек. Дозировка исходных материалов производится вручную. После дозировки исходные компоненты поступают в два бетоносмесителя рабочим объёмом 250 л.

Для изготовления плитки применяется метод поочередной заливки в форму двух разных по составу растворов, с вибрированием каждого.

Первый - фактурный слой обеспечивает качественные основные показатели плитки: низкую истираемость и водопоглощение, высокую морозостойкость.

Состав 1 м куб. готового бетона:

цемент - 500 кг;

щебень с песком (2:1) - 1 м³;

пластификатор - 2,5-3,5 кг;

краситель - 7,5-12 кг.

Второй - основной слой задает плитке желаемую толщину и является основным носителем прочности.

Состав 1 м куб. готового бетона:

цемент - 250 кг;

щебень с песком (2:1) - 1 м³;

пластификатор - 2,5-3,5 кг;

краситель отсутствует.

Бетонная смесь для фактурного слоя равномерно укладывается в формы, после чего вибрируется на вибростоле в течении 30 сек. После этого в формы добавляется второй - основной слой. Излишки бетона убираются при помощи строительных мастерков, поверхность бетонной смеси в формах тщательно заглаживается, затем залитые формы снова вибрируются на вибростоле в течении 30 сек.

Готовые формы отправляются на склад для полуфабрикатов, где укладываются на поддоны (ширина - 1 м, длина - 2 м) слоями, прокладывая каждый слой листами пластика (общее количество слоев - не более 15).

Выдержка изделий в формах в естественных (нормальных) условиях составляет 48 часов (изделия могут укладываться послойно в штабель с разделением слоев листами из фанеры, оргалита и подобных материалов). Поддоны с формами допускается передвигать не ранее, чем через 36 часов после заливки.

Распалубка изделий осуществляется на специальном выбивочном столе, на котором изделия отделяются от формы. Перед распалубкой формы нагреваются до 60-70 єС в водяной ванне, где выдерживаются около 2 минут. Готовые изделия укладываются на транспортные поддоны послойно "спина к спине", "лицо к лицу", увязываются упаковочной лентой в двух местах и транспортируются на склад.

Освободившиеся формы промываются и отправляются в производство.

Подготовка форм

Формы для изготовления изготовления тротуарной плитки могут использоваться пластиковые, резиновые и резиноподобные (полиуретановые). Количество циклов формования, которое выдерживают формы, составляет: для резиновых - до 500 циклов, для пластиковых - 230-250, для полиуретановых - 80-100 циклов.

Формы перед заливкой в них бетона смазывают специальными составами или заливают бетон без предварительного смазывания формы. При работе без смазки новые формы обрабатывают антистатиком, после распалубки формы осматривают и при необходимости промывают 5-10 % раствором соляной кислоты.

Для смазки форм можно использовать эмульсол, ОПЛ-1 (Россия) и СЯА-3 (Англия). Для сохранности поверхности формы нельзя использовать смазки, содержащие нефтепродукты. Наносимый на поверхность форм слой смазки должно быть тонким, так как из-за избытка смазки на поверхности готового изделия остаются поры. Смазки эмульсол и ОПЛ-1 наносятся кистью перед каждой заливкой, смазку СРА-3 наносят кистью или напылением. Смазки СВА-3 хватает на 2-3 формовки. Температура при нанесении должна быть 18-20°С.

Приготовление бетонной смеси

Для приготовления декоративного бетона лучше использовать бетоносмеситель принудительного действия. В основном порядок приготовления смеси не отличается от приготовления обычного бетона Пигмент подается примерно за 30 секунд до подачи цемента.

Оптимальный режим перемешивания:

· песок + пигмент - 15-20 с;

· песок + пигмент + щебень - 15-20 с;

· песок + пигмент + щебень + цемент - около 20 с;

· песок + пигмент + щебень + цемент + вода + добавки - 1-1,5 мин;

всего - 2-2,5 мин.

Для повышения долговечности бетона, его износоустойчивости и сопротивления удару в бетон можно добавлять также полипропиленовые, полиамидные или стеклянные щелочестойкие волокна длиной 5-20 мм и диаметром 5-50 мкм в количестве 0,7-1,0 кг на 1м3 бетона. Длина волокон должна соответствовать наибольшему диаметру крупного заполнителя в бетоне. Волокна, обладающие хорошей дисперсией, образуют в бетоне трехмерную решетку, которая значительно повышает прочность на изгиб, ударную стойкость и износостойкость бетона.

Полипропиленовое и щелочестойкое стекловолокна вводят с водой затворения; полиамидное волокно вводят в готовую бетонную смесь, т.е. на последнем этапе, при этом время перемешивания смеси увеличивают на 30 -50с.

При использовании добавки микрокремнезема принимают следующий график приготовления бетонной смеси:

песок + микрокремнезем + пигмент - 30-40 с;

песок + микрокремнезем + пигмент + цемент - около 30 с;

песок + микрокремнезем + пигмент + цемент + вода + добавки - 1-1,5 мин.

Формование на вибростоле

Готовая бетонная смесь имеет удобоукладываемость ОК = 3-4 см. Поэтому для ее уплотнения используют кратковременную виброобработку. После приготовления бетонной смеси ее укладывают в формы и уплотняют на вибростоле.

При производстве цветной плитки в пластиковых формах для экономии пигмента можно применять послойное формование: первый лицевой слой бетона приготавливается с использованием пигмента, второй слой бетона без него. Для раздельного формования необходимо иметь два смесителя для приготовления бетона первого и второго слоя.

При формовании сначала укладывается лицевой слой цветного бетона толщиной 2 см и уплотняется в течение 40 с. После этого укладывается 2-й слой бетона без пигмента и уплотняется вибрацией еще в течение 20 с. При другой подвижности бетона необходимо подобрать свое время уплотнения на формовочном столе.

Выдерживание изделий

После формования изделия в формах устанавливаются в штабели высотой 3-8 рядов в зависимости от толщины и конфигурации плитки. Так, например, квадратные плиты ставятся не более чем в 3 ряда. После этого штабели накрывают полиэтиленовой пленкой для предотвращения испарения влаги. Температура выдерживания должна быть не менее 15 °С. Дополнительный подогрев не требуется. После 24 ч выдержки в формах можно произвести распалубку (освобождение изделий из форм).

Распалубка изделий

Один из важных этапов в производстве. От ее технологии зависит качество элементом тротуарной плитки. Распалубка - это извлечение тротуарной плитки из форм. Этот процесс происходит на вибрирующем столе. Распалубка совершается эффективнее при прогреве формы для тротуарной плитки в течение нескольких минут в воде с температурой до 50 градусов Цельсия. Также формы перед заливкой в них смеси бетона смазывают специальными составами. При работе без смазки новые формы обрабатывают антистатиком, после распалубки формы осматривают и при необходимости промывают 5-10 % раствором соляной кислоты. Распалубка квадратных плит и фасадной плитки происходит без каких-либо специальных приспособлений. Необходимо отметить, что распалубка без предварительного нагрева укорачивает срок службы формы для тротуарной плитки приблизительно на 30 % и может привести к браку готовой продукции, особенно у тонких изделий.

Лицевая поверхность плиток может быть гладкой или рельефной.плитки могут изготавливаться с завалом или без завала. Радиус завала устанавливает изготовитель. Материалы, применяемые для изготовления плиток, должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий.

Приемка

Приемку бетона по качеству для монолитный кострукций производят по прочности, а по морозостойкости, водонепроницаемости и другим показателям, установленным проектом, - в соответствии с нормами организации, производству и приемке работ.

Бетон испытывают на прочность при осевом растяжении, растяжении при изгибе, на морозостойкость и водонепроницаемость по требованию проекта.

Прочность при сжатии бетона проверяют на контрольных образцах, изготовленных из проб бетонной смеси одного состава, отобранных после ее приготовления на бетонном заводе.

Остальные физико-механические характеристики бетона определяют по контрольным образцам, изготовленным из проб, отобранных на бетонном заводе.

Пробу бетонной смеси отбирают из одного случайного замеса или из одной транспортной емкости и из нее изготовляют одну или несколько серий (групп) образцов.

Пробы не следует отбирать из первых и последних замесов бетонной смеси, а также из двух соседних замесов.

Контрольные образцы бетона, изготовленные из проб бетонной смеси на бетонном заводе, хранят в камере нормального твердения при температуре воздуха 20±2°С и относительной влажности не менее 90% до момента испытаний их в возрасте, соответствующем достижению проектной марки.

Прочность бетона при сжатии оценивают по результатам испытания контрольных образцов в соответствии с ГОСТ 18105--72.

2.2 Подбор состава бетона

Состав цементно - песчаного бетона расчитывают в следующем порядке:

Определяют водоцементное отношение, необходимое для получения заданной прочности бетона:

В/Ц=А•R_ц/(R_б+0,8А•R_ц)

Где А - коэффициент для высококачественных материалов, А=0.8; для материалов среднего качества - 0.75 и для цемента низких марок и мелкого песка - 0.65; R_ц - активность цемента,Мпа; R_б - прочность половинок балочек размером 4*4*16 см из цементно - песчаного бетона в возрасте 28 суток, выдержанных в нормальных условиях,Мпа.

2. По графикам рисунок Б1 определяют соотношение между цементом и песком 1/n= Ц/П обеспечивающее заданную подвижность или жесткость бетонной смеси. При отклонении показателей песка от принятых для рисунка А.1 (модуль крупности 2,5 ; водопотребность 7%) Производят следующую корректировку расчетного содержания песка. При применении мелкого песка водопотребностью свыше 7% содержание его уменьшают на 5% на каждый процент увеличения водопотребности.При использовании крупного песка с водопотребностью ниже 7% содержание его увеличивают на 5% на каждый процент уменьшения водопотребности.

3. Расход воды В₁ для бетонов сдобавкой:

В₁=к₁В

где к₁ - коэффициент показывающий, на сколько уменьшается в бетонной смеси с добавкой расход воды В₁, требуемый для получения заданной подвижности, по сравнению с обычной бетонной смесью.

Коэффициент к₁ определяется по извесной величине снижения водопотребности ДВ(%) в бетонной смеси с добавкой по формуле:

к₁=(100- ДВ)/100

4. Рассчитывают расход цемента и добавки:

(Ц+Д_з)=1000/(1/с_ц+В/Ц+n/с_n)

Ц₁=(1-nДЗ) (Ц+Д_з)

Д_з=nД_з(Ц+Д_з)

где р_ц и р_n - истенные плотности цемента и песка, г/см³; n - отношение между песком и цементом.

При уплотнении бетона вибрированием расход цемента с учетом

вовлеченного воздуха вычисляют:

Ц=(1000-ВВ)/(1/сц+ В/Ц +n/сп)

где ВВ- объем вовлеченного воздуха, л ориентировочно для подвижной бетонной смеси на среднем (Мк=2ч2,5) и крупном (Мк=2,5ч3) песке принимают 20 л, на мелком песке (Мк=1,5ч2) -30 л, для жестких смесей на среднем и крупном песке 50 л, на мелком 70 л.

Действительное количество вовлеченного воздуха уточняют в опытных замесах:

5. Определяют расход воды:

В=(Ц+Д_з)•В/Ц

6. Расчитывают расход песка:

П=n•(Ц+Д_з)

7. Определяют расход добавки:

С-3=1%(Ц+Д_з)

После расчета приготавливается бетонная смесь на необходимое количество образцов - балочек.

Подвижность и удобоукладываемость цементно - песчаной смеси, приготовленной в песке с модулем крупности 2.5 и водопотребностью 7%.

Корректировка соотношения Ц^'/П^', обеспечивающего заданную подвижность цементно - песчаной смеси в зависимости от крупности песка: 1- М_кр=2,5; 2 - М_кр=1,5; 3 - М_кр=0,75.

Применение суперпластификатора и вяжущего низкой водопотребности позволяет заметно снизить водопотребность бетонной смеси и получить равноподвижные смеси при более низких значениях В/Ц. В результате возрастает плотность и прочность бетона, особенно возрастает максимальная плотность, достигаемая при определенном соотношении Ц/П.

Исходные данные:



Таблица. Вяжущее: вяжущее низкой водопотребности;

Насыпная плотность: рв	1300 кг/м3
Истинная плотность: рв	3100 кг/м3
Активность вяжущего: Rв	47,5 Мпа

Кварцевый песок с модулем крупности М_кр=2,5;

Насыпная плотность: рп	1500 кг/м3
Истенная плотность: рп	2620 кг/м3

Заданное соотношение вяжущего к заполнителю равно Ц/П=1/2,5; R_б=40 Мпа.

Расчет состава компонентов бетонной смеси:

В/Ц= 0,4*47,5/(40+0,8*0,4*47,52)=0,38

к₁=(100-10)/100=0,9

0,9В/Ц=0,9*0,38=0,35

Расход вяжущего на 1м³ составит:

(Ц+Д_з)=(1000-90)/(1/3,1+0,35+2,5/2,62)=584 кг/м³

Ц¹=0,75*584=438 кг/м³

Д_з=0,25*584=146 кг/м³

Расход кварцевого песка на 1 м³ составит: П=2,5*584=1460 кг/м³

Расход воды для приготовления 1 м³ бетонной смеси составит:

В=84*0.35=204 кг/м³

Расход добавки для приготовления 1м³ бетонной смеси составит:

С-3=0,01*584=5,84 кг/м³

Определяем плотность бетонной смеси:

р_б.с=Ц+Д+В+П=438+146+204+1460=2248 кг/м³.

Таблица. Состав бетонной смеси

Цемент,кг	Супер пласт.,кг	Песок,кг	Вода,кг
548	5,84	1460	204



2.3 Расчет материального баланса

Материальный баланс составляется на год. Расчет производиться в порядке обратном технологическому потоку по формуле:

П_р=П₀/1-Б/100

где П_р - количество материалов на рассчитываемом переделе, т/в год.

П_о - количество материалов на предыдущем переделе, т/в год.

Б - норма потерь или брака.

Исходные данные:

Производительность завода составляет 20000 м²/год•0,05=1000м³/год.

Плотность изделия 2044 кг/м³,плотность бетонной смеси 2248 кг/м³.

1000*2044=2044000 кг/год.

Соотношение компонентов:

nЦ+ДЗ=Ц+ДЗ/g_б.с=548/2248=0,26

nП=П/g_б.с=1460/2248=0,65

nВ=В/g_б.с=204/2248=0,09

Таблица. нормы потерь по переделам:

При разбоке плиток	0,2%
При формовании	0,7%
В бетоносмесителе	0,2%
Для дозирования в бетоносмеситель	0,1%
При перемешивании	0,05%
При просеве	0,3%
При измельчении	0,3%
При транспортировке в бункер	0,1%
При транспортировке сырья на склад	0,3%



Расчет.

Обьем готовых изделий поступающих для транспортировании на склад готовой продукции с учетом потерь при транспртировании, равных 0,1%.

П_р=2044000/1-0,1/100=2046046 кг/год

Потери годовых изделий при транспортировании на склад готовой продукции составляет:

П=П_р- П_о

П=П_р- П_о=2046046 - 2044000=2046 кг/год

С учетом потерь при разборке плиток, равных 0,2% на формование необходимо подать следующее количество смеси:

П_р=П_о/1- Б/100=2046046/1- 0,2/100=2050146,2 кг/год

Потери при разборке плиток:

П=2050146,2- 2046046=4100,2 кг/год

С учетом потерь при формовании плиток равных 0,7%:

П_р=П_о/1- Б/100=2050146,2/1 - 0,7/100=2064598,3 кг/год

Потери в бетоносмесителе составляют:

П=2064598,3-2050146,2=14452,1 кг/год

С учетом потерь в бетоносмесителе, равных 0,2% в него должно оттозироваться :

П_р= П_о/1- Б/100=2064598,3/1 - 0,2/100=2068735,7 кг/год

Потери в бетоносмесителе составляют:

П=2068735,7 - 2064598,3=4137,4 кг/год

Приготовление бетонной смеси.

Бетонная смесь приготавливается из следующих компонентов:

Цемент - 548 кг/м³

Песок - 1460 кг/м³

Суперпластификатор С-3 - 5,84 кг/м³

Вода - 204 л/м³

Опреднление компонентов.

GП=2068735,7 • 0,65=1344678,2 кг/год

GЦ+ ДЗ=2068735,7 • 0,26=537871,2 кг/год

GС - 3=0,01 • 537871,2=5378,7 кг/год

В/Ц=0,35

Количество воды которое необходимо добавить для приготовления бетонной смеси (равное количеству воды, которое идет на твердение,испарение).

GВ=G(Ц+ДЗ)

0,35= 537871,2 • 0.34=182876,2 кг/год

Подготовка форм

Формы для изготовления изготовления тротуарной плитки могут использоваться пластиковые, резиновые и резиноподобные (полиуретановые). Количество циклов формования, которое выдерживают формы, составляет: для резиновых - до 500 циклов, для пластиковых - 230-250, для полиуретановых - 80-100 циклов.

Формы перед заливкой в них бетона смазывают специальными составами или заливают бетон без предварительного смазывания формы. При работе без смазки новые формы обрабатывают антистатиком, после распалубки формы осматривают и при необходимости промывают 5-10 % раствором соляной кислоты.

Для смазки форм можно использовать эмульсол, ОПЛ-1 (Россия) и СЯА-3 (Англия). Для сохранности поверхности формы нельзя использовать смазки, содержащие нефтепродукты. Наносимый на поверхность форм слой смазки должно быть тонким, так как из-за избытка смазки на поверхности готового изделия остаются поры. Смазки эмульсол и ОПЛ-1 наносятся кистью перед каждой заливкой, смазку СРА-3 наносят кистью или напылением. Смазки СВА-3 хватает на 2-3 формовки. Температура при нанесении должна быть 18-20°С.

Приготовление бетонной смеси

Для приготовления декоративного бетона лучше использовать бетоносмеситель принудительного действия. В основном порядок приготовления смеси не отличается от приготовления обычного бетона Пигмент подается примерно за 30 секунд до подачи цемента.

Оптимальный режим перемешивания:

· песок + пигмент - 15-20 с;

· песок + пигмент + щебень - 15-20 с;

· песок + пигмент + щебень + цемент - около 20 с;

· песок + пигмент + щебень + цемент + вода + добавки - 1-1,5 мин;

всего - 2-2,5 мин.

Для повышения долговечности бетона, его износоустойчивости и сопротивления удару в бетон можно добавлять также полипропиленовые, полиамидные или стеклянные щелочестойкие волокна длиной 5-20 мм и диаметром 5-50 мкм в количестве 0,7-1,0 кг на 1м3 бетона. Длина волокон должна соответствовать наибольшему диаметру крупного заполнителя в бетоне. Волокна, обладающие хорошей дисперсией, образуют в бетоне трехмерную решетку, которая значительно повышает прочность на изгиб, ударную стойкость и износостойкость бетона.

Полипропиленовое и щелочестойкое стекловолокна вводят с водой затворения; полиамидное волокно вводят в готовую бетонную смесь, т.е. на последнем этапе, при этом время перемешивания смеси увеличивают на 30 -50с.

При использовании добавки микрокремнезема принимают следующий график приготовления бетонной смеси:

· песок + микрокремнезем + пигмент - 30-40 с;

· песок + микрокремнезем + пигмент + цемент - около 30 с;

· песок + микрокремнезем + пигмент + цемент + вода + добавки - 1-1,5 мин.

Формование на вибростоле

Готовая бетонная смесь имеет удобоукладываемость ОК = 3-4 см. Поэтому для ее уплотнения используют кратковременную виброобработку. После приготовления бетонной смеси ее укладывают в формы и уплотняют на вибростоле.

При производстве цветной плитки в пластиковых формах для экономии пигмента можно применять послойное формование: первый лицевой слой бетона приготавливается с использованием пигмента, второй слой бетона без него. Для раздельного формования необходимо иметь два смесителя для приготовления бетона первого и второго слоя.

При формовании сначала укладывается лицевой слой цветного бетона толщиной 2 см и уплотняется в течение 40 с. После этого укладывается 2-й слой бетона без пигмента и уплотняется вибрацией еще в течение 20 с. При другой подвижности бетона необходимо подобрать свое время уплотнения на формовочном столе.

Выдерживание изделий

После формования изделия в формах устанавливаются в штабели высотой 3-8 рядов в зависимости от толщины и конфигурации плитки. Так, например, квадратные плиты ставятся не более чем в 3 ряда. После этого штабели накрывают полиэтиленовой пленкой для предотвращения испарения влаги. Температура выдерживания должна быть не менее 15 °С. Дополнительный подогрев не требуется. После 24 ч выдержки в формах можно произвести распалубку (освобождение изделий из форм).

Распалубка изделий

Один из важных этапов в производстве. От ее технологии зависит качество элементом тротуарной плитки. Распалубка - это извлечение тротуарной плитки из форм. Этот процесс происходит на вибрирующем столе. Распалубка совершается эффективнее при прогреве формы для тротуарной плитки в течение нескольких минут в воде с температурой до 50 градусов Цельсия. Также формы перед заливкой в них смеси бетона смазывают специальными составами. При работе без смазки новые формы обрабатывают антистатиком, после распалубки формы осматривают и при необходимости промывают 5-10 % раствором соляной кислоты. Распалубка квадратных плит и фасадной плитки происходит без каких-либо специальных приспособлений. Необходимо отметить, что распалубка без предварительного нагрева укорачивает срок службы формы для тротуарной плитки приблизительно на 30 % и может привести к браку готовой продукции, особенно у тонких изделий.

Лицевая поверхность плиток может быть гладкой или рельефной.плитки могут изготавливаться с завалом или без завала. Радиус завала устанавливает изготовитель. Материалы, применяемые для изготовления плиток, должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий.

Приемка

Приемку бетона по качеству для монолитный кострукций производят по прочности, а по морозостойкости, водонепроницаемости и другим показателям, установленным проектом, - в соответствии с нормами организации, производству и приемке работ.

Бетон испытывают на прочность при осевом растяжении, растяжении при изгибе, на морозостойкость и водонепроницаемость по требованию проекта.

Прочность при сжатии бетона проверяют на контрольных образцах, изготовленных из проб бетонной смеси одного состава, отобранных после ее приготовления на бетонном заводе.

Остальные физико-механические характеристики бетона определяют по контрольным образцам, изготовленным из проб, отобранных на бетонном заводе.

Пробу бетонной смеси отбирают из одного случайного замеса или из одной транспортной емкости и из нее изготовляют одну или несколько серий (групп) образцов.

Пробы не следует отбирать из первых и последних замесов бетонной смеси, а также из двух соседних замесов.

Контрольные образцы бетона, изготовленные из проб бетонной смеси на бетонном заводе, хранят в камере нормального твердения при температуре воздуха 20±2°С и относительной влажности не менее 90% до момента испытаний их в возрасте, соответствующем достижению проектной марки.

Прочность бетона при сжатии оценивают по результатам испытания контрольных образцов в соответствии с ГОСТ 18105--72.



Библиографический список

1. Рамачандран, В. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведенье / В. Рамачандран, Р. Фельдман, Дж. Бодуэн; пер. с англ. Т.И. Розенберг, Ю.Б. Ратиновой; под ред. В.Б. Ратинова. - М.: Стройиздат,1986. - 278 с., ил.

...