Изготовление железобетонных изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обоснование и выбор производства

производство агрегатный смазка температурный

Производство железобетонных изделий для сборного строительства развивается по двум принципиально различным направлениям: формование в стационарных, неперемещаемых формах -- стендовая и кассетная технологии; формование в перемещаемых формах -- поточно-агрегатный способ и на поддонах-вагонетках -- конвейерная технология.

Стендовая технология. Стенд представляет собой железобетонную площадку с гладкой поверхностью, разделенную полосами на отдельные технологические участки. На площадке устанавливают опалубки определенной конфигурации, соответствующей форме будущего изделия. Изделие, находясь в стационарной форме в течение всего производственного цикла (до момента затвердевания бетона), остается на месте. В то же время технологическое оборудование для выполнения отдельных операций по укладке арматуры, бетонной смеси и уплотнению перемещается последовательно от одной формы к другой.

Стендовый способ дает высокий экономический эффект при изготовлении железобетонных изделий значительных размеров: плит перекрытий, ферм и балок для промышленного и транспортного строительства.

Поточно-агрегатный способ производства состоит в том, что все операции по изготовлению изделия, очистке и смазке форм, укладке арматуры и бетонной смеси, твердению и распалубке выполняют на специальных постах, образующих определенную поточную технологическую линию. Изделие вместе с формой последовательно перемещается (с помощью крана или тельфера) от поста к посту с различными интервалами времени, зависящими от продолжительности той или иной операции: от нескольких минут (смазка форм) до нескольких часов (твердение в пропарочных камерах).

Основное преимущество поточно-агрегатного способа производства заключается в универсальности основного технологического оборудования. Так, например, при незначительной затрате средств на изготовление новых форм можно быстро переходить на выпуск другого вида изделий. Этот способ производства железобетона получил в нашей стране наибольшее распространение.

Он экономически целесообразен для заводов с широкой номенклатурой изделий и средней годовой производительностью до 100 тыс. м³ (рис. 9.22).

Конвейерный способ производства представляет собой более совершенную поточную технологию и позволяет максимально механизировать и автоматизировать основные операции. Технологическая линия работает по принципу замкнутого пульсирующего конвейера. Изделие перемещается от поста к посту с интервалом времени, необходимым для выполнения наиболее продолжительной операции. Вагонетки-поддоны, на которых собирают форму изделия, с помощью специального толкателя перемещаются по конвейерной линии для производственных операций: очистки и смазки форм, укладки арматуры и бетонной смеси, уплотнения смеси, тепловлажностной обработки и распалубки.

При производстве ребристые железобетонных плит перекрытий я выбрала агрегатно-поточный способ производства. Преимуществом такого способа является возможность создавать на одной и той же линии посты с разным технологическим оборудованием, изготавливать одновременно несколько видов изделий, относительно легко переходить с одного типа изделий к другому. Отсутствие принудительного ритма перемещения форм позволяет на одном посту производить несколько операций, технологические посты при этом укрупняют, агрегируется оборудование, а число перемещений форм, обычно осуществляемых с помощью мостового крана или кран-балки, сокращается. На агрегатно-поточных линиях с формовочными постами формы на виброплощадку подают с помощью формоукладчиков.

Агрегатно-поточная технология отличается большой гибкостью и маневренностью в использовании технологического и транспортного оборудования, в режиме тепловой обработки, что важно при выпуске изделий большой номенклатуры. При такой организации технологический процесс состоит в основном из отдельных операций, выполняемых на определенных рабочих постах: распалубка и осмотр изделия, сборка формы; очистка и смазка формы, укладка арматурного каркаса или напряженное армирование; укладка, распределение и уплотнение бетонной смеси на формовочном посту; установка изделий в камеры, тепловая обработка и их выгрузка из камер. Часть операций технологического процесса обычно выполняют одновременно с другими, например освобождение изделий из форм, их осмотр в подготовка форм совмещаются по времени с формованием изделия.

Для мелкосерийного производства железобетонных изделий на заводах малой и средней мощности экономически оправдан агрегатно-поточный способ производства. При несложном технологическом оборудовании, небольших производственных площадях в небольших затратах на строительство агрегатный способ дает возможность получить высокий объем готовой продукции с 1 м² производственной площади цеха. Этот способ позволяет также оперативно осуществлять переналадку оборудования и переходить к формованию от одного вида изделий к другому без существенных затрат.

2. Описание производственного процесса

Содержать формы и формовочное оборудование в чистоте необходимо не только для продления срока их эксплуатации, но и для обеспечения высокого качества изготовляемых изделий. 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. Часто очистку поддонов осуществляют машинами с инерционной фрезой, состоящей из металлических колец, свободно висящих на пяти кольцах. При вращении фрезы кольца ударяют по поверхности поддона и дробят оставшуюся на нем пленку цементного раствора. Поддоны можно очищать по двум схемам: первая - когда машина передвигается над поддоном; вторая - если поддон перемещается под машиной; вторая схема удобна при конвейерной технологии.

Рис. 1. Технологическая схема агрегатно-поточного производства железобетонных панелей перекрытий. 1 -- мостовой кран; 2 -- бетоноукладчик; 3 -- виброплощадка; 4 -- формоукладчик; 5 -- самоходная тележка для вывоза готовых изделий; 6 -- тележка-прицеп; 7 -- установка для электротермического натяжения стержней; 8 -- камеры пропаривания; 9 -- стенд для контроля и ремонта изделий; 10 -- стенд для сборки утеплённых панелей; 11 -- раздаточный бункер; 12 -- формы; 13 --сварные арматурные сетки; 14 -- площадка складирования готовой продукции

Рис. 2. Технологическая схема изготовления железобетонных изделий поточно-агрегатным способом: А - зона хранения заполнителей бетонной смеси; В - зона приготовления бетонной смеси; С- зона изготовления арматурных каркасов; Д- зона формирования и обработки ЖБИ; Л¹- зона хранения и выдачи готовых изделий; 1 - пост разгрузки заполнителей; 2 - приемные бункера; 3 - накопительные бункера; 4 - пост разгрузки; 5 - транспортерная галерея; 6 - пневмоподача цемента; 7 - бетоносмесительный цех; 8 - оборудование для производства арматурных каркасов и элементов; 9 - агрегат для термического напряжения арматуры; 10 - пост армирования; 11 - самоходный бетоноукладчик; 12 - агрегат для формирования изделий; 13 - зона выдержки изделий; 14 - промежуточный склад; 15 - транспортирование ЖБИ; 16 - подъем и транспортирование изделий; 17 - самоходная тележка; 18 - склад готовых ЖБИ

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 обычно различными 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.

Различают армирование железобетонных изделий ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры, применяемые при каждом из этих способов армирования, имеют ряд принципиальных отличий.

Ненапряженное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. В железобетоне различают арматуру несущую (основную) и монтажную (вспомогательную). Несущая арматура располагается в местах изделия, в которых под нагрузкой возникают растягивающие напряжения; арматура воспринимает их. Монтажная арматура располагается в сжатых или ненапряженных участках изделия. Кроме этих видов арматуры применяют петли и крюки, необходимые при погрузочных работах, а также закладные части, крепления и связи сборных элементов между собой.

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 рекомендуется производить 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, выпускаемые кемеровским заводом «Строммашина», 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.

По агрегатно-поточному способу производства преимущественно изготовляют предварительно напряженные многопустотные настилы и панели перекрытия, плиты покрытия размером 3Ч6, 3Ч12 и 3Ч16 м. а также колонны и свай.

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.

3. Температурная обработка изделий

Твердение отформованных изделий - заключительная операция технологии изготовления железобетона, в процессе которой изделия приобретают требуемую прочность. Отпускная прочность может быть равна классу бетона или меньше его. Так, прочность бетона изделий при отгрузке потребителю должна быть не менее 70% проектной (28_суточной) прочности для изделий из бетона на портландцементе или его разновидностях и 100% - для изделий из силикатного (известково-песчаного) или ячеистого бетона. Однако для железнодорожных шпал отпускная прочность должна превышать 70% и для пролетных строений мостов - 80% от класса. Допускаемое снижение отпускной прочности изделий определяется исключительно экономическими соображениями, так как в этом случае сокращается продолжительность производственного цикла и соответственно ускоряется оборачиваемость оборотных средств. При этом имеется в виду, что недостающую до проектной прочность изделия наберут в процессе их транспортирования и монтажа и к моменту загружения эксплуатационной нагрузкой прочность их будет не ниже проектной.

В зависимости от температуры среды различают следующие три принципиально отличающихся режима твердения изделий: нормальный при температуре 15 - 20 °С; тепловлажностная обработка при температуре до 100 °С и нормальном давлении; автоклавная обработка - пропаривание при повышенном давлении (0,8 - 1,5 МПа) и температуре 174 - 200 °С. Независимо от режима твердения относительная влажность среды должна быть близкой к 100%. Иначе будет происходить высушивание изделий, что приведет к замедлению или прекращению роста их прочности, так как твердение бетона есть в первую очередь гидратация цемента, т.е. взаимодействие цемента с водой.

Нормальные условия твердения достигаются в естественных условиях без затрат тепла. Это важнейшее технико-экономическое преимущество указанного способа твердения, отличающегося простотой в организации и минимальными капитальными затратами. В то же время экономически оправдан он может быть только в исключительных случаях. В естественных условиях изделия достигают отпускной 70%-ной прочности в течение 7 - 10 суток, тогда как при искусственном твердении - пропаривании или автоклавной обработке - эта прочность достигается за 10 - 16 ч. Соответственно при этом снижается потребность в производственных площадях, объеме парка форм, сокращается продолжительность оборачиваемости средств. Это и является причиной применения на большинстве заводов искусственного твердения. В то же время стремление отказаться от последнего является актуальной проблемой современной технологии бетона. Уже имеются бетоны, которые в течение одних суток при нормальных условиях твердения приобретают до 40 - 50% проектной прочности. Это достигается применением высокопрочных быстротвердеющих цементов, жестких бетонных смесей, интенсивного уплотнения вибрацией с дополнительным пригрузом, применением добавок - суперпластификаторов, ускорителей твердения, виброактивизации бетонной смеси перед формованием, применением горячих бетонных смесей. Дальнейшее развитие работ в этом направлении позволит, по-видимому, в ближайшие годы отказаться в ряде случаев от искусственного твердения.

Тепловлажностная обработка при нормальном давлении может осуществляться несколькими способами: пропариванием в камерах; электроподогревом; контактным обогревом; обогревом лучистой энергией; тепловой обработкой изделий в газовоздушной среде; горячим формованием. Среди приведенного разнообразия технико-экономическое преимущество пока остается за пропариванием в камерах периодического и непрерывного действия, а также в среде продуктов сгорания природного газа.

В камеры непрерывного действия загружают свежесформованные изделия на вагонетках, а с противоположного конца туннеля камеры непрерывно выходят вагонетки с отвердевшими изделиями. В процессе твердения изделия проходят зоны подогрева, изотермического прогрева (с постоянной максимальной температурой пропаривания) и охлаждения. В принципе камеры непрерывного действия, как и вообще всякое непрерывно действующее оборудование, обеспечивают наиболее высокий съем продукции с единицы объема камеры. Однако необходимость применения вагонеток и механизмов для перемещения изделий, а также ряд конструктивных сложностей туннельных камер в теплотехническом отношении не позволяет широко применять этот вид пропарочных камер. Используют их только при конвейерном способе производства.

Перспективными являются вертикальные камеры непрерывного действия.

Среди камер периодического действия основное применение находят камеры ямного типа, имеющие глубину 2 м типа и на 0,5 - 0,7 м выступающие над уровнем пола цеха. Размер камеры в плане соответствует размеру изделий или кратен им. Наиболее целесообразным является размер камеры, соответствующий размеру одного изделия в плане. В этом случае загрузочная емкость камеры и непроизводительный простой камеры под загрузкой будут минимальными. Однако при этом возрастает потребность в количестве камер. Технико-экономический анализ показал, что наиболее целесообразным оказывается размер камеры в плане, соответствующий размеру двух изделий. Стенки камеры выкладываются из кирпича или делаются бетонными. Сверху камера закрывается массивной крышкой с теплоизоляционным слоем, предупреждающим потери тепла. Для предупреждения выбивания пара в стенках камеры сверху ее предусматривается канавка, засыпаемая песком или заливаемая водой. В эту канавку входят соответствующие выступы на крышке камеры. Таким образом, создается затвор, препятствующий выбиванию пара из камеры.

Изделия загружаются в камеру краном в несколько рядов по высоте. Если изделия в формах, то каждый верхний ряд изделий устанавливают на стенки нижележащей формы (через деревянные прокладки). При формовании же изделий с частичной немедленной распалубкой поддон с изделием устанавливают на специальные откидывающиеся выступы, предусмотренные в стенках камеры.

Режим пропаривания в камерах характеризуется продолжительностью подъема температуры, выдержкой при максимальной температуре, продолжительностью охлаждения, а также наибольшей температурой в период изотермического прогрева. Применяют самые разнообразные режимы твердения в зависимости от свойств цемента и его вида, свойств бетонной смеси (жесткая или подвижная), вида бетона (тяжелый или легкий), размеров изделий (тонкие или массивные).

В качестве усредненного можно привести следующий режим: подъем температуры со скоростью 25 - 35 °С/ч, снижение температуры - 30 - 40 °С/ч, изотермическая выдержка 6 - 8 ч и максимальная температура 80 - 90 °С. Таким образом, общая продолжительность пропаривания для изделий на обыкновенном портландцементе в среднем составляет 12 - 15 ч. Твердение изделий - наиболее продолжительная операция, в десятки раз превышающая все другие. Это требует изыскания путей снижения продолжительности пропаривания, для чего необходимо знать определяющие факторы.

В первую очередь на режим твердения оказывает влияние вид цемента. Применение быстротвердеющих цементов (алитовых и алитоалюминатных портландцементов) позволяет до 2 раз сократить продолжительность изотермической выдержки. Кроме того, оптимальная температура прогрева изделий на этих цементах 70 - 80 °С существенно сокращает время, потребное на нагрев и охлаждение изделий. В совокупности общая продолжительность тепловлажностной обработки изделий на алитовых и алитоалюминатных, быстротвердеющих портландцементах снижается до 6 - 8 ч. За этот период получают изделия с прочностью бетона, равной 70 - 80% от проектной.

Медленнотвердеющие цементы (пуццолановые и шлакопортландцементы) требуют более продолжительной изотермической выдержки (до 10 - 14 ч) и более высокой температуры изотермического прогрева (до 95 - 100 °С). Таким образом, общая продолжительность пропаривания бетонных изделий, приготовленных на пуццолановых или шлакопортландцементах, составляет 16 - 20 ч.

Применение жестких бетонных смесей, имеющих низкое начальное водосодержание, позволяет на 15 - 20% уменьшить продолжительность пропаривания. Если учесть, что дополнительные затраты энергии и труда на формование жестких смесей не превышают 10 - 15% и компенсируются снижением расхода цемента при этом, то экономическая целесообразность применения жестких смесей становится очевидной и в данном случае. Изделия из легких бетонов, как, например, медленно прогревающиеся в силу их повышенных теплоизоляционных качеств, требуют и более продолжительного режима тепловлажностной обработки.

Способ формования предварительно подогретой до 75 - 85 °С бетонной смеси получил название «горячего формования», при котором изделия поступают в камеру в подогретом виде и не требуют, таким образом, времени на их подогрев до максимальной температуры пропаривания. Этот способ предусматривает отказ от пропаривания. Свежесформованные горячие изделия укрывают (способ термоса) и оставляют на 4 - 6 ч, в течение которых бетон набирает необходимую прочность. Подогрев бетонной смеси производят электрическим током в течение 8 - 12 мин.

Размещено на Allbest.ru