Производство плит перекрытий безопалубочным способом

Введение

Бетон считается одним из древнейших строительных материалов. Об этом свидетельствуют, сохранившиеся до наших дней, здания и сооружения. Вначале бетон использовался для возведения монолитных сооружений и конструкций, но наука на месте не стоит, и поэтому был создан ещё более эффективный прочный строительный материал – это железобетон. С развитием железобетонных конструкций, армированных сетками и каркасами, успешно начало развиваться строительство различных зданий и сооружений при наименьших трудовых затратах и повышенных сроках возведения.

Следующим этапом развития железобетона стало применение предварительно-напряжённых конструкций, что способствовало снижению расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости. При использовании металлической арматуры бетон при растяжении хотя и не разрушается, но трескается, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки является одним из крупнейших достижений 

инженерной  мысли XX столетия.

Также значительным продвижением в развитие железобетона стало применение различных видов добавок.

На заводах железобетонных изделий важное  значение имеет обеспечение необходимой прочности изделий в наиболее короткие сроки. Естественное твердение позволяет получить необходимую прочность через длительное время, что влечёт за собой увеличение количества форм (6070% массы всей стали) и производственных площадей. Решающим средством ускорения твердения бетона, в условиях заводской технологии сборного железобетона, является тепловая обработка.

       Тепловая обработка входит в технологический процесс изготовления железобетонных изделий и занимает 7080 % времени всего цикла изготовления 

изделий. Тепловая обработка на действующих предприятиях колеблется от 2,524 часов и осуществляется в ямных, туннельных, щелевых, вертикальных камерах, кассетах, автоклавах, под колпаками – как периодического, так и непрерывного действия; а источником тепла при этом служит пар, вода, электроэнергия, инфракрасные лучи. Сущность тепловлажностной обработки состоит в том, что при повышении температурной среды до 851000С скорость реакции гидратации значительно увеличивается, т.е. процесс твердения ускоряется и изделия в более короткий срок, чем при обычной температуре, приобретают механическую прочность, допускающую их транспортировку и монтаж.

        На тепловую обработку расходуется до 70 % всей тепловой энергии на производство сборного железобетона. Высокая стоимость энергоносителей при низкой эффективности их использования, неритмичная поставка топлива приводят к сокращению объёмов выпускаемой продукции. При таких обстоятельствах необходим иной подход к процессам ускорения твердения бетона в заводских условиях. Максимально возможное применение комплексных химических добавок, переход на низкотемпературный режим, использование частично-термосных и термосных режимов требуют грамотного инженерного подхода к конструированию тепловых установок, теплотехнического расчёта ограждающих конструкций, составление теплового баланса.

 На всех заводах железобетонных изделий внедрены электронно-вычислительные машины (ЭВМ), что позволяет осуществить обработку информации автоматическими устройствами со скоростью, в несколько миллионов раз превышающей скорость обработки информации человеком.

Для успешного развития, перед промышленностью сборного железобетона определены основные направления, ведущими из которых являются:

Разработка и организация эффективных видов вяжущих и их массовое производство, арматурной стали, высококачественных заполнителей, комплексных химических добавок и новых видов бетона;

Повышение степени заводской готовности изделий;

Снижение массы конструкций за счёт применения тонкостенных конструкций, предварительно напряжённых и конструкций из лёгкого бетона;

Коренное улучшение технологий в производстве железобетонных конструкций, а также реконструкция действующих заводов;

Снижение энергетических затрат на обеспечение ускорения твердения бетона, за счёт введения химических добавок, применения терморежимов, использование гелиотермообработки и другого, что приводит к снижению стоимости продукции. 

Выпускаемые железобетонные изделия используются во всех областях строительства, т.к. железобетон является основным строительным материалом, и нашёл широкое применение в жилищном, промышленном, транспортном и сельскохозяйственном строительстве.

Выбор способа производства и разработка технологической схемы

Агрегатнопоточную и конвейерную технологию настила сегодня можно встретить только в России и других странах постсоветского пространства. Весь цивилизованный мир давно перешел на непрерывное безопалубочное формование - технологию, изобретенную в Советском Союзе и известную как «комбайннастил». Суть технологии безопалубочного формования в том, что изделия формируются на подогреваемом металлическом полу и армируются предварительно напряженной высокопрочной проволокой. Формующая машина перемещается по рельсам, оставляя за собой непрерывную ленту формованного железобетона, которую накрывают теплоизоляционным материалом, подогревают в течение 1216 часов и разрезают на отрезки нужной длины.

Безопалубочное формование плит пустотного настила и других железобетонных изделий постепенно вытесняет агрегатнопоточную, конвейерную и другие устаревшие технологии.

Преимущества ПБ перед плитами, изготовленными по агрегатнопоточной или конвеерной технологии:

1.Возможность поставки плит шириной 1,2 м, а также 1,5 м, высотой сечения 220 мм и длиной от 1 300 до 12 000 мм с градацией 0,1 м с расчетной нагрузкой без собственного веса от 400 до 2400 кг/м2.

2.Технология позволяет производить распил плит любой длины, в том числе и под углом, благодаря чему становится возможным более свободное проектирование внутреннего пространства здания и воплощение сложных фасадных и объёмно-планировочных решений.

3.Безопалубочный способ дает идеально ровную поверхность и точную геометрическую форму. Плиты точно стыкуются, что избавляет от дальнейшей необходимости выравнивания потолочных поверхностей при монтаже.

Плиты перекрытий ПБ используются в перекрытиях и покрытиях многоэтажных жилых, общественных и производственных зданий с несущими стенами:

• в каркасном домостроении; • в крупнопанельном домостроении; • в сборно-монолитном домостроении; • кирпичном и мелкоблочном домостроении.

Плиты безопалубочного формования предназначены для применения в зданиях, возводимых по действующим проектам взамен круглопустотных плит ПК, изготавливаемых по агрегатнопоточной или конвейерной технологии.

Использование технологии безопалубочного формования дает: 

1.увеличение сопротивления образованию трещин, повышение выносливости на воздействие нагрузки

2. повышение несущей способности, за счет применения арматурных канатов класса К-7 ø9 и ø12мм (в нижней зоне); высокопрочной проволоки ø5 мм (в верхней зоне)

В то же время при безопалубочном формовании: количество обслуживающего персонала составляет 8 – 10 человек (что при одинаковых объемах производства в 2 – 2,5 раза меньше, чем при агрегатнопоточной технологии);расход арматуры для плит ПК 63128 составляет 30 кг (на 40 % ниже, чем при агрегатнопоточной технологии);энергоемкость процесса снижается на 50 – 70 % за счет применения в качестве теплоносителя горячей воды с температурой 60 – 70 °C в отличие от тепловлажностной обработки паром изделий, полученных агрегатнопоточным методом; усилия, возникающие при напряжении армирующих элементов, принимают на себя упоры; нет пригрузочных элементов, что резко снижает металлоемкость процесса формования; за счет автоматизации процесса укладки бетонной смеси производительность увеличивается на 40 – 50 %.

        Процесс производства плит непрерывного формования на оборудовании различных производителей состоит в основном из одинаковых технологических операций:

1.подготовка стендов — чистка и смазка, растягивание армирующих элементов при помощи многофункциональной сервисной машины;

2.натяжение арматуры (производится при помощи гидропрессов);

3.формование плит на стендах (выполняется с помощью экструдера или слипформера);

4.после формования плиты (для предотвращения потери воды из изделия в процессе термообработки) укрываются тентовым полотном;

5.плиты остаются на формующих стендах до достижения изделием 70 – 80%процентной прочности от конечной расчетной. В стендах, на которых производится формование изделий, уложены трубы, по которым циркулирует нагретая вода с температурой 65 – 70 °C.

6.ориентировочно через 10 – 12 часов после термообработки готовое железобетонное полотно разрезается резательной машиной с дисковой пилой под прямым или любым другим углом в зависимости от заказа.

7.погрузка плит на вывозную вагонетку или автомашину производится с помощью крана, оснащенного всевозможными захватами.

Для производства преднапряженных пустотных плит перекрытия необходимо использовать жесткую бетонную смесь с водоцементным отношением в пределах 0.350.37.Жесткость бетонной смеси  60100 с. Количество цемента в бетонной смеси составляет приблизительно 360 кг/м3. Химдобавки, как правило, не применяются.  

Главное требование к БСУ — точность дозирования и строгое обеспечение заданного состава бетонной смеси при соответствующей производительности. Это один из важнейших критериев выбора технологии приготовления бетонных смесей. Процесс движения экструдера, и собственно формования, зависит от количества бетонной смеси в бункере экструдера. При недостаточном количестве смеси машина останавливается и находится в режиме  ожидания дополнительной порции бетонной смеси, после подачи которой процесс формования продолжается, т. е. отсутствует разрыва полотне бетонной дорожки.

Для поверхности дорожек используются смазки «Айсберг М10» (расход — 100–110 г/м2) или «Бэкхем» (расход — 110–120 г/м2). Применение смазки «Эмульсол» нежелательно, так как она даёт жирные пятна на потолочной поверхности плиты и обволакивает струны рабочей арматуры, что приводит к их проскальзыванию в бетоне.

    Пустоты изготовляются с помощью формовочной машины. Сначала на всю ширину плиты укладывается нижний слой бетона. Потом в нём трамбуют нижнюю форму пустот (они не круглые, а овальные) Потом укладывают толстый средний слой бетона и в него внедряют образователи пустот - по форме очень напоминают корпус подводной лодки, даже с рубкой. "Рубкой" этот пустотообразователь держится за верх машины. Затем подают верхний слой бетона и тоже уплотняют. Разумеется, всё это делается за один проход машины одновременно.

Исходя из вышеизложенного, очевидно, что агрегатнопоточный метод производства плит пустотного настила уже не способен на равных конкурировать с технологиями безопалубочного формования, и в ближайшем будущем заводы по производству основных видов железобетонных изделий (плит перекрытий, стеновых панелей, свай, ригелей и других изделий) переоснастят свои цеха под эти современные экономичные, маломатериалоемкие технологии.

Номенклатура выпускаемой продукции

Многопустотные плиты перекрытий предназначены для устройства каркасов одно- и многоэтажных зданий и сооружений различного назначения. Согласно СТБ 13832003 “Плиты покрытий и перекрытий железобетонные для зданий и сооружений” изделие должно удовлетворять следующим требованиям:

- плиты должны удовлетворять требованиям настоящего стандарта и изготавливаться по рабочим чертежам и технологической документации, утверждённым в установленном порядке;

- по прочности, жёсткости и трещиностойкости плиты должны соответствовать требованиям, установленным в проектной документации, и выдерживать при испытаниях нагружением контрольные нагрузки, указанные в рабочих чертежах;

- плиты относятся к классу пожарной опасности К0;

- предел огнестойкости плит должен соответствовать требуемой степени огнестойкости здания, установленной в проектной документации конкретного здания;

- плиты следует изготавливать из тяжёлого бетона классов по прочности на сжатие В15 и выше;

- поставка плит потребителю должна производиться после достижения бетоном отпускной прочности;

- для предварительно-напряжённых плит в зоне анкеровки предварительно напряжённой арматуры не допускается:

а) нарушение структуры бетона на торцах элементов;

б) неплотное примыкание бетона к арматуре.

При поставке плит в холодный период года нормируемая отпускная прочность бетона плит может быть повышена до 90% класса по прочности на сжатие согласно указанием рабочих чертежей

- морозостойкость и водонепроницаемость бетона плит должны соответствовать маркам по морозостойкости (F50) и водонепроницаемости, установленным проектной документацией конкретного здания или сооружения и указанным в заказе на изготовление колонн;

- удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Аэфф) бетона плит не должна превышать, Бк/кг:

- 370 – для плит, применяемых в каркасах жилых и общественных зданий;

- 740 – для плит, применяемых в каркасах производственных зданий; -виды и классы арматурной стали, применяемой для армирования плит, а также марки стали закладных изделий должны соответствовать установленным проектной документацией конкретного здания и указанным в рабочих чертежах;

- форма, размеры арматурных и закладных изделий и их положение в плитах должны соответствовать указанным в рабочих чертежах на изделие;

- для армирования плит следует применять арматурную сталь: в качестве ненапрягаемой продольной арматуры: - стержневую горячекатаную периодического профиля класса S500 и гладкую класса S240 по ГОСТ 5781 – 82; в качестве напрягаемой продольной арматуры:

- термомеханически упрочнённую стержневую класса S800 по ГОСТ 10884;

- на поверхности плит не допускается обнажение рабочей и конструктивной арматуры, за исключением арматурных выпусков;

- толщина защитного слоя бетона до рабочей и конструктивной арматуры должна соответствовать указанной в рабочих чертежах;

- отпуск натяжения арматуры в предварительно напряжённых плитах следует производить после достижения бетоном требуемой передаточной прочности;

- значения действительных отклонений размеров и положение выпусков арматуры и центрирующих прокладок не должны превышать 3 мм;

- в бетоне плит, поставляемых потребителю, трещины не допускаются, за исключением поперечных трещин от обжатия бетона в предварительно напряжённых плитах, а также усадочных и других поверхностных 

технологических трещин, ширина которых не должна превышать 0,1 мм, если рабочими чертежами конкретного здания не установлены более жёсткие требования;

- на лицевых поверхностях плит не допускаются жировые и ржавые пятна;

- открытие поверхности стальных закладных изделий, выпуски арматуры, монтажные петли и строповочные отверстия должны быть очищены от наплывов бетонов или раствора.

Изготовленные плиты должны быть приняты техническим контролем предприятия-изготовителя.

2.2 Режим работы цеха.

Режим работы цеха характеризуется числом рабочих дней в году и количеством смен в сутки и устанавливается согласно нормам технологического проектирования.

При определении мощности предприятий, технологических линий и расчетного годового времени работы технологического оборудования следует принимать:

-число рабочих суток на выгрузку сырья и материалов с железнодорожного транспорта – 365;

-номинальное количество рабочих суток в году – 260;

-количество рабочих смен в сутки для тепловой обработки – 3;

- количество рабочих смен в сутки по приему сырья и материалов и отгрузки готовой продукции – 3.

Количество рабочих суток в году 260 принимается из расчета, что рабочая неделя составляет 5 дней. При пятидневной рабочей неделе режим работы принимается: первая и вторая смены по 8 часов, кроме этого 0,5 перерывы, третья смена -7 часов без перерыва. Итого, в сутки 23 рабочих часа.

Годовой фонд времени работы основного технологического оборудования для агрегатнопоточного способа производства рассчитывается по формуле

C=KобN

где Коб – коэффициент использования оборудования, равный 0,943;

      N – количество рабочих дней в году, 260.

C=0,943260=245

Итоговые данные по запроектированным режимам сводим в табл.2

Под технологическим переделом понимается операция или совокупность операций по изготовлению железобетонных конструкций или изделий. Так, например, за передел можно принять приготовление бетонной смеси, формование изделий, ТВО, расформовку, выдержку и складирование.

Потери, связанные с внутризаводской транспортировкой, относят к тому или иному технологическому переделу. Величины потерь и брака нормированы.

С достаточным приближением можно рекомендовать средние величины возможных и брака: по бетонной смеси- 0,5%, по изделиям до 1%.

Расчеты по переделам дают возможность правильно подобрать технологическое оборудование на каждом переделе с учетом увеличения производительности агрегата или установки, связанного с возможными потерями и браком на последующих операциях.

Проектирование технологической линии

3.1  Расчет непрерывного безопалубочного формования линии.

Производительность линии рассчитывается по формуле:

П = 60*Н*С*V/Т1, где

Н - количество рабочих часов в сутки, ч

С - количество рабочих дней в году, сут.

V объем одновременно формуемых изделий, м3 

Тр - цикл формования.