Технико–экономический анализ и принципы управления технологическим процессом производства железобетонных изделий

1. Непрерывное формование, возникшее сравнительно недавно, но весьма зарекомендовавшее себя как способ, отличающийся наиболее высокой производительностью труда, минимальной металлоемкостью и несравнимо высоким объемом продукции на единицу производственной площади предприятия. Способ непрерывного формования изделий осуществляется на вибропрокатном стане.

    В заводском производстве стоимость  арматуры составляет около 20% себестоимости  железобетонных изделий, поэтому вопросы  организация арматурных работ на завод 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 для  каждого из этих способов имеют ряд  принципиальных различий.

    Ненапряженное армирование

    Армирование железобетонных изделий ненапряженной  арматурой осуществляется при помощи плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных  из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений

    Арматурные  сетки и каркасы изготовляют  в арматурном цехе, оборудованном  резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Процесс изготовления строится по принципу единого технологического потока— от подготовки арматурной стали до получения готового изделия.

    Арматурные  сетки и каркасы делают по рабочим  чертежам, в которых указаны длина  и диаметр стержней, их количество, расстояния между ними, места приварки закладных частей, расположения монтажных  петель. Устанавливать и раскреплять  каркас в форме надо очень точно, так как от его положения зависит толщина защитного слоя бетона в изделии. При недостаточной толщине этого слоя может возникнуть коррозия арматурной стали.

    Стержневая  арматурная сталь диаметром до 10 мм поставляется на завод в мотках (бунтах), а большим диаметром  — в прутках длиной 6— 12 м или  мерной длины, оговариваемой в заказах; арматурная проволока поступает  в мотках, причем каждый моток состоит  из одного отрезка проволоки.

    Операции  по изготовлению арматуры следующие: подготовка проволочной и прутковой стали  — чистка, правка, резка, стыкование, гнутье;

    сборка  стальных стержней в виде плоских  сеток и каркасов;

    изготовление  объемных арматурных каркасов, включая  приварку монтажных петель, закладных  частей и фиксаторов.

    Подготовка  арматуры, поступающей на завод в  мотках и бунтах, заключается в  их размотке, выпрямлении (правке), очистке  и разрезке на отдельные стержни  заданной длины. Правят и разрезают  арматурную сталь на правильно-отрезных станках-автоматах.

    Напряженное армирование

    При изготовлении предварительно напряженных  изделий необходимо создать в  бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительное обжатие, величина которого превышает напряженке растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации. Величина предварительного обжатия  обычно достигает 50—60 кГ/см2, а при  изготовлении железобетонных напорных труб—100—120 кГ/см2. Обжатие бетона осуществляется силами упругого последействия натянутой  арматуры. Это достигается силами сцепления арматуры с бетоном  пли при помощи анкерных устройств. Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85—90% предела текучести  стали, а для углеродистых сталей, не имеющих четко выраженного  предела текучести,— 65—70% предела  прочности на разрыв. 

    В качестве основной напрягаемой арматуры применяют высокопрочную проволочную  и прутковую арматурные стали, горячекатаную  арматурную сталь класса A-IV и арматурную сталь класса А-Н1в, упрочненную вытяжкой. Выбор типа арматуры зависит от вида изделии и ооо-рупования, применяемого для натяжения арматуры. В качестве вспомо-гатечьнсй некапрягаемой  арматуры, если она необходима в  напряжеь-ных изделиях, применяют, как  и для обычного железобетона, сварные  сетки и каркасы.

    При изготовлении предварительно напряженных  изделии используют одноосное обжатие  бетона отдельными стержнями или  пучками проволок располагаемых  в изделии вдоль его продольной оси, и ооъемное обжатие обеспечиваемое навивкой напряженной проволоки  в двух или нескольких направлениях. Проволоку можно навивать и на готовое изделие с последующей  защитой арматуры слоем бетона.

    Формование  железобетонных изделий 

    Задача  технологического комплекса операций по формованию состоит в получении  плотных изделий заданных формы  и размеров. Это обеспечивается применением  соответствующих форм,  а высокая  плотность достигается уплотнением  бетонной смеси. Операции процесса формования можно условно разделить   на   две   группы:   первая   включает операции по изготовлению и  подготовке форм (очистке, смазке, сборке), вторая — уплотнение бетона изделий  и получение их заданной формы. Не менее важны при этом и транспортные операции, стоимость которых в  общих затратах может достигать 10—15%. В отдельных случаях технико-экономический  анализ транспортных операций определяет организацию технологического  процесса  в   целом.  Наиболее  характерным  в этом отношении является изготовление крупноразмерных особотяжелых изделий  — балок, ферм, пролетных строений мостов, когда вследствие значительных затрат на перемещение изготовление изделий организуют на одном месте, т. е. принимают стендовую схему  организации процесса. В общем  технологическом комплексе изготовления железобетонных изделий операции формования занимают центральное и определяющее место. Все другие операции — приготовление бетонной смеси, подготовка арматуры — являются в какой-то степени подготовительными и могут выполняться вне площадки данного предприятия железобетонных изделий; бетонная смесь может быть получена централизованно с бетонного завода, арматурные изделия — из центральной арматурной мастерской района. Такая организация завода железобетонных изделий чрезвычайно выгодна в технико-экономическом отношении: стоимость и бетонной смеси и арматуры значительно ниже, чем при изготовлении их на заводе железобетонных изделий, так как мощность бетоносмесительных и арматурных цехов централизованного назначения во много раз . выше, чем этих же цехов завода железобетонных изделий. А если выше мощность, то и более совершенной может быть организация технологического  процесса:  оказывается  выгодным  применение  автоматических линий и высокопроизводительного оборудования, существенно повышающих производительность  труда,   снижающих  стоимость  продукции и улучшающих ее качество.  Однако подавляющее большинство заводов железобетонных изделий отказывается от такой рациональной организации технологического процесса, так как возможны нарушения в доставке необходимых полуфабрикатов; это тем более важно, если учесть, что создать запас бетонной смеси более чем на 1,5—2 ч работы формовочных линий невозможно — смесь начнет твердеть.

    Для изготовления железобетонных изделий  применяют деревянные, стальные и  железобетонные, а иногда металложелезобетонные  формы. Следует отметить, что вопрос выбора материала форм весьма принципиален как в техническом, так и в  экономическом отношении. Потребность  в формах завода сборного железобетона огромна. Объем форм на большинстве  заводов должен быть не менее объема выпускаемых заводом изделий  в течение суток при искусственном  твердении и в 5—7 раз больше при  естественном их вызревании. В ряде случаев потребность в формах определяет общую металлоемкость производства (вес единицы металла к единице  выпускаемой продукции), существенно  влияющую на технико-экономические  показатели предприятия в целом. При этом надо учитывать также  то, что формы работают в наиболее тяжелых условиях: систематически они  подвергаются сборке и разборке, очистке приставшего к ним бетона, динамическим нагрузкам при уплотнении бетонной смеси и транспортировании, действию влажной (пар) среды в период твердения изделий. Все это неизбежно отражается на продолжительности их службы и требует систематического пополнения парка форм.

    Если  иметь в виду единовременные затраты  на организацию завода железобетонных изделий, то деревянные формы оказываются  наиболее выгодными, однако срок службы их и качество изделий, получаемых в  таких формах, невысоки: оборачиваемость  деревянных форм в производстве не презышает десяти, после чего формы  теряют необходимую жесткость, нарушаются их размеры и конфигурация формовочной  емкости. Срок службы металлических  форм в несколько раз выше деревянных и, таким образом, эксплуатационные затраты при использовании металлических  форм в конечном итоге оказываются  ниже, чем при использовании деревянных, хотя и высоки были первоначальные затраты. Но это справедливо для  организации массового выпуска  однотипных железобетонных изделий. При  изготовлении же изделий одного типоразмера  в небольшом объеме целесообразным может оказаться применение именно деревянных форм как более дешевых: изготовление их возможно непосредственно  на заводе железобетонных изделий. Таким  образом, и в данном случае необходим  технико-экономический анализ производства, результаты которого позволят выбрать  рациональное решение.

    Металлические формы наиболее характерны для специализированных предприятий сборного железобетона. Долговечность, длительное сохранение своих размеров, простота сборки и  разборки, высокая жесткость, исключающая  деформацию изделий в процессе, изготовления и транспортирования, — вот достоинства  металлических форм, определившие их широкое применение. Недостатки металлических  форм заключаются в том, что они  существенно повышают металлоемкость предприятия, ухудшая этим технико-экономические  показатели проекта.

    Твердение отформованных изделий — заключительная операция технологии сборного железобетона, когда изделия приобретают требуемую  прочность. Последняя может быть равна марке бетона для одних  изделий или быть меньше ее для  других. Так, прочность бетона изделий  при отгрузке их потребителю должна быть равна: не менее 70% марочной (28-суточной) прочности для изделий из бетона на портландцементе или его разновидностях и 100%-ной для изделий из силикатного (из-вестково-песчакого) или ячеистого  бетона. Однако для некоторых изделий  из портландцементного бетона отпускная  прочность должна превышать 70%. Например, прочность бетона шпал для железных дорог должна быть равна марке  пролетных строений мостов — не менее 80% от марки. Допускаемое снижение отпускной прочности изделий  определяется исключительно экономическими соображениями, так как в этом случае сокращается продолжительность  производственного цикла и соответственно повышается оборачиваемость средств. При этом имеется в виду, что  прочность, недостающую до марочной, изделия наберут в процессе их транспортирования и монтажа  и к моменту загружения эксплуатационной нагрузкой прочность их будет  не ниже проектной (марочной).

    В зависимости от температуры среды  различают следующие три принципиально  различных режима твердения изделий:

    нормальный  — температура 15—20° С;

    тепловая  обработка при температуре до 100° С при нормальном давлении;

    автоклавная обработка — пропариваиие при  повышенном давлении пара и температуре  среды выше 100° С.

    Независимо  от режима твердения относительная  влажность среды должна быть близкой 100%, иначе изделия сохнут, а это  приводит 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 использования  каких-либо тепловых аппаратов и  затрат тепла. Это важнейшее технико-экономическое  преимущество естественного способа  твердения, отличающегося простотой в организации и минимальными капитальными затратами. В то же время способ экономически оправдан может быть только в исключительных случаях. В естественных условиях изделия достигают отпускной 70%-ной марочной прочности в течение 7—10 сут., тогда как при искусственном твердении (пропарива-нии или автоклавной обработке) эта прочность достигается в 15—20 раз быстрее — за 10—16 ч. Соответственно снижается потребность в производственных площадях, объеме парка форм, сокращается продолжительность оборачиваемости средств. Это и является причиной применения на большинстве заводов искусственного твердения.

    Способ  отделки поверхностей железобетонных изделий надо выбирать с учетом целого ряда требований, которые могут быть продиктованы климатическими, архитектурными и другими условиями его службы. Отделка должна быть долговечной  и защищать бетон изделия от атмосферных  и агрессивных воздействий, а  также отвечать архитектурно-декоративным требованиям.

    В настоящее время поверхности  можно отделывать с использованием окрасочных составов, облицовочных материалов и цветных бетонов. Окрасочные составы  должны быть водостойкими, долговечными и устойчивыми против выцветания. Это силикатные, цементные и полимерные краски. Силикатные краски приготовляют из жидкого стекла, минеральных красящих веществ (пигментов) и наполнителей, цементные краски — из белого цемента  с минеральными красящими веществами, перхлорвиниловые (полимерные) краски — из минеральных красящих веществ, разбавленных перхлорвиниловьш лаком. 
 
 
 
 
 
 

    4.Управление качеством продукции и обеспечение гибкости.

    Самым важным свойством бетона является его  прочность, т. е. способность сопротивляться внешним силам не разрушаясь. Как  и природный камень, бетон лучше  всего сопротивляется сжатию, поэтому  за критерий прочности бетона строители  приняли предел прочности бетона при сжатии. Чтобы определить прочность  бетона, из него изготовляют Эталонный  кубик с ребром 200 мм, если разрушился при нагрузке 80 тонн, то предел прочности  при сжатии будет равен 20 МПа.

    В зависимости от прочности на сжатие бетон делится на марки. Марку  бетона строители определяют по пределу  прочности эталонного кубика с ребром 200 мм. Так, в России в строительстве  применяют следующие марки бетона: «600», «500» , «400», «300», «250», «150», «100»  и ниже. Выбор марки зависит  от тех условий, в которых будет  работать бетон.

    Прочность бетона зависит от прочности каменного  заполнителя (щебня, гравия) и от качества растворенного в воде цемента: бетон  будет тем прочнее, чем прочнее  каменные заполнители и чем лучше  они будут скреплены цементным  клеем. Прочность природных камней не изменяется со временем, а вот  прочность бетона со временем растет.

    Другим  важным свойством бетона является плотность - отношение массы материала к  его объему. Плотность бетона всегда меньше 100%.

    Плотность сильно влияет на качество бетона, в  том числе и на его прочность: чем выше плотность бетона, тем  он прочнее. Поры в бетоне, как правило, появляются при его изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию  с цементом при его твердении, при недостатке цемента.