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

    С плотностью связано и обратное свойство бетона - пористость - отношение объема пор к общему объему материала. Пористость как бы дополняет плотность бетона до 100%. Как бы ни был плотен бетон, в нем всегда есть поры! 

    Водостойкость - свойство бетона противостоять действию воды не разрушаясь. Чтобы определить водостойкость бетона, изготовляют  два образца: один в сухом виде раздавливают на прессе и определяют его нормальную прочность. Другой образец  предварительно погружают в воду, а после насыщения водой также  разрушают на прессе. Из-за ослабления связей между частицами прочность  образца уменьшается. Отношение  прочности насыщенного водой  образца к прочности образца  в сухом виде коэффициентом размягчения  материала. Для бетона он больше 0,8. Поэтому бетон является водостойким  и может применяться для сооружения конструкций, подвергающихся действию воды - плотин, пирсов, молов.

    Теплопроводность  характеризует способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем  у стали, но зато выше, чем у строительного  кирпича.

    Сравнительно  невысокая теплопроводность обеспечивает бетону высокую огнестойкость - способность  материала выдерживать действие высоких температур. Бетон может  выдержать в течение длительного  времени температуру выше 1000°  С. При этом он не разрушается и  не трескается.

    Все знают, что если в поры камней проникает  вода, то, замерзая, она расширяется  и тем самым разрушает даже самые крепкие горные породы. Бетон  же при насыщении водой может  выдерживать многократное замораживание  и оттаивание. При этом он не разрушается  и почти не снижает своей прочности. Это свойство называется морозостойкостью.

    А вот еще одно свойство бетона - объемная масса. У бетона объемная масса может  быть равной. Она зависит от заполнителей, которые используются в бетоне. По этому признаку бетоны делятся на три вида: тяжелый, легкий и особо  легкий. Эта классификация зависит  от массы заполнителя, применяемого при изготовлении бетона. Так, например, бетон на естественных заполнителях из гранита, известняка, доломита имеет  объемную массу 2200 - 2400 кг/мі, а прочность  его достигает 60 МПа (или 600 кгс/смІ). Такой бетон называют тяжелым  бетоном. А вот бетон на щебне из легких каменных пород (пемза или туф) имеет меньшую объемную массу - обычно 1600 - 1800 кг/мі и называется легким бетоном. Если бетон изготовить на искусственных легких пористых заполнителях из обожженных до спекания глиняных материалов, как, например, керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, зольный гравий и т. п., то можно получить целую гамму легких бетонов разной объемной массы - до 1800 кг/мі. Их прочность колеблется от 7,5 до 40 МПа (75 до 400 кгс/смІ).

    Применение  в сооружении тяжелого или легкого  бетона определяется типом конструкции  и условиями ее эксплуатации.

    По  назначению бетоны подразделяются на бетон обычный - для изготовления колонн, балок, плит и т. п. конструкций; бетон гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки каналов; бетон  для подземных сооружений - для  изготовления труб колодцев, резервуаров; бетон для дорожных покрытий; бетоны специального назначения на специальных  видах цемента - кислотоупорный, жаростойкий  и т. п.

    Железобетонные  изделия принимают партиями, состоящими из однотипных изделий, изготовленных  по одной технологии в течение  не более 10 сут.

    В процессе приемки наружным осмотром проверяют внешний вид изделий, отмечают наличие трещин, раковин  и других дефектов. Затем с помощью  измерительных линеек и шаблонов проверяют правильность формы и  габаритные размеры изделий. Если при  контрольных замерах изделия  обнаруживаются отклонения по длине  или ширине, превышающие допускаемые, изделие бракуется.

    При приемке изделий определяется и  прочность бетона, которая устанавливается  по результатам испытания контрольных  образцов и готовых изделий. Контрольные  образцы с ребром 10, 15 и 20 см должны изготовляться в металлических  разъемных формах в количестве не менее 3 шт. не реже 1 раза в смену, а  также для каждого нового состава  бетонной смеси.

    Бетонную  смесь в образцах уплотняют на стандартной виброплощадке с  амплитудой 0,35 мм и частотой 3000 кол/мин. Образцы должны твердеть в тех  же условиях, что и изделия. Предел прочности бетона определяется после  испытания образцов на гидравлических прессах и вычисляется как среднее арифметическое значение результатов испытания трех образцов.

    Испытание готовых железобетонных изделий  на прочность, жесткость и трещиностойкость производят согласно ГОСТам и техническим  условиям. Изделия для испытаний  отбирают в количестве 1 % от каждой партии, но не менее 2 шт., если в партии менее 200 шт. изделий. Испытание проводят на специальных испытательных стендах, нагружая конструкцию гидродомкратами, штучными грузами или рычажными  приспособлениями. Критерием прочности  служит нагрузка, при которой изделие  теряет свою несущую способность (разрушается). В последнее время для определения  прочности бетона в конструкциях пользуются физическими и механическими  методами, не разрушающими изделия.

    К физическим методам относятся ультразвуковые и радиометрические. Механические методы базируются на определении величины упругой или пластической деформации. Приборы для этих методов подразделяются на приборы, основанные на принципе упругого отскока, и приборы, основанные на принципе внедрения наконечника в бетон. В первом случае прочность бетона оценивается по величине упругого отскока  бойка от поверхности бетона, во втором характеризуется величиной  отпечатка на поверхности бетона. Приборы этой группы получили широкое  применение в строительстве. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    5.Экономика  производства железобетонных  конструкций

    Проблема  экономии энергоресурсов возникла во второй половине нашего столетия. В  последние годы к ее решению начали подходить на научной основе - комплексно и всеобъемлюще. Бездумное расходование природных ресурсов: угля, нефти, газа, вырубка лесов (испозование древисины как сырье для промышленности), постоянно возрастающее потребление энергии - все это население планеты расходует на свои бытовые нужды, а бурно развивающаяся промышленность - на технические.

    Обострению  этой проблемы способствовало поднятие цен на нефть и газ международными нефтяными концернами, что позволило  им резко увеличить свои прибыли. Разразился так называемый энергетический кризис. Сегодня как никогда встает вопрос об экономии энергоресурсов и рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни.

    В отечественной промышленности одним  из значительных потребителей топлива и энергии является строительство, а среди его отраслей - предприятия сборного железобетона, которых в стране несколько тысяч. Анализ работы этих предприятий показал, что потребление ими энергии может быть существенно уменьшено. Почти в любом производстве имеются реальные резервы экономии энергии. Если выявить эти резервы и более рационально организовать технологические процессы, то потребление энергии можно сократить, по крайней мере, в 1,5 раза. Это даст народному хозяйству страны огромный экономический эффект.

      Бетон, обладая многими замечательными  качествами, в то же время относится  к весьма энергоемким материалам. По данным ЦСУ, на производство 1 куб. м. сборного железобетона  в среднем расходуется 470 тыс.  ккал; на производство отдельных конструкций на полигонах, а также при несовершенных технологических процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобетона составляет примерно 12 млн. т условного топлива, то становится ясно, что даже небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей народного хозяйства. Потребность в энергоресурсах для производства 1 куб. м сборных железобетонных изделий не учитывает расхода энергии, необходимой для производства составляющих бетона (цемента, заполнителей) и арматуры, отличающихся еще большей энергоемкостью.

    Рассматривая  проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона с позиций народного хозяйства, необходимо учитывать затраты энергии, расходуемой на производство цемента и арматуры. Это наиболее дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии энергоресурсов.

    Экономия  цемента - это одна из самых острых проблем современного отечественного строительства. Существуют реальные пути уменьшения потребления цемента строителями.

      Наибольший перерасход цемента наблюдается в бетонах, приготовленных на некачественных заполнителях. Так, использование песчано-гравийных смесей влечет за собой увеличение расхода цемента до 100 кг/куб. м. Это делается только для того, чтобы получить бетонную смесь необходимой пластичности и обеспечить нужную марку бетона по прочности. Долговечность же его (в частности, морозостойкость), как правило, низкая, и бетонные конструкции при переменном замораживании и оттаивании разрушаются довольно быстро Приготовление же бетона на чистых и фракционных заполнителях требует наименьшего количества цемента и обеспечивает высокое качество конструкций.

    Значительной  экономии цемента можно достигнуть путем правильного проектирования состава бетона, не завышая его марку, для того, чтобы бетон как можно скорее достиг требуемой прочности. Можно также существенно сократить расход цемента благодаря введению в бетонную смесь высокоэффективных пластифицирующих добавок (суперпластификаторов). Промышленность начала их выпускать специально для изготовления бетонов. К таким добавкам относится С-3,разработанная в НИИЖБе совместно с другими организациями. Благодаря разжижающему действию добавки С-3 становится возможным уменьшить расход цемента на 20% без ухудшения основных физико-механических характеристик бетона. Если учесть что при введении добавки сокращение расхода цемента на каждый кубометр сборных изделий в среднем составит 50-60 кг, то благодаря этому расход топлива значительно уменьшится.

      На заводах имеют место заметные  потери согласно расчетам на  нагрев 1 куб. м бетона в стальной  форме до 80 градусов (температура  изотермического выдерживания) требуется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепенно - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс неминуемо сопровождается значительным выделением тепла в окружающую среду. При исправном оборудовании, необходимом для термообработки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в 2-2,5раза больше полезно затраченного тепла. При неисправном или небрежно эксплуатируемом оборудовании, а также при неоправданно завышенной длительности термообработки к потерям обязательным (планируемым)добавляются потери, непроизводительные Они колеблются в весьма широких пределах и на некоторых заводах достигают почти 200 тыс. ккал на куб. м бетона. Таким образом, суммарные теплопотери в несколько раз превышают количество тепла, затраченного на нагрев бетона с формой.

      Сократить теплопотери при термообработке  изделий можно не допуская  неисправности в работе оборудования. Пропарочные ямные камеры очень часто работают с неисправными крышками - не действуют или плохо действуют водяные затворы, в результате чего наблюдается перекос крышек, это приводит к большим потерям пара. В цехе для работающих создаются неблагоприятные гигиенические условия, высокая влажность способствует быстрому корродированию металлических конструкций, оборудования. Избежать больших потерь тепла можно путем своевременного ремонта и профилактического осмотра камер.

      Исследования, проведенные сотрудниками  НИИ Железобетона показали, что суммарные потери тепла в ямных камерах в процессе обра-ботки изделий доходят до 70% от общего расхода тепла на термообработку изделий. Причина такого положения - устройство стенок и днища камер из тяжелого бетона, отличающегося высокой теплопроводимостью. Положение это можно исправить только совершенствованием конструктивного решения камер.

    Одно  из таких решений заключается  в замене тяжелого бетона керамзитобетоном. В этом случае можно снизить теплопотери примерно на 50%.Если ограждения ямных камер делать из такого бетона, но с внутренними пароизоляцией и теплоизоляцией, то теплопотери можно снизить в 3 раза. Аналогичного эффекта можно добиться при устройстве стен камер из тяжелого бетона с несколькими воздушными прослойками.

      Серьезного внимания заслуживает  стендовая технология изго-товления  сборных плоских железобетонных  плит. По этой технологии в  виде пакета изготовляется сразу  несколько изделий, разделенных  тонкими прокладками из стального листа или пластика с вмонтированными в него электронагревателями. Расположенные между изделиями электронагреватели практически все тепло отдают в обе стороны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происходят только через торцы, поверхность которых невелика.

      Применение пакетного метода  изготовления и термообработки  плоских железобетонных изделий  оказало большое влияние на  организацию всего технологического  процесса производства сборного  железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с силовыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металлоемки. Изменились и многие технологические операции. Все это способствовало увеличению продукции на тех же производственных площадях в 1,5-2 раза, уменьшению металлоемкости оборудования на 30-35%,повышению производительности труда на 10-15%.Но главное -появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный способ термообработки сборных железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ.