на тему- Технологическая карта изготовления железобетонной балки пролётом 33м высотой 17м армированной

Работа добавлена на сайт samzan.net:

PAGE \* MERGEFORMAT 45

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра «Мосты и тоннели»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Технологическая карта изготовления железобетонной балки пролётом 33м, высотой 1,7м, армированной горизонтальными пучками с натяжением на упоры»

по дисциплине:

«Технология производства конструкций мостов и тоннелей»

Шифр: К-33/1,7-Г Вариант 13

Выполнил: студент гр.114510 Кожевников А.О.

Руководитель: д.т.н., профессор Ляхевич Г.Д.

Минск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение: Легированные стали ………….………………………………....4

1.Исходные данные ………………………………………………………..15

2.Общий вид конструкции…………………………………………...………16

3 Требования к материалам………………………………………………..18

4.Маркировка балок,……………………………………………………….23

5.Эскиз конструкции в аксонометрии с указанием её размеров………..24

6.Расчёт массы балки ………………………………………………………25

7.Выбор варианта армирования, расчёт массы металла………………..26

8.Проектирование состава тяжёлого бетона …………………………….29

9.Расчёт раствора рабочей концентрации и добавок бетонной смеси….33

10.Приготовление и транспортирование бетонной смеси……………….36

11.Технология изготовления железобетонных конструкций……………40

12.Описание технологической схемы……………………………………...42

13. Подготовка рабочих поверхностей форм…………………………….44

14.Уплотнение бетонной смеси………………………………………….…46

15. Ускорение твердения бетонной смеси………………………………...48

16.Операционный контроль качества …………………………………….50

17.Основной технологический процесс…………………………………...53

18.Порядок приёмочного контроля, складирования и транспортирования готовой мостовой конструкции……………………………………………55

19.Приспособления и инструменты……………………………………….57

20.Основные положения правил охраны труда…………………………..58

Заключение ………………………………………………………………....60

Литература………………………………………………………………….62

Введение “Легированные стали”

Общие сведения

Конструкторы при выборе материала для какой-либо конструкции или изделия не могут учитывать только один или два каких-либо критерия, характеризующие свойства материала, им необходимо знать его конструктивную прочность.

Конструктивная прочность - это определенный комплекс механических свойств, обеспечивающий длительную и надежную работу материала в условиях его эксплуатации. Конструктивная прочность - это прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов, т. е. это комплексное понятие. Считается, что как минимум нужно учитывать четыре критерия: жесткость конструкции, прочность материала, надежность и долговечность материала в условиях работы данной конструкции.

Жесткость конструкции. Для многих силовых элементов конструкций - шпангоутов, стрингеров, плоских пластинок, цилиндрических оболочек и т, п. - условием, определяющим их работоспособность, является местная или общая жесткость (устойчивость), определяемая их конструктивной формой, схемой напряженного состояния и т. д., а также и свойствами материала. Показателем жесткости материала является модуль продольной упругости Е (модуль жесткости) - структурно нечувствительная характеристика, зависящая только от природы материала.

Среди главных конструкционных материалов наиболее высокое значение модуля Е имеет сталь, наиболее низкое - магниевые сплавы и стеклопластики. Однако оценка этих материалов существенно изменяется при учете их плотности и использовании критериев удельной жесткости и устойчивости: Е/,(E/)1/2,(E/)1/3 (табл.1).

Таблица 1.Удельная жесткость (устойчивость) конструкционных материалов

При оценке по этим критериям, выбираемыми в соответствии с формой и напряженным состоянием, во многих случаях наиболее выгодным материалом являются магниевые сплавы и стеклопластики, наименее выгодным - углеродистые и легированные стали.

Прочность - способность тела сопротивляться деформациям и разрушению. Большинство технических характеристик прочности (в, 0,2) определяют в результате статического испытания на растяжение.

Эти характеристики зависят от структуры и термической обработки.

Прочность конструкционных материалов, используемых в технике, изменяется в очень широком диапазоне - от 100150 до 2500350О МПа. Однако выбор материала только по абсолютному значению показателей прочности т (0,2), в и др. не дает правильной оценки возможностей материала. Для создания конструкции (машины) с минимальной массой большое значение имеет плотность материалов. С учетом этого более правильно оценивать значение его удельной прочности отношением характеристик прочности т, в и др. к плотности материала (например, в/, т/, где  - плотность материала, г/см3).

Из данных, приведенных в табл.2, видно, что, например, алюминиевые сплавы, имея значительно меньшую абсолютную прочность, чем углеродистые и многие легированные стали, превосходят их по удельной прочности. Это означает, что при равной прочности масса изделия из алюминиевых сплавов меньше, чем

Таблица 2. Удельная прочность некоторых конструкционных материалов

изделия из стали. Наиболее высокую удельную прочность имеют стеклопластики типа СВАМ, а из металлических конструкционных материалов - титановые сплавы.

Оценивая реальную прочность конструкционного материала, следует учитывать характеристики пластичности , , а также вязкость материала, так как именно эти показатели в основном определяют возможность хрупкого разрушения. Это относится и к высокопрочным материалам, которые, обладая высокой прочностью, склонны к хрупкому разрушению

Модуль упругости Е и 0,2 являются расчетными характеристиками, определяющими допустимую нагрузку.

Надежность-свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность конструкции - это также ее способность работать вне расчетной ситуации, например, выдерживать ударные нагрузки. Главным показателем надежности является запас вязкости материала, который зависит от состава, температуры (порог хладноломкости), условий нагружения, работы, поглощаемой при распространении трещины и т. д.

Сопротивление материала хрупкому разрушению является важнейшей характеристикой, определяющей надежность работы конструкций.

Долговечность-свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния (невозможности его дальнейшей эксплуатации). Долговечность конструкции зависит от условий ее работы. Прежде всего это сопротивление износу при трении и контактная прочность (сопротивление материала поверхностному износу, возникающему при трении качения со скольжением). Кроме того, долговечность изделия зависит от предела выносливости, зависящего в свою очередь от состояния поверхности и коррозионной стойкостью материала.

Классификация и маркировка углеродистых и легированных сталей

Сплавы железа - сталь и чугун - основные металлические материалы, используемые в различных отраслях народного хозяйства. Наиболее широко применяют стали. Они должны иметь хорошие технологические свойства: легко обрабатываться давлением (многие изделия получают прокаткой, ковкой или штамповкой), а также хорошо обрабатываются на металлорежущих станках, свариваться. В ряде случаев от них требуется высокая коррозионная стойкость или жаропрочность и т. д.

Достоинством сталей является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя их состав и вид обработки.

Стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали - это основной конструкционный материал, который используют в различных областях промышленности. Они проще в производстве и значительно дешевле легированных. Свойства их определяются количеством углерода и содержанием присутствующих в них примесей, которые взаимодействуют и с железом, и с углеродом.

1.1 Влияние углерода

Механические свойства углеродистой стали зависят главным образом от содержания углерода. С ростом содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т. е. повышаются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Как видно из графика, приведенного на рис.1, прочность повышается только до 1 % С, а при более высоком содержании углерода она начинает уменьшаться. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен в заэвтектоидных сталях сетка вторичного цементита снижает прочность

Рис.1. Зависимость свойств горячекатаной углеродистой стали от содержания углерода

стали. Кроме углерода, в стали есть еще другие элементы - примеси, присутствие которых обусловлено разными причинами. Различают постоянные, скрытые, случайные и специально введенные примеси.

1.2.Влияние примесей

Постоянные примеси - это кремний, марганец, фосфор и сера.

Марганец и кремний вводят в процессе выплавки в сталь для ее раскисления, т.е. для удаления FеО, поэтому их также называют технологическими: примесями.

Кроме того, марганец способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS в стали: FeS+MnMnS+Fe. Марганец и кремний растворяются в феррите, повышая его прочность; марганец может также растворяться в цементите. Углеродистые стали обычно содержат до 0,7 - 0,8 % Мn и до 0,5 % Si.

Сера - вредная примесь - попадает в сталь главным образом с исходным сырьем-чугуном. Сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS-сульфид железа. При взаимодействии с железом образуется эвтектика (Fе+FеS) с температурой плавления 988 С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 900 С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовки разрушаются. Это явление называется красноломкость. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение MnS плавится при 1620С, эти включения пластичны и не вызывают красноломкости.

Содержание серы в сталях допускается не более 0,06 %.

Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном, использованным для выплавки стали. До 1,2 % фосфора растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве фосфора в отливке всегда могут образовываться участки, богатые фосфором. Располагаясь вблизи границ зерен, фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние, т. е. вызывает хладноломкость. Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0,05 %.Чем больше углерода в стали, тем сильнее влияние фосфора на ее хрупкость.

Содержание серы и фосфора в стали зависит от способа ее выплавки.

Скрытые примеси. Так называют присутствующие в стали газы - азот, кислород, водород - ввиду сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при ее выплавке. В твердой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо образуя химические соединения (нитриды, оксиды). Газы могут находиться и в свободном состоянии в различных несплошностях. Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их допускается 10-2-10-4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшается, свойства улучшаются. Случайной примесью может быть любой элемент (медь, алюминий, вольфрам, никель), который попал в шихту вместе с металлоломом или чугуном при выплавке стали. Содержание этих элементов ниже тех пределов, когда их вводят специально как легирующие добавки.

Специальные примеси. Это элементы, специально вводимые в сталь для получения каких-либо заданных свойств. Такие элементы называют легирующими, а стали, их содержащие - легированными сталями.

Содержание легирующих элементов в сталях может изменяться в очень широких пределах. Сталь считают легированной хромом или никелем, если содержание этих элементов составляет 1 % или более. При содержании ванадия, молибдена, титана, ниобия и других элементов более 0,1-0,5 % стали считают легированными этими элементами. Сталь является легированной и в том случае, если в ней содержатся только элементы, характерные для углеродистой стали, марганец или кремний, а их количество должно превышать 1 %.

В конструкционных сталях легирование осуществляют с целью улучшения механических свойств - прочности, пластичности и т.д. Кроме того, при введении в сталь легирующих элементов меняются физические, химические и другие ее свойства. Нужный комплекс свойств достигается не только легированием, но и рациональной термической обработкой, в результате которой получается необходимая структура.

Как правило, легирующие элементы существенно повышают стоимость стали, а некоторые из них к тому же являются дефицитными металлами, поэтому добавление их в сталь должно быть строго обосновано.

Существует несколько классификаций, позволяющих систематизировать стали, что упрощает поиск стали нужной марки с учетом ее свойств.

Стали классифицируют по химическому составу, способу выплавки, по структуре в отожженном или нормализованном состоянии, по качеству и по назначению.

1.3.Классификация сталей

По химическому составу прежде всего все стали можно разделить на две большие группы: углеродистые и легированные. В свою очередь легированные стали в зависимости от числа легирующих элементов различают как трехкомпонентные (содержат кроме железа и углерода один какой-либо легирующий элемент), четырехкомпонентные и т.д. Более распространенной является классификация с указанием легирующих элементов: стали хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т.д.

По степени легирования, т.е. по содержанию легирующих элементов, стали условно подразделяют на низколегированные (содержат в общем 2,5-5 % легирующих элементов), среднелегированные (до 10 %) и высоколегированные (более 10 %).

По способу выплавки. Углеродистые стали выплавляют главным образом мартеновским и кислородно-конвертерным способами. Наиболее качественную углеродистую сталь выплавляют в электрических дуговых печах.

Рис 2. Диаграммы изотермического распада аустенита трех классов стали

В зависимости от степени раскисления при выплавке стали могут быть спокойными (сп), полуспокойными (пс) или кипящими (кп), что и указывают в марке. Спокойные, полуспокойные и кипящие стали при одинаковом содержании углерода имеют практически одинаковую прочность. Главное их различие заключается в пластичности, которая обусловлена содержанием кремния. Содержание кремния в спокойной стали 0,15-0,35 %, в полуспокойной 0,05-0,15 %, в кипящей <0,05 %. Легированные стали выплавляют только спокойными в мартеновских или электрических печах.

В результате уменьшения содержания кремния в феррите кипящих сталей они становятся мягкими, поэтому кипящая сталь хорошо штампуется в холодном состоянии (например, для изготовления деталей глубокой вытяжкой). Но из-за большого содержания газов, особенно азота, кипящие стали склонны к деформационному старению. Кроме того, большое содержание кислорода в этой стали повышает порог хладноломкости, кипящие стали становятся хрупкими уже при -10 С, в то время как спокойные стали, содержащие одинаковое количество углерода, могут работать до -40 С. Они более склонны к зональной ликвации. Это наиболее дешевые стали, но качество металла низкое, поэтому их используют для изготовления неответственных деталей.

По структуре в отожженном состоянии стали делят на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. Легированные стали, кроме того, могут быть ферритного, аустенитного и ледебуритного классов. К ферритному классу относятся стали, в которых при малом содержании углерода имеется большое количество ферритообразующих легирующих элементов, например, хрома. К ледебуритному классу относятся стали с большим содержанием углерода и карбидообразующих элементов, в результате чего в их структуре имеются первичные карбиды - легированный ледебурит.

По структуре после охлаждения на воздухе легированные стали разделяют на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный (рис.2) (структуру во всех случаях определяют по образцам небольшого сечения, диаметром до 25 мм). Ранее было отмечено, что легирующие элементы увеличивают устойчивость аустенита в перлитной области и понижают температуру мартенситного превращения. Поэтому при одинаковой скорости охлаждения до комнатных температур при разном содержании легирующих элементов и углерода получаются различные структуры.

В основе классификации стали по качеству лежит содержание вредных примесей - серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкционную и сталь высококачественную.

Углеродистые стали общего назначения (ГОСТ 380-71) содержат повышенное количество S (до 0,05 %) и Р (до 0,04 %, Ст0 до 0,07 % Р). Эти стали выплавляют преимущественно в больших мартеновских печах скрап-рудным процессом или в кислородных конвертерах. Обозначение марок стали - буквенно-цифровое: буквы Ст означают "сталь" цифры от 0 до 6-условный номер марки, например, Ст0, Ст2...Ст6. Степень раскисленности стали обозначают буквами кп, пс и сп. Кипящими выплавляют стали марок Ст0-Ст4, полуспокойными и спокойными можно выплавлять все стали от Ст1 до Ст6.

Сталь подразделяют на три группы: А, Б и В в марках указывают только группы Б и В, например Ст2кп (сталь 2, группы А, кипящая); БСт3кп (сталь 3, группы Б, кипящая); ВСт3пс (сталь 3, группы В, полуспокойная); ВСт4сп (сталь 4, группы В, спокойная) и т.п.

Химический состав стали группы А не регламентируется, его только указывают в сертификатах металлургического завода изготовителя. Стали этой группы обычно заказчики используют в состоянии поставки, поэтому их поставляют по механическим свойствам в, т, и . С увеличением номера стали прочность растет, а пластичность уменьшается:

Сталь Ст1пс Ст3пс и Ст3сп Ст6сп

в, Мпа 320-420 380-490 >600

т, Мпа - 210-250 300-320

, % 31-34 23-26 12-15

Стали группы Б поставляют по химическому составу, так как эти стали в дальнейшем обычно подвергают различной обработке (ковке, сварке, термической обработке) с целью получения нужного заказчику комплекса механических свойств.

Стали группы В поставляют по химическому составу и механическим свойствам - по нормам для сталей групп А и Б.

Углеродистая сталь обыкновенного качества - дешевая и во многих случаях удовлетворяет требованиям по механическим свойствам, предъявляемым к металлу. Ее выплавка составляет около 80 % всего производства углеродистых сталей.

Качественные стали. В качественных сталях максимальное содержание вредных примесей составляет не более 0,04 % серы и 0,04 % фосфора. Качественная сталь менее загрязнена неметаллическими включениями и имеет меньшее содержание растворенных газов. В случае примерно одинакового содержания углерода качественные стали имеют более высокую пластичность и вязкость по сравнению со сталями обыкновенного качества особенно при низких температурах. Качественные углеродистые стали поставляют по химическому составу и по механическим свойствам. Марки сталей обозначают цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (пределы по углероду 0,07-0,08 % для одной марки), степень раскисленности - буквами пс, кп (спокойные, качественные стали маркируют без индекса). Например, сталь 10кп (0,10 % С, кипящая), сталь 30пс (0,30 % С, полуспокойная), сталь 45 (0,45 % С, спокойная) и т.д. Качественные углеродистые стали поставляются заказчику в различном состоянии: без термической обработки, после нормализации, различной степени пластической деформации и т.д.

В высококачественных сталях стремятся получить минимально возможное содержание серы и фосфора (S0,035 % и Р 0,035 %). Поскольку при этом стоимость стали существенно возрастает, конструкционные углеродистые стали редко выплавляют высококачественными. Для обозначения высокого качества стали в конце обозначения марки стали ставят букву А, например, сталь У10А. Легированные стали выплавляют только качественными, а чаще - высококачественными. Для обозначения марок легированных сталей в нашей стране принята буквенно-цифровая система.

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: хром - Х, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А, марганец - Г, медь - Д, ванадий - Ф, кремний - С, фосфор - П, алюминий - Ю, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1 %, ставят после соответствующей буквы в целых единицах. Например, сталь марки 18ХГТ содержит около 0,18 % С; 1 % Сг; 1 % Мn и около 0,1 % Тi; марки 12ХН3 -0,12 % С; 1 % Сг и 3 % Мn.

Нестандартные стали обозначают различным образом. Наиболее часто встречается обозначение буквами ЭИ и ЭП и номером. Такая маркировка показывает, что сталь выплавлена на заводе "Электросталь" (буква Э), сталь исследовательская (буква И) или пробная (буква П). Состав таких сталей приведен в справочниках.

Особо высококачественными выплавляют только легированные стали и сплавы. Они содержат не более 0,015 % серы и 0,025 % фосфора. К ним предъявляют повышенные требования и по содержанию других примесей.

По назначению стали подразделяют на три основные группы: конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. В основу классификации первых двух групп положено содержание углерода. Стали, содержащие до 0,25 % С, используют как котельные, строительные и для деталей машин, подвергаемых цементации. Низкое содержание углерода в котельных и строительных сталях обусловлено тем, что детали котлов и строительных конструкций соединяют сваркой, а углерод ухудшает свариваемость.

Для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки, применяют стали, содержащие 0,36-0,50 % С (сталь 35, сталь 40, сталь 45, сталь 40ХН и т.д.). Эти стали подвергают термической обработке-закалке с последующим высокотемпературным отпуском (улучшению).

Для пружин и рессор используют стали, содержащие 0,50-0,70 % С. Эти стали также применяют только после соответствующей термической обработки.

Из стали с 0,7-1,5 % С изготавливают ударный и режущий инструмент.

Углеродистые стали маркируют У7, У8..., У13, где буква У означает углеродистую сталь, число показывает содержание углерода в десятых долях процента, т.е. сталь У10 содержит 1 % С. Эти стали иногда выплавляют высококачественными и тогда их маркируют 10А или УЗА и т.п. Химический состав и механические свойства углеродистых инструментальных сталей приведены в ГОСТ 1435-74.

У инструментальных легированных сталей содержание углерода также обозначают в десятых долях процента, например, сталь 9ХС содержит 0,9 % С; 1 % Сг и 1,4 % Si. Если углерода больше 1 %, то цифры не указывают, например, стали ХВГ, ХГ и т.д.

Стали и сплавы с особыми свойствами.

К ним относят коррозионностойкие и кислотоупорные; жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы: с особыми магнитными свойствами и т. д.

1.4.Дефекты легированных сталей

Кроме дефектов, характерных для углеродистых сталей, в легированных сталях проявляются и специфические дефекты: дендритная ликвация, флокены и отпускная хрупкость II рода.

Дендритная ликвация. Наличие легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации. Кроме того, диффузионные процессы в легированных сталях протекают медленно. В результате увеличивается склонность таких сталей к дендритной ликвации и полосчатости в структуре. Устраняется дендритная ликвация диффузионным отжигом.

Флокены. Как уже отмечалось, газы оказывают различное влияние газов на свойства сталей, указывалось на их нежелательное присутствие, так как свойства сталей ухудшаются, например, возникает один из дефектов легированных сталей–флокены (трещины, которые можно выявить при макротравлении). На изломах флокены имеют вид блестящих круглых или овальных пятен, являющихся поверхностью трещин. Установлено, что флокены образуются при быстром охлаждении металла от 200С после ковки или прокатки вследствие присутствия в металле водорода, растворившегося в жидком металле при плавке. Выделяясь в деформированной стали из твердого раствора, он вызывает сильные внутренние напряжения, приводящие к образованию флокенов. Флокены чаще образуются в конструкционных сталях, содержащих хром и никель. Для предупреждения их образования после горячей пластической деформации металл в области 250–200 С охлаждают медленно или подвергают выдержке при этих температурах. Это дает возможность водороду удалиться из стали.

Цементуемые стали

Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,10–0,30 % С, подвергая их затем цементации.

Для изделий небольших размеров, деталей неответственного назначения применяют стали 10, 15, 20, для деталей более сложной формы, деталей сильно нагруженных, крупных применяют низколегированные стали с небольшим содержанием углерода. В качестве легирующих элементов в цементуемые стали добавляют хром, никель и др.

Изделия небольшого сечения и несложной. формы, работающие при повышенных удельных нагрузках (втулки, валики, оси, кулачковые муфты, поршневые пальцы и т.д.), делают из хромистых сталей 15Х, 20Х, содержащих около 1 % Сг. При содержании хрома до 1,5 % в цементованном слое повышается концентрация углерода, образуется легированный цементит (Fе, Сг)3С, увеличивается глубина эвтектоидного слоя, а после термической обработки увеличивается и глубина закаленного слоя. Дополнительное легирование этих сталей ванадием (0,10,2 %)–сталь 15ХФ–способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость.

Для изготовления цементуемых деталей средних размеров, испытывающих при работе высокие удельные нагрузки, используют стали, в состав которых входит никель (20ХН, 12ХНЗА). Несколько уменьшая глубину цементованного слоя, Ni в то же время увеличивает глубину закаленного слоя, препятствует росту зерна и образованию грубой цементитной сетки. Никель положительно влияет и на свойства стали в сердцевине изделия. Из-за дефицитности никеля эти стали заменяют другими легированными сталями. К ним относятся хромомарганцевые стали с небольшим количеством титана (0,006–0,12 %): 18ХГТ, 30ХГТ. В цементуемые стали титан вводят только для измельчения зерна. При большем его содержании он уменьшает глубину цементованного закаленного слоя и прокаливаемость.

Наиболее высоколегированные цементуемые стали (12Х2Н4, 18Х2Н4В и др.) используют для изготовления деталей больших сечений. Эти стали являются наиболее высокопрочными из всех цементуемых сталей.

С целью повышения прочности для цементуемых сталей применяют стали, легированные бором (0,002–0,005 %): 15ХР, 20ХГР и др. Сталь 20ХГНР в целях экономии никеля применяют вместо стали 12ХНЗА. При ХТО следует учитывать, что бор, увеличивая прокаливаемость, способствует росту зерна при нагреве. Для уменьшения чувствительности сталей к перегреву их дополнительно легируют Тi или Zr.

Обычно изделия, изготовленные из высоколегированных цементуемых сталей, подвергают цементации на небольшую глубину

3. Улучшаемые стали

Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали (0,3–05 % С), подвергаемые закалке и последующему высокотемпературному отпуску. После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Углеродистые улучшаемые стали (стали 35, 40, 45 и 50) обладают небольшой прокаливаемостью (до 10 мм), поэтому механические свойства с увеличением сечения изделия понижаются. Для мелких деталей после термической обработки получают в=600700 МПа и КСU=0,4–0,5 МДж/м2. Если от деталей требуется более высокая поверхностная твердость (шпиндели, валы, оси и т.д.), то после закалки их подвергают отпуску на твердость НRС 40–50. Для получения высокой поверхностной твердости используют закалку ТВЧ (шестерни, коленчатые валы, поршневые пальцы и т.д.).

Для получения высоких механических свойств в деталях сечением более 25–30 мм применяют легированные стали, которые обладают большей прокаливаемостью, более мелким зерном, их критическая скорость закалки меньше, следовательно, меньше закалочные напряжения, выше устойчивость против отпуска. Отсюда их основное преимущество перед углеродистыми конструкционными сталями–лучший комплекс механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладноломкости.

Большинство легированных конструкционных сталей относится к перлитному классу.

При создании легированных сталей всегда учитывают стоимость легирующего элемента и его дефицитность.

Основным легирующим элементом в конструкционных сталях является хром, содержание которого обычно составляет 0,8–1,1 %; марганца в сталях до 1,5 %; кремния 0,9–1,2 %; молибдена 0,15–0,45 %; никеля 1–4,5 %. Общая сумма легирующих элементов не превышает 3–5 %.

Все перечисленные элементы, кроме никеля, увеличивая прочность стали, понижают ее пластичность и вязкость. Никель является исключением–он оказывает особенно положительное влияние на свойства стали, увеличивая ее прочность, не понижая пластичность и вязкость. Кроме того, никель понижает порог хладноломкости. Поэтому стали, содержащие никель, особенно ценны как конструкционный материал.

Кроме названных элементов, в конструкционные стали для деталей машин вводят около 0,1 % V, Тi, Nb, Zr для измельчения зерна. Введение 0,002–0,003 % В увеличивает прокаливаемость.

Улучшаемые стали можно условно разделить на несколько групп. Широко применяют стали, легированные хромом, особенно стали марок 40Х, 45Х. Для увеличения прокаливаемости в них иногда добавляют бор (сталь 40ХР). Увеличение прокаливаемости (в сечении до 40 мм) достигается и добавлением в хромистые стали около 1 % Мn: 30ХГ, 40ХГ, 40ХГР и др. Для уменьшения склонности хромистых сталей к отпускной хрупкости II рода вводят 0,15–0,25 % Мо.

Хромомарганцевые стали 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, называемые хромансиль, легированы хромом, кремнием и марганцем, т.е. не содержат дефицитных легирующих элементов. Эти стали обладают хорошей свариваемостью и прочностью, например, сталь 30ХГС после термической обработки имеетв=1650 МПа при КСU=0,4 МДж/м2. Недостаток этих сталей склонность к отпускной хрупкости II рода и к обезуглероживанию поверхности при нагреве.

Чем больше размер детали, сложнее ее конфигурация, выше напряжения, возникающие в ней в процессе работы, тем с большим количеством никеля применяют сталь для ее изготовления: 40ХНМ, 30ХН2МФ, 38ХНЗМФ и т.д

Молибден и волъфрам вводят в состав сталей также для уменьшении склонности к отпускной хрупкости. На рис.3 приведена диаграмма, позволяющая выбрать нужную марку стали, в зависимости от заданных прочности и размеров сечения.

Рис. 3.Диаграмма для выбора марок конструкционной стали в зависимости от заданной прочности и размера сечения детали:

1 - 30ХН3М; 2 - 30ХН3; 3 - 34ХМА; 4 - 33ХСА;

5 - 30Н3; 6 - 35ХА; 7 - 35СГ; 8 - сталь 30

4. Высокопрочные стали

С каждым годом растет потребность в материалах, обладающих высокой прочностью и вместе с этим необходимыми пластичностью и вязкостью. В обычных конструкционных сталях предел прочностив как правило, получают не более 1100–1200 МПа, так как при большей прочности сталь практически становится хрупкой.

Стали, в которых подбором химического состава и оптимальной термической обработки получаютв=18002000 МПа, называют высокопрочными.

Высокопрочное состояние может быть получено несколькими способами. Один из таких способов–легирование среднеуглеродистых сталей (0,4–0,5 % С) хромом, вольфрамом, молибденом, кремнием и ванадием. Эти элементы затрудняют разупрочняющие процессы при нагреве до 200–300 С. При этом получают мелкое зерно, что в свою очередь понижает порог хладноломкости, увеличивает сопротивление хрупкому разрушению. Например, сталь, содержащая 0,4 % С; 5 % Сг; 1 % Мо и 0,5 % V, после закалки в масле и низкотемпературного отпуска при 200 С имеет в=2000 МПа при =10 %,=40 % и КСU=0,3 МДж/м2.

Стали 30ХГСНА, 40ХГСНЗВА, 30Х2ГСНЗВМ и т.п. после термической обработки на структуру нижнего бейнита (закалка и низкий отпуск или изотермическая закалка) приобретают высокую прочность–такая обработка сообщает сталям меньшую чувствительность к надрезам. Прочность в=16001850 МПа при 1512 % и КСU=0,40,2 МДж/м2.

Высокая прочность легированных конструкционных сталей может быть получена и за счет применения термомеханической обработки (ТМО). Так, сталь 30ХГСА, 40ХН, 40ХНМА, 38ХНЗМА после НТМО имеют временное сопротивление разрыву до 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в 1,5–2 раза по сравнению с обычной термической обработкой. Объясняется это тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что и способствует повышению пластичности (охрупчивание при закалке сталей объясняется именно малой подвижностью дислокаций в мартенсите при значительном содержании в нем углерода).

Мартенситностареющие (Марэйджинг) стали. Эти стали сочетают высокие прочностные свойства с хорошей пластичностью и вязкостью. Достигается это легированием специальной термической обработкой. Их достоинства–высокая технологическая пластичность при обработке давлением в широком интервале температур; отсутствие трещинообразования при охлаждении с любыми скоростями после обработки давлением; хорошая свариваемость. Недостатком этих сталей является их склонность к ликвации.

Мартенситностареющие стали относятся к высоколегированным сталям. Основным легирующим элементом является никель (10–26 %). Кроме того, различаясь по составу, разные марки этих сталей содержат 7–9 % Со; 4,5–5 % Мо; 5–11 % Сг; 0,1–0,35 Аl; 0,15–1,6 % Тi; иногда ~0,3–0,5% Nb; 0,2 % Si, Mn; ~0,01 % S, Р каждого. Титан и алюминий вводят для образования интерметаллидов.

В мартенситностареющих сталях стремятся получить минимальное количество углерода (0,03 %), так как углерод, образуя с легирующими элементами карбиды, способствует охрупчиванию сталей; Кроме того, при этом понижается содержание легирующих элементов в твердом растворе. Термическая обработка таких сталей заключается в закалке с 800–860 С, охлаждении на воздухе и затем отпуске–старении.

Высокая стоимость легирующих элементов, а также дефицитность никеля и кобальта ограничивают широкое применение таких сталей. Поэтому появились так называемые «экономнолегированные» мартенситностареющие стали: Н8Х6МТЮ, 10Н4Г4Х2МЮ, Н12М2Л2ТЮ, Н8ГЗМ4 и др.

Мартенситностареющие стали используют для изготовления шасси самолетов, оболочек космических летательных аппаратов, прецизионных хирургических инструментов и штампов и т.д. Используют эти стали и для криогенной техники, так как и при отрицательных температурах они обладают высокой прочностью в сочетании с достаточной пластичностью.

Таблица 3. Состав и механические свойства мартенситностареющих сталей

5. Пружинно-рессорные стали

Основное требование к материалам, используемым для изготовления пружин, рессор, торсионных валиков и т.д.–сохранение в течение длительного времени упругих свойств. Пружинные стали должны иметь высокий предел упругости (уп), высокое сопротивление разрушению (Sk) и усталости при пониженной пластичности.

Рис. 4. Схема изменения прочности пружинных сталей в зависимости от температуры отпуска

Термически упрочняемые пружинно-рессорные стали обычно содержат 0,5–0,7 % С. Для менее ответственных пружин и пружин с мелким сечением витков применяют углеродистые стали по ГОСТ 1050–74. Для пружин более ответственного назначения и при большем сечении витков применяют легированные пружинные стали (ГОСТ 14959–79). Чаще всего пружинные стали легируют кремнием. Задерживая распад мартенсита при отпуске и упрочняя феррит, кремний создает высокое значение предела упругости. Кремнемарганцовистые и хромомарганцовистые стали (55СГ2, 50ХГ и др.) имеют хорошую прокаливаемость, и их применяют для изготовления пружин из прутков диаметром до 25 мм. Крупные наиболее ответственные пружины изготовляют из сталей 65С2ВА, 60С2ХФА.

Режим термической обработки назначают в зависимости от состава стали и условий работы пружин. Наиболее высокая упругая прочность достигается в результате среднего отпуска на тростит. При этом отношение уп/в становится близким к единице (рис. 4).

Для повышения выносливости пружин и рессор широко применяют дробеструйную обработку.

6. Шарикоподшипниковые стали

Детали шарикоподшипников (кольца, шарики, ролики) в процессе работы испытывают высокие удельные переменные нагрузки. Поэтому стали, используемые для их изготовления, должны иметь высокую прочность, износостойкость и высокий предел выносливости. Кроме того, к шарикоподшипниковым сталям предъявляют высокие требования по содержанию неметаллических включений (сульфидных, оксидных), макро- и микрополостей, ликвации, размеру и расположению карбидных включений. Это обусловлено характером работы шарикоподшипников. Указанные дефекты являются концентраторами напряжений, особенно если они находятся в поверхностных слоях деталей. Кроме того, при работе подшипников возможно выкрашивание неметаллических включений, что резко снижает долговечность подшипника.

Для изготовления шариковых и роликовых подшипников применяют высокоуглеродистую сталь, легированную хромом (табл. 4).

Таблица 4. Химический состав, %, шарикоподшипниковой стали

Маркировку ШХ следует расшифровывать как шарикоподшипниковую хромистую. Цифра показывает среднее содержание хрома в десятых долях процента.

Шарики и ролики небольших диаметров изготавливают из стали ШХ9. Из стали ШХ15–шарики диаметром больше 22,5 мм, ролики диаметром 15–30 мм, а также кольца всех размеров; ролики диаметром более 30 мм и кольца с толщиной стенки: более 15 мм–из стали ШХ15СГ.

Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников, работающих при больших ударных нагрузках (например, подшипников прокатных станов), применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А. При этом проводят глубокую цементацию, получая цементованный слой глубиной 5–10 мм.

7.Износостойкие стали

Износ деталей машин и аппаратов является сложным процессом. Типовыми случаями являются обычное трение скольжения и абразивный износ. В первом случае металл наклепывается с поверхности, поэтому износостойкость существенно зависит от способности металла наклепываться. Во втором случае, когда частицы металла вырываются с поверхности, износостойкость определяется твердостью и сопротивлением отрыву. Износостойкость может быть повышена химико-термической обработкой.

Графитизированные стали содержат повышенное количество углерода (до 1,75 %) и до 1,6 % Si. Кремний вводят как графитизирующий элемент. Часть углерода в этих сталях после графитизирующего отжига (напоминающего отжиг для получения ковкого чугуна) выделяется в виде графита. После термической обработки структура стали состоит из зернистого перлита с некоторым количеством мелких округлых включений графита. При неабразивном износе графит играет роль смазки, предотвращая сухое трение и схватывание. Кроме того, эти стали обладают антивибрационными свойствами.

Графитизированную сталь применяют для изготовления штампов, матриц, коленчатых валов, шаров, лопастей, дробеструйных аппаратов и т.д.

Высокомарганцовистые стали содержат около 1 % С и 12–13 % Мn, обозначают их так: сталь Г13Л (1,2 % С; 13 % Мn; 0,5 % Si) и сталь Г13Л (1,2 % С; 12 % Мn и 1 % Si). Буква Л означает, что сталь литая. Такая сталь имеет структуру аустенита с избыточными карбидами (Fe, Мn)3С. Выделяясь по границам, карбиды снижают вязкость и прочность стали. Поэтому обычно изделия подвергают закалке с 1050–1100 С в воде, получая структуру однородного марганцовистого аустенита (в=8001000 МПа; =4050 %; НВ=200250). Характерной особенностью марганцовистого аустенита является его повышенная склонность к наклепу. При деформации на 60–70 % твердость стали Г13 увеличивается до НВ 500 (рис. 6), что объясняется большими искажениями кристаллической решетки, дроблением блоков мозаики и даже образованием структуры мартенсита в поверхностных слоях.

Рис. 4. Влияние степени деформации на твердость стали Г13(1) и углеродистой стали 40 (2)

Сталь Гадфильда широко используют для изготовления деталей, испытывающих в процессе эксплуатации ударные нагрузки и износ одновременно. Вследствие большой вязкости аустенита эта сталь плохо обрабатывается режущим инструментом, изделия из нее изготавливаются главным образом литьем.

Из стали Г13 делают крестовины железнодорожных и трамвайных путей, зубья ковшей землечерпательных машин, траки гусеничных машин, щеки дробилок и др.

8. Строительные стали

Так как детали строительных конструкций соединяют сваркой, то основным требованием к строительным сталям является хорошая свариваемость. Поэтому строительные стали содержат до 0,25 % С. При более высоком содержании углерода в зонах, нагретых при сварке до температур выше критических, возможно образование структуры мартенсита. В этом случае наблюдается объемный эффект, что способствует образованию холодных трещин в зонах около сварных швов. Кроме того, углерод, расширяя интервал кристаллизации металла шва, способствует образованию горячих трещин в металле шва.

В качестве строительных сталей используют главным образом углеродистые стали обыкновенного качества марок Ст3, Ст4, имеющие т=200270 МПа.

Прочность строительных сталей повышается в результате легирования. Поскольку строительную сталь используют в больших количествах, то целесообразно вводить в ее состав дешевые легирующие элементы. Такими элементами являются марганец и кремний. Низколегированная строительная сталь содержит до 1,75 % Мn и до 0,7 % Si. Предел текучести увеличивается до 360380 МПа.

Низколегированные строительные стали, кроме улучшения механических свойств, имеют еще одно преимущество–пониженную критическую температуру перехода в хрупкое состояние. Эти стали могут работать до –40 С, а стали 10ХСНЛ и 15ХСНД, легированные дополнительно никелем и медью, и до –60 С.

9. Автоматные стали

Для неответственных деталей, производимых в большом количестве на станках-автоматах (болты, гайки, винты, втулки и т.д.), используют так называемые автоматные стали (ГОСТ 1414–75). В таких сталях допускается повышенное содержание серы и фосфора, поэтому они обладают меньшей вязкостью, благодаря чему стружка образуется короткая и ломкая, а поверхность обработанных сталей получается чистой и ровной. При изготовлении деталей из автоматных сталей можно допускать большие скорости резания.

Добавки свинца (0,25 %) улучшают обрабатываемость резанием (АС11, АС40). Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу, при температуре 1100–1150 С для устранения ликвации серы, тем самым исключается возможность красноломкости. Для повышения прочности автоматные стали иногда нагартовывают холодной протяжкой. В последнее время автоматные стали, кроме свинца, легируют и другими элементами: марганцем, хромом, никелем (А40Г, АС20ХГНМ и др.).

Таблица 5. Химический состав, %, автоматных сталей

Заключение к теме

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение.

Достоинства легированных сталей:

1. особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

2. улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям;

3. легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

4. возможно использование более "мягких" охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

5. повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

Исходные данные

При составлении технологических карт использованы: рабочие чертежи изделий, государственные отраслевые и республиканские стандарты на бетонные и железобетонные изделия, строительные материалы для изготовления, методы контроля и испытания материалов и изделий, требования безопасности труда; строительные нормы и правила на производство строительных конструкций, изделий и материалов; технические условия, инструкции и указания, нормы технического проектирования предприятия сборного железобетона (ОНТП-07-85), карты операционного контроля при производстве железобетонных изделий, обеспечивающие сведения о требуемом уровне качества изделий и отдельных выполняемых технологических операций, монографии, справочники и учебная литература по технологии бетона; требования по автоматизации производственных процессов.

В соответствии с требованиями настоящих технических условий балка изготавливается по рабочим чертежам серии 3.503-12 выпуск 15(19) “Цельносекционные балки длиной 12, 15, 18, 21 и 24 метра, армированные горизонтальными пучками и длиной 24 м и 33 м (высотой 1,5 и 1,7 м), армированные полигональными пучками, с натяжением пучков на упоры”. Они удовлетворяют требованиям ГОСТов: по прочности, жесткости, морозостойкости и трещиностойкости, по показателям фактической прочности бетона (в проектном возрасте, отпускной), по защите от коррозии, по маркам и классам сталей для закладных деталей и их положении в изделии, по применению стальных форм для изготовления изделий.

Материалы, применяемые для приготовления железобетонных балок, соответствуют требованиям действующих стандартов:

Цемент - ГОСТ 10178-76

Заполнители - ГОСТ 10268-80

Балки изготавливают из тяжелого бетона. Передачу усилий обжатия на бетон, т.е. отпуск напряженной арматуры, производят после достижения бетоном требуемой прочности (передаточной), устанавливаемой по ГОСТ в зависимости от фактической однородности бетона.

Технические требования к изделиям из стальной арматуры соответствуют ГОСТ 10922-75.

Общий вид конструкции

Схемы армирования и эскиз конструкции прилагаются.

Основные размеры балки:

l=33000 мм

b=1800 мм

h=1700 мм

где l – длина балки, h- высота балки, b-ширина балки.

Балки изготавливаем из тяжёлого бетона плотности 2400 кг/м3.

Отклонения размеров балок не превышают следующих показателей:

по длине балок 20 мм;
по ширине сечения поясов и по толщине полосок 3 мм;
по толщине стенок 10 мм;
по ширине опорной части 3 мм;
по высоте сечения 5 мм;
по толщине защитного бетонного слоя равного:
1. для проволочной и прядевой напрягаемой арматуры 5 мм;
2. для напрягаемой стержневой арматуры - 5 мм;
3. для поперечной арматуры 3 мм.

Внешний вид балок удовлетворяет требованиям, перечисленным ниже:

а) углы между торцевыми гранями и нижней гранью балок должны быть прямыми; отклонение от перпендикуляра допускается не более 2 мм на 1 м длины торцевой грани;

б) поверхности граней балок плоские; кривизна допускается на верхней, нижней и торцевых гранях балки не более 2 мм на 1 м; на остальных поверхностях - 3 мм на 1 м;

в) около кромок поясов и опорных рёбер допускаются на глубине не более 10 мм;

г) раковины  до 15 мм и глубиной до 5 мм допускаются не более двух на 1 м длины стенки или пояса.

Защитный слой бетона для рабочей арматуры обеспечивает совместную работу конструкции, а также защиту арматуры от внешних атмосферных воздействий.

Для продольной ненапрягаемой и напрягаемой рабочей арматуры, навиваемой на упоры, толщина защитного слоя в миллиметрах принимается не менее диаметра стержня или каната, но не менее 30 мм в балках и рёбрах с высотой 50 и более.

Толщина защитного слоя бетона у концов предварительно напряжённых элементов на длине зоны передачи напряжения составляет не менее 50 мм для стержневой арматуры класса АΙΙΙ.

Железобетонная балка запроектированы без диафрагм.

В проекте даны конструкции крайних и промежуточных балок. Крайние балки отличаются от промежуточных наличием односторонних выпусков арматуры из плиты проезжей части. Проектируемая балка является промежуточной, поэтому выпуски присутствуют с обеих сторон.

Свесы верхней бетонной плиты от оси балки – 90 см.

Балки пролётных строений изготавливаются на стендах с применением пучков арматуры, натягиваемой на упоры до бетонирования.

Напрягаемая арматура состоит из прямолинейных горизонтальных пучков. Каждый пучок состоит из 24 проволок диаметром 5 мм и снабжён двумя каркасно-стержневыми анкерами. Часть пучков «обрывается» в пролёте. «Обрыв» пучков осуществляется изоляцией концевых участков пучков промасленной плотной бумагой по битумной мастике, либо паклей (мешковиной), пропитанной в битуме. Также возможно применение трубок из термофита по жировой обмазке или любого другого материала при условии сцепления пучков с бетоном.

Для пролётных строений длиной 12, 15, 18 и 21 м дан вариант армирования семипроволочными стальными прядями диаметром 15 мм по ГОСТ 13840-68.

Передача арматурой предварительного напряжения на бетон предусмотрена при 80-90% прочности бетона заданной марки. Прочность бетона при передаче предварительного напряжения, а также величина контролируемого усилия в каждом случае указана на чертежах.

Верхняя плита армируется сварными сетками с постоянным шагом поперечных стержней 100 мм. Для усиления концевых участков плиты применяются арматурные стержни большего диаметра с тем же шагом.

Рёбра армируются плоскими сварными сетками с шагом для вертикальных стержней 100 мм на концевых участках и 200 мм на средних участках. Шаг горизонтальных стержней – 150 мм.

Нижние пояса балок армируются составными каркасами, состоящими из согнутых плоских сварных сеток. Шаг хомутов каркасов постоянны – 150 мм.

Все закладные детали должны иметь антикоррозийное покрытие в соответствии с СН 313-65.

3. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ

3.1. Вяжущие вещества

Класс бетона, отпускная прочность и другие специальные требования определяются условиями эксплуатации конструкции и указываются в рабочих чертежах и ТНПА на данный вид изделия. При проектировании состава бетона необходимо установить такое соотношение компонентов, которое бы обеспечило требования ТНПА, достаточную прочность, морозостойкость и др.

Марку цемента выбирают по СНБ 5.03.01 «Бетонные и железобетонные конструкции» в зависимости от требуемой прочности бетона на сжатие. Следует соблюдать рекомендуемые значения подвижности и жесткости смеси.

Выбор марки цемента является наиважнейшей задачей, при решении которой следует учитывать свойства цемента по: прочности, химической стойкости, тепловыделению, морозостойкости, водонепроницаемости.

Для экономии цемента рекомендуется использовать высокомарочный цемент, марка которого в 1,5-2 раза выше проектируемой марки бетона.

Допустимые и рекомендуемые марки цемента соответствует значениям, указанным в таблице 3.1

Таблица 3.1 Допустимые и рекомендуемые марки цемента

Класс бетона по прочности на сжатие.	Марки для цемента для бетона Rц
	Рекомендуемые	Допустимые
С8/10…С20/25	400	500
С25/30	500	550,600
С30/37	550	500,600
С35/45…С90/105	600	550,550

Вид цемента следует выбирать в соответствии с назначением конструкции и условиями эксплуатации, требуемого класса бетона, на основании стандартов, технических условии или документации на изделия с учетом ГОСТ 3051. СНиП 5.01.23 устанавливает минимальный и максимальный расход цемента в бетоне.

Таблица 3.2 Минимальный расход цемента Кг/м3

Вид смеси	Наибольшая крупность заполнителя, мм
	10	20	40	70
Особо жесткая (Ж>20 c)	160	150	140	130
Жесткая (Ж=10…20 с)	180	160	150	140
Малоподвижная (Ж=5…10 с)	200	180	160	150
Подвижная (ОК=1…10 см)	240	220	200	180
Очень подвижная (ОК=10…16 см)	250	230	210	190
Литая (ОК>16 см)	250	230	210	190

Минимальные значения механических характеристик цемента даны в таблице 3.3

Таблица 3.3 Минимальное значение предела прочности цемента при изгибе и сжатии

Обозначение цемента	Гаранти-рованная марка	Предел прочности, Мпа
		при изгибе в возрасте, сут.	при сжатии в возрасте, сут
		3	28	3	28
ПЦ-Д20, ШПЦ	400	-	5,4	-	39,2
	500	-	5,9	-	49,0
	550	-	6,1	-	59,0
	600	-	6,4	-	58,8
ПЦ-Д20-Б	400	3,9	5,4	24,5	39,2
	500	4,4	5,9	27,5	49,0
ШПЦ-Б	400	3,4	5,4	19,6	39,2

3.2. Заполнители для бетона.

Заполнители составляют от 60 до 80 % объема бетона и влияют на прочность, деформативность, водонепроницаемость, пористость, морозостойкость и др.

По крупности зерна разделяются на мелкие (песок с размерами зерен 0,14...5 мм) и крупные (гравий и щебень с размерами зерен свыше 5 мм). По плотности заполнители разделяются на тяжелые, особо тяжелые и легкие.

Для производства сборных бетонных и железобетонных изделий в качестве заполнителей используются тяжелые (плотные) и легкие (пористые) песок, щебень, гравий и щебень из гравия. Щебень, гравий и щебень из гравия, используемые в качестве крупных заполнителей для тяжелого бетона, должны соответствовать требованиям ГОСТ 26633.

Для каждой группы песков значения модуля крупности и полный остаток на сите № 063 должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Классификация песков по зерновому составу

Группа песка	Модуль крупности	Полный остаток на сите № 063, % по массе
Крупный	Свыше 2,5	Свыше 45
Средний	2,0...2,5	30...45
Мелкий	1,5...2,0	10...30
Очень мелкий	1,0...1,5	До 10

При выборе крупного заполнителя предпочтение следует отдать щебню. Применение гравия возможно только при соответствующем технико-экономическом обосновании. Для высокопрочных бетонов следует применять только щебень, прочность которого должна превышать среднюю прочность бетона не менее чем в 2 раза для бетона С20/25 и выше. Максимальная крупность зерен щебня (гравия) должна быть не более 1/3 минимального размера конструкции и не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры.

3.3. Вода для бетона.

Для приготовления бетонной смеси, промывки заполнителей и поливки твердеющего бетона должна использоваться вода, удовлетворяющая требованиям СТБ 1114. К вредным примесям, препятствующим нормальному схватыванию и твердению бетона, относят: сульфаты, кислоты, жиры, сахар и т.д.

В зависимости от типа конструкции и от вида армирования допускается содержание растворимых солей 3 000… 10 000 мг/л, сульфатов – 2000…5000мг/л, хлоридов – 650…4500 мг/л, взвешенных частиц – 2000…5000мг/л.. Водородный показатель воды (рН) — в пределах 4... 12,5 (ограничение показателя рН воды затворения бетона обусловлено тем, что при рН, равном 4 и менее, активно проявляется кислотная коррозия бетона, арматуры и железобетонных конструкций, а при рН воды более 12,5 — щелочная коррозия бетона).

Вода не должна также содержать примесей, влияющих на сроки схватывания и твердение цементного теста и бетонной смеси, снижающих прочность и морозостойкость бетона.

3.4 Добавки к бетону

Добавки к бетонам разделяют на химические, активные минеральные и тонкомолотые наполнители.

Активные минеральные добавки вводятся с целью повышения коррозионной стойкости цементного камня и бетона, и особенно при агрессии проточной воды малой жесткости, которая, выщелачивая гидрат окиси кальция из цементного камня, способствует разложению гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, разрушая структуру бетона.

Наполнители вводят с целью замены части цемента и уменьшения его расхода. Особенностью их является снижение активности цемента примерно на один процент на каждый процент введенной тонкомолотой добавки.

Тонкомолотые минеральные материалы (туф, трепел, апока, трасс, диатомит) также выступают в роли добавок, их вводят от 5% до 20%. В качестве пластифицирующих добавок широкое распространение получили ПАВ (поверхностно активные вещества): пластифицирующие гидрофильные (способствуют диспергированию цементного теста и тем самым улучшают его текучесть) например - сульфатно-спиртовая бражка (СДБ); гидрофобизирующие (вовлекают в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха и т. о. обеспечивают более высокую текучесть, пластичность, подвижность бетонной смеси) – пасты, полученные гидролизом жидких кислот древесного пека (мылонафт, асидол, натриевые соли). Они вводятся в количестве 0,02-0,1% от массы цемента.

Химические добавки к бетонам вводятся для улучшения технологических свойств бетонных смесей, ускорения твердения бетона или улучшения строительно-технических свойств бетонов: морозостойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и др.

Приготовление бетонной смеси с добавками отличается от приготовления обычной бетонной смеси тем, что в бетоносмеситель вместе с водой затворения подается количество добавки, необходимое на замес. Заранее приготавливают их водные растворы повышенной концентрации: 1...5 % — для воздухо-вовлекающих добавок и ВРП-1; 5...10 %-й — для пластифицирующих, пласти-фицирующе-воздухововлекающих и уплотняющих добавок, суперпластификаторов, а также для замедлителей схватывания; 10%-й — ускорителей твердения и ингибиторов коррозии стали; 10...20 %-й — для противоморозных добавок

3.5. Арматура.

Для армирования бетона используются в основном стальная арматура из углеродистых и низколегированных сталей.

Прутковую сталь поставляют в виде стержней длиной 6-12 м, а по особому заказу до 18 и даже до 25м, диаметром более 10 мм в пачках массой до 5т. В бухтах поставляют арматурную сталь диаметром менее 10 мм и длиной до 200 м, а также витую проволочную арматуру.

Механические свойства проволочной арматурной стали и изделий из неё в виде прядей и канатов характеризуются условным пределом упругости 0,01 и условным пределом текучести 0,2, при которых упругие деформации достигают соответственно 0,01 и 0,2% базы измерения при испытании на растяжение.

В предельно напряжённых конструкциях для полного использования прочности проволоки необходимо, чтобы условный предел текучести 0,2 приближался к временному сопротивлению. Высокопрочная проволока, пряди и колонны обладают переменной упругостью: 0,01  0,6в ,

0,2  0,8 в.

Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью, что важно в условиях работы конструкции под нагрузкой, а также при заготовке арматуры. Пластичность характеризуется относительным удлинением при её испытании на разрыв. Арматурная сталь не должна снижать при сварке механических свойств. Свариваемость стали характеризуется углеродным показателем. К хорошо свариваемым относятся горячекатаные стали с малым содержанием углерода - Ст-3, Ст-5.

МАРКИРОВКА БАЛОК

Железобетонная балка обозначается маркой в соответствии с требованием ГОСТ 20372-86. Балки настоящего выпуска обозначены марками, в которых указаны индекс, номинальный пролет и категория балки на несущую способность.

Маркировка проектируемой балки:

Пр-21Г-20, где

Пр - промежуточная балка с нормальными свесами плиты;

(Кр – крайняя балка с нормальными свесами плиты; Прк - промежуточная балка, стоящая на месте крайней)

18 (12, 15, 21, 24, 33, 41) – длина балки в метрах.

Г (П) – горизонтальные пучки, полигональные пучки.

5,6,7,9,10,12,14,20,26 – количество пучков или прядей напрягаемой арматуры.

УК – балки с уменьшенными свесами плиты.

Кроме этого должна быть предусмотрена маркировка балок:

А) по марке бетона на морозостойкость – 200,300,

Б) по расчётной температуре воздуха наиболее холодных суток, где будут эксплуатироваться балки до -30˚, до -40˚, до -50˚, ниже -50˚.

5. ЭСКИЗ КОНСТРУКЦИИ В АКСОНОМЕТРИИ

Выбранная схема армирования конструкции представлена на листах графического материала.

6. РАСЧЁТ МАССЫ БАЛКИ

Расчёт массы балки произведён на основе исходных данных с учётом выбранного варианта армирования, включая массу закладных деталей и других арматурных элементов (фиксаторов и стяжек). Двускатная балка обозначается маркой в соответствии с требованием ГОСТ 20372-86.

Принимаем сечение балки за тавровое. Площадь поперечного сечения состоит из площади верхней полки S1, стойки S2 , нижней части S3

S1 = 0,120·1,8 = 0,216 м2 ;

S2 = 0,24·1,36 = 0,3264 м2;

S3 = 0,12·0,62 = 0,075 м2;

Общая площадь: SБ = 0,216 + 0,3264 + 0,075 = 0,6174 м2

Объём балки: VБ = l·SБ = 21·0, 6174 = 12,9654 м3.

Балки изготавливаем из тяжелого бетона средней плотности 2,4т/м3 включительно.

Масса бетона в балке: Mб = VБ·ρб = 12,9654м3·2,4т/м3 = 31,12 т.

Масса стали в балке состоит из массы напрягаемой арматуры М1, массы ненапрягаемой арматуры М2 и массы закладных деталей М3: Мс = М1 + М2 + М3. Расчет массы стали приведен в разделе 7.

М1 = 650,3 кг, М2 = 1238,2 кг, М3 = 38,6 кг.

Мс = 650,3 + 1238,2 + 38,6 = 1927,1 кг ≈ 1,93 т.

Общая масса балки: МБ = Mб + Мс = 31,12 т + 1,93 т = 33,047 т

ВЫБОР ВАРИАНТА АРМИРОВАНИЯ, РАСЧЁТ МАССЫ МЕТАЛЛА

Спецификация напрягаемой арматуры в балке представлена в таблице 7.1

Таблица 7.1.Спецификация семипроволочных прядей и спиралей в балке

№ п/п элементов	Профиль	Длина	Количество	Общая длина
	мм	м	шт	м
1	Ø15П7	13200	4	88,8
2	Ø15П7	13200	6	133,2
3	Ø15П7	13200	8	177,6
4	Ø15П7	13200	8	177,6
5	Ø6АI	1500	52	78,0

Общая масса стали, состоящей из напрягаемой арматуры, в балке приведена в таблице 7.2.

Таблица 7.2.Выборка стали на одну балку

№ п/п	Профиль	Общая длина	Вес пог. м	Общий вес
	Мм	м	кг	кг
1	Ø15П7	577,2	1,11	641,0
2	Ø6АI	78,0	0,222	17,3
Итого	650,3

Итого, масса стали напрягаемой арматуры в балке М1 = 650,3 кг.

В случае использования ненапрягаемой арматуры в балке мы должны проармировать балку по двум вариантам. В первом варианте необходимо взять арматуру класса А-II, во втором варианте армируем балку арматурой класса А-III. Спецификации армирования по двум вариантам приведены в таблицах 7.3 и 7.4.

Таблица 7.3.Армирование балок с использованием стали класса А-II

Профиль мм	Масса, кг
	Арматурная сталь	Полосовая сталь	Всего
	Класса A-I	КлассаA-II
Ø 6 А I	43,3	-	--	43,3
Ø 8 A I	250,7	-	-	250,7
Ø 32 A I	70,8	-		70,8
Ø 10 A II	-	45,2	-	45,2
Ø 12 A II	-	489,6	-	489,6
Ø 14 A II	-	281,0	-	281,0
Ø 16 A II	-	187,2	-	187,2
- 300x12	-	-	32,2	32,2
Итого	364,8	1003,0	32,2	1400,0

Масса стали ненапрягаемой арматуры в армировании по первому варианту составляет 1400,0 кг.

Таблица 7.4.Армирование балок с использованием стали класса А-III

Профиль мм	Масса, кг
	Арматурная сталь	Полосовая сталь	Всего
	КлассаA-I	КлассаA-III
Ø 6 А I	43,3	-	-	43,3
Ø 8 A I	250,7	-	-	250,7
Ø 32 A I	70,8	-	-	70,8
Ø 10 A III	-	181,8	-	181,8
Ø 12 A III	-	472,2	-	472,2
Ø 16 A III	-	187,2	-	187,2
- 300x12	-	-	32,2	32,2
Итого	364,8	841,2	32,2	1238,2

Масса стали ненапрягаемой арматуры в армировании по второму варианту составляет 1238,2 кг.

Принимаем наиболее экономичный вариант армирования с использованием арматуры класса А-III, масса стали – М2 =1238,2 кг.

Расход металла на закладные детали представлен в таблице 7.5.

Таблица 7.5.Выборка стали на один элемент

Наименование	Марка позиц.	Профиль	Общая длина, м	Масса одного. п.м.	Общ. масса, кг	Свар-ные швы, п.м.
Закладная деталь	М-1	Ø16 АΙΙ	0,52	1,58	1,6	0,6
		-300×12	0,57	28,26	16,1
Стяжки	9	Ø6АΙ	0,16	0,222	0,036	-
	10	Ø6АΙ	0,2	0,222	0,045	-
	11	Ø6АΙ	0,25	0,222	0,056	-
	12	Ø6АΙ	0,3	0,222	0,067	-
Отдельный стержень	13	Ø12АΙI	0,5	0,888	0,45	-

Итого, вес стали на закладные детали составляет: М3 = (1,6 + 16,1)·2 + 0,036·2 + 18·0,045 + 4·0,056 + 4·0,067 + 4·0,45 = 38,6 кг.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ТЯЖЁЛОГО БЕТОНА С УЧЁТОМ ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

Проектируем состав бетона, который имел бы через 14 суток прочность при сжатии 58 МПа.

Прочность бетона через 28 суток нормального твердения, исходя из формулы RСЖ28 = RСЖ14 lg28 / lg14 =73,23 МПа.

Вид конструкции: железобетонная балка.

Способ формования: на виброуплотнение без пригруза.

Подвижность бетонной смеси, требуемая условиями работ, характеризуется осадкой конуса 5-8 см.

Допускаемая наибольшая крупность заполнителя: 40 мм.

Материалы: цемент - портландский с активностью в 14 суточном возрасте 58 МПа (в 28 суточном возрасте - 64,2 МПа);

нормальной густотой теста Кнг = 0,24 и плотностью ц = 3100 кг/м3.

Крупный заполнитель – щебень гранитный с плотностью в виброуплотнённом состоянии кв =1884 кг/м3, плотностью зёрен к = 2670 кг/м3 , пустотностью Пк = 0,285.

Зерновой состав: фракции

40-20 мм – 49,8 %

20-10 мм – 25,2 %

10-5 мм – 22,5 %

5-2,5мм – 2,5 %

Мелкий заполнитель: песок кварцевый с плотностью в виброуплотнённом состоянии пв = 1887 кг/м3; с плотностью зёрен п = 2645 кг/м3 и пустотностью Пп = 0,261.

Зерновой состав: фракции

10-5мм – 6,0

5-2,5 мм – 10,7%

2,5-1,25 мм -18,1%

1,25-0,63 мм – 32%

0,63-0,315 мм - 19,1%

0,315-0,14мм – 11,5%

менее 0,14 мм – 2,6%

1.Определяем максимальную насыпную плотность смеси заполнителей в виброуплотнённом состоянии:

 смв = Пкз·рпв + ркв·1 =0,285·1887 + 1884 = 2422кг/м3, где

Максимальная плотность смеси зёрен заполнителей равна

см=[рп+ркв·рк/(Пкз·рпв)]/[1+ркв/(Пкз·рпв)]= =[2645+1884·2670/(0,285·1887)]/[1+1884/(0,285·1887)]= 2664,45 кг/м3,

Минимальная пустотность смеси заполнителей.

Vпсм = (см -  смв )/см = (2664,45-2422)/2664,45=0,083 => 8,3%

Строим график изменения пустотности в зависимости от объёмов песка и щебня на 1м3 смеси заполнителей.

2.Определяем оптимальную пустотность Vп смеси заполнителей:

Принимаем Vпсм = 0,09м3, Vп = 0,314 м3, Vк = 0,985 м3, тогда П1 = 1887·0,314 = 593 кг– масса песка, К1 = 1884·0,985 = 1856 кг–масса крупного заполнителя.

Vп ≥1,1·Vк·Vпк= 1,1·1·0,285 = 0,314 м3, принимаем Vп=0,314 м3.

3.Определяем суммарную площадь зёрен крупного заполнителя и песка с учётом каждой фракции заполнителя и величины её удельной поверхности:

Sсм=Sк+Sп=0,001·(П1·Рni·Sni+К1·Ркi·Sкi)= 0,001·[593·(10,7·9,4 + 18,1·18,5 + +32·33,0 + 19,1·66,0 + 11,5·129,0 + 2,6·261,0) + 1856·(49,8·1,35+ 25,2·2,7 + +22,5·5,4)] = 3390,64м2,

где Ркi , Рni - содержание каждой фракции крупного и мелкого заполнителей в %,

Sкi , Sni – удельная поверхность i-ой фракции крупного заполнителя и песка.

4.Находим объём цементного теста для приготовления 1 м3 бетонной смеси и выход бетона.

Vб =1+0,000013· Sсм= 1 + 0,000013·3390,64= 1,044 м3;

Vт=(Vпсм+0,000013· Sсм)/ Vб =(0,09+0,000013·3390,64)/1,044=0,128 м3.

5.В связи с тем, что объём бетона вследствие раздвижки зёрен заполнителей цементным тестом получается больше чем 1м3, проводим корректировку расхода заполнителей по выходу бетона:

П2 = П1/ Vб =593/1,044 = 568 кг; К2 = К1/ Vб =1856/1,044 = 1778кг.

6.Общая водопотребность заполнителей в кг:

Вз=0,0001(П2·Рni·Вni+К2·Ркi·Вкi)=0,0001·[568·(10,7·0,32 + 18,1·0,788 + +32·1,32 + 19,1·2,65 + 11,5·5,04 + 2,6·10,4) + 1778·(49,8·0,77+ 25,2·0,93 + +22,5·1,21)] = 26,9 кг,

где Вni, Вкi – общее водопоглащение песка и крупного заполнителя.

7.Определяем количество воды, адсорбированной на поверхности зёрен заполнителей:

Вад=0,0001(П2·Рni·Вnадi+К2·Ркi·Вкадi)=0,0001·[568·(10,7·0,376 + 18,1·0,76 + +32·1,32 + 19,1·2,65 + 11,5·5,04 + 2,6·10,4) + 1778·(49,8·0,27+ 25,2·0,51+ +22,5·0,81)] = 19,03 кг,

где Вnадi ,Вкадi - количество воды, адсорбирующейся на i-ой фракции песка и крупного заполнителя.

8.Определяем расход цемента для приготовления 1 м3 бетонной смеси при =1,2, где  - относительное водосодержание цементного теста:

Приведенная плотность цемента:

п = 1000/(1000/рц - 0,012 + 0,263*Кнг) = 1000/(1000/3100 – 0,012 + +0,263·0,24) =2676 кг/м3;

Ц1=(1000·Vт-Вад)/{1,02·(1000/рп+Кнг(-0,293)}=(1000·0,128-19,03)/{1,02·[1000/2676+ 0,24·(1,2 – 0,293)]} = 180,65 кг.

9.Определяем водоцементное отношение бетонной смеси:

(В/Ц) =·Кнг+Вз/Ц= 1,2·0,24 + 26,9/180,65= 0,44.

10. Находим проектную прочность бетона для приготовления бетонной смеси с использованием обычных способов уплотнения.

Rсж=Кпер·К3·Rц/([(1+1,65·Кнг)·(В/Ц)/Кнг]-1,65·Кнг);

Кпер- переходной коэффициент для пересчета результатов определения марки цемента от жестких растворов к пластичным по ГОСТ 3104-81, принимаемый в зависимости от водопотребности цемента, при Кнг=0,24 Кпер=1,55;

К3 - коэффициент, учитывающий вид крупного заполнителя, при щебне К3=1,13.

Rц – активность цемента, МПа.

Rсж=1,55·1,13·58/([(1+1,65·0,24)·0,44/0,24]-1,65·0,24)= 46,95 МПа.

11. Уточняем объём цементного теста, т.к. вычисленный расход цемента ниже допустимого, и ввиду необходимости получения осадки конуса 5-8 см повышаем расход цемента, принимая Дц=2,7:

Vтц=1,02·Ц1·(1+Дц)·[1000/рц+Кнг·(–0,293)]/1000;

где Дц – добавка к цементу в % от цемента.

Vтц=1,02·180,65·(1+9)·[1000/2676+0,24·(1,2–0,293)]/1000=0,11 м3

12. Определяем объёмы песка и крупного заполнителя, осадку конуса:

Vп = П2/рпв=568/1887 = 0,3 м3;

Vк = К2/ркв= 1778/1884 = 0,94 м3;

r = Vп/ (Vп +Vк)= 0,3/(0,3+ 0,94) = 0,24;

ОК= 20·r·рбсм·Vту·(–0,876)/0,774=20·0,24·2,4·0,11·(1,2–0,876)/0,774 = =5,3 см, где ОК- осадка стандартного конуса, см;

рбсм – средняя плотность бетонной смеси, принимаемая 2,4 кг/м3.

13.Уточняем выход бетонной смеси

Vбс=Ц1·(1+Дц)/рц+П2/рп+К2/рк+(В/Ц)·Ц1(1+Дц)/рв, где рв –плотность воды, рв=1000 кг/м3,

Vбс = 180,65·(1+9)/3100+568/2645+1778/2670+0,44·180,65·(1+9)/1000=

=2,26 м3.

14. Определяем расход материала на 1 м3 бетона (кг). Т.к. выход бетонной смеси больше 1 м3,то расход материалов на 1 м3 бетона составит:

цемента Ц =Ц1·(1+ Дц)/ Vбс =180,65·(1 + 9) / 2,26 = 800 кг;

песка П = П2/ Vбс = 568 / 2,26 = 251,33 кг;

крупного заполнителя К = К2/ Vбс =1778 / 2,26 = 786,73 кг;

вода В = Ц1·(1+Дц)·(В/Ц)/ Vбс =180,65·(1+9)·0,44/2,26= 352 л.

В результате проведённых расчётов получили, что для приготовления 1 м3 бетонной смеси необходимо

Ц = 800 кг;

П = 252 кг;

К = 787 кг;

В = 352 кг.

РАСЧЁТ РАСТВОРА РАБОЧЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОБАВОК БЕТОННОЙ СМЕСИ.

Расход раствора добавки повышенной концентрации (л) на 1 м3 бетона определяют по формуле

где Ц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг; Д — дозировка добавки (% от массы цемента); Кр — концентрация приготовленного раствора добавки, %; р — плотность приготовленного раствора добавки, кг/м3.

Расчетный расход воды корректируют с учетом ее расхода на приготовление раствора добавки повышенной концентрации. Поэтому с учетом воды в добавке рабочий расход воды на затворение 1 м3 бетона (л) определяют по формуле:

где Вф— расчетный расход воды на 1 м3 бетона, л.

При приготовлении бетонной смеси одного и того же состава в течение не менее одной смены целесообразно заранее готовить водные растворы добавок рабочей концентрации, которую устанавливают при расчете состава бетона, а их расход (л) на 1 м3 бетона определяют по формуле

Растворы добавок рабочей или повышенной концентрации готовят в емкостях посредством растворения и последующего разбавления твердых, пастообразных или жидких продуктов. Для ускорения растворения веществ воду рекомендуется подогревать до температуры 40...70 °С и растворы перемешивать, а твердые вещества при необходимости дробить.

После полного растворения вещества проверяют плотность полученного раствора и доводят до заданной добавлением вещества или воды. Рекомендуется определять плотность жидкости посредством денсиметра (ареометра). Денсиметр погружают в раствор до тех пор, пока масса вытесненной жидкости не станет равна его массе. Деление шкалы, против которой будет находиться поверхность жидкости, укажет значение ее плотности.

Необходимо рассчитывать изменение плотности в зависимости от температуры раствора по формуле

где ррэ — замеряемая плотность раствора, кг/м3;

рр — плотность раствора при 20°С, кг/м ;

Крt - температурный коэффициент плотности раствора;

t — температура раствора в момент определения его плотности, °С.

Необходимое количество жидкого продукта (л) для раствора добавки

где V — объем приготовляемого раствора, л;

Сд — содержание безводного вещества добавки в 1 л жидкого концентрата добавки, кг.

Количество воды (л), необходимое для заправки емкости запаса,

На производстве возникает необходимость решить следующие задачи: приготовить запас (с учетом беспрерывной работы предприятия) раствора рабочей концентрации для затворения бетонной смеси; определить расход концентрированного раствора добавки для затворения 1 м3 бетонной смеси.

Добавки вводят в бетонную смесь для улучшения её технологических свойств, ускорения или замедления твердения бетона, улучшения морозостойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и др., а также уменьшения расхода цемента за счёт введения активных наполнителей до 40%. При введении их надо учитывать, что активность цемента может быть снижена на 1% введения добавки.

В бетоносмеситель вместе с водой затворения подаётся расчётное количество добавки, для этого заранее приготавливаются водные растворы добавок повышенной концентрации, а именно 1-5%-ый для воздухововлекающих добавок; 50%-ый для пластифицирующих, пластифицирующе-воздухововлекающих, уплотняющих и супер-пластификаторов, замедлителей схватывания; 10%-ый для ускорителей твердения, ингибиторов коррозии стали; 10-20%-ый для противоморозных добавок.

В курсовом проекте необходимо приготовить раствор рабочей концентрации для затворения бетонной смеси с использованием смесителя вместимостью 1200 л, при расходе цемента на замес Ц = 800 кг, воды В = 352 л. В качестве добавки использовать СДБ в количестве 0,19 % от массы цемента.

По технологическим нормам (картам) для смесителя принудительного действия принимаем 30 замесов в 1 ч. Запас рабочего раствора добавки 4.5 ч. Определяем объём ёмкости для приготовления рабочего раствора СДБ в воде:

Vp = B·n· =352·4.5·30 = 47520л,

где n – количество замесов в 1 ч;

 - время запаса рабочего раствора.

Принимаем объём ёмкости 47,5 м3.

Рассчитываем необходимое количество СДБ в л:

P = Vр·Ц·Д/100·В·Сд = 47500·800·0,2/(100·352·0,041) = 5268 л.

Необходимое количество воды для заправки ёмкости:

Взапр = Vр – P = 47500 – 5268 = 42232 л.

Для приготовления объёма рабочей концентрации объёмом 47500 л необходимо смешать 5268 л раствора СДБ и 42232 л воды.

Расход раствора рабочей концентрации СДБ на замес бетоносмесителя при плотности раствора добавки 1,017 г/см3 составит

Qp = (100·B + Ц·Д)/100·р = (100·352 + 800·0,2)/(100·1,017) = 347,7 кг.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ.

Бетонные смеси на предприятиях сборного железобетона получают в бетоносмесительных цехах. Производство бетонных смесей может быть организовано как в стационарных, так и в перебазируемых или мобильных установках. По принципу действия различают бетоносмесительные установки цикличного и непрерывного действия. Для первых характерны периодически повторяющиеся операции загрузки, перемешивания и выгрузки, для вторых - непрерывность указанных процессов.

В состав бетоносмесительных цехов или бетонных заводов входят склады цемента и заполнителя, установки для приготовления добавок, расходные бункеры для образования оперативного запаса материалов, транспортное оборудование, аппаратура для базирования компонентов, смесительное оборудование и устройства для выдачи бетонной смеси, устройства автоматического управления и контроля, вспомогательные установки (энергетическое хозяйство, компрессорная, отопительная система).

Цемент поступает на склад с помощью различных транспортных средств, специализированных автомобилей (автоцементовозов, опрокидных цементовозов), обычных крупных вагонов.

Из цементовозов бункерного типа цемент самотёком через люки выгружается в приёмные устройства складов. Разгрузку цементовозов-цистерн производят с помощью сжатого воздуха, для выгрузки цемента из крытых железнодорожных вагонов применяют механические или пневматические способы разгрузки. Более совершенен пневматический способ. Он основан на перемещении взвешенных частиц материала движущимся потоком воздуха. Характеризуется герметизацией и отсутствием потерь цемента, лучшими условиями труда, компактностью, полной механизацией.

Заполнители бетона хранятся в складах открытого, закрытого и комбинированного типа. В зависимости от рода транспортных средств доставки заполнителей склады разделяются на прирельсовые, безрельсовые и береговые.

Заполнители выгружают с помощью погрузчиков с железнодорожных платформ или подают в приёмный бункер непосредственно из саморазгружающихся вагонов и автосамосвалов. Из приёмных бункеров с помощью ленточных конвейеров заполнители поступают в расходные бункеры бетоносмесителей. На складах в зимнее время подогревают песок, а в некоторых случаях и крупный заполнитель. Температура подогрева заполнителя колеблется в зависимости от вида и марки цемента. Максимальная допустимая температура заполнителя при разгрузке в смеситель и применения обычного портландцемента, а также его разновидностей не должна быть выше 50 ºС.

Запас заполнителя принимают в зависимости от характера его доставки, как и для цемента, он рассчитан на 5-10 суток, однако может храниться и более продолжительное время. Потребность в заполнителях, как и в цементе, при проектировании склада определяется на основе подборки состава бетона. Ориентировочно на 1 м3 тяжелого бетона требуется 0,45 м3 песка и 0,9 м3 щебня или гравия.

Дозирование - это процесс отмеривания количества исходных материалов при выгрузке их в смеситель. Дозирование компонентов бетонной смеси должно выполняться с точностью, обеспечивающей достижение необходимых проектных свойств бетона. При приготовлении бетонной смеси дозированным способом компоненты дозируют по массе; воду и жидкие добавки можно дозировать по массе и по объёму. Точность дозирования цемента, воды и добавок может отклоняться от расчётной не более чем на 2%, заполнителей - не более чем на 2,5%. Этим условиям должны удовлетворять не менее 80% замеров.

Дозаторы характеризуются по характеру работы на цикличные и непрерывного действия, а по принципу действия - на объёмные, весовые и смешанные; по способу управления - с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением. Выбор типа дозаторов определяется компановкой бетоносмесительной установки, видом бетоносмесителя, количеством марок смеси и другими факторами. Важнейшим условием достижения требуемых свойств бетона является постоянство водоцементного отношения. Необходимое условие стабилизации В/Ц - учёт влажности заполнителя, которая даже при благоприятных условиях может колебаться от 10% до 15%, а при неблагоприятных может достигать 20% - 30%. Влажность заполнителей определяют обычно высушиванием проб 1-2 раза в сутки. Наиболее перспективным является нейтральный метод определения влажности заполнителя. Он позволяет контролировать влажность в интервале 1,5% – 10% непрерывно, с точностью 0,2% – 0,3%.

Для однородности бетонной смеси её перемешивают. Для перемешивания компонентов бетонной смеси широко применяют циклические бетоносмесители. В такие бетоносмесители загружают новый замес, который может быть загружен лишь после выгрузки из бетоносмесителя предыдущего готового объёма смеси. Оптимальная продолжительность перемешивания зависит от состава и характеристик смеси.

Бетонные смесительные узлы завода компонуют в большинстве случаев по вертикальной схеме с однократным загружением материалов в расходные бункеры. Высота здания цеха достигает 25-30 м. Материалы попадают в надбункерный этаж с помощью ленточных конвейеров. Для подачи заполнителей, цемента и др. используются также поворотные воронки, для порошкообразных материалов - лотки и пневматический транспорт. В последнем случае для очистки воздуха от цементной пыли применяют циклоны.

Расходные бункеры делятся на отсеки. Для крупных заполнителей предусматривают обычно три отсека, для мелких заполнителей и цемента - по два. С целью свободного перемещения сыпучих материалов углы наклона днищ бункеров выполняют больше углов естественного откоса соответствующих материалов. Углы наклона днищ, как правило, составляют не менее 55 - 60º, чтобы не было зависания заполнителей при повышении влажности, а на стенках нижней части бункера устанавливают вибрационные свободообрушители. В бункерах предусматривают также устройства для аэрации цемента (подобие решетки) и указатели уровней заполнения отсеков бункера.

Запас материалов в исходных бункерах принимают обычно для заполнителей на 1-2 часа, цемента - 2-3 часа. Дозаторы сухих компонентов бетонной смеси загружают их из соответствующих отсеков бункера. Вода поступает в дозатор из установленного под ним бака, наполняемого из водопроводной магистрали. Водные растворы добавок поступают в дозатор с помощью циркуляционного трубопровода от установок по приготовлению добавок.

Смесители загружают сухими компонентами по рукавному желобу с перекидным клапаном, готовую смесь из бетоносмесителей выгружают в раздаточные бункеры, вместимость которых должна быть не менее 2-3 замесов.

На заводах сборного железобетона бетонную смесь транспортируют к месту потребления различными способами: мостовыми кранами или автокранами, самоходными бетоновозами, перемещая по рельсовому пути, ленточными конвейерами, пневматическими устройствами. В цехах с высокомеханизированным производством применяют бетонораздатчики.

Максимальная высота подачи бетонной смеси при ее выдаче на транспортные средства должна быть не более 2 м. Использование пневматических установок может оказаться радикальным при подаче бетонной смеси

1- Доставка щебня песка и щебня с выгрузкой на ковшевой ленточный конвейер с которого материалы попадают на склад заполнителей.
1` - Доставка цемента к складу и транспортирование его в резервуары.
2- Заполнители на ленточном конвейере из склада попадают в раздаточный бункер.
2`-транспортирование цемента со склада в раздаточный бункер.
2``- Создание раствора добавки рабочей концентрации.
3- Дозирование компонентов бетона и подача их в бетономешалку.
4- Сборка, очистка и смазка форм, перевозка к бетонораздатчику
5- Укладка и уплотнение бетона
6- Перевозка в цех термообработки
7- Извлечение готовых изделий из форм.
8- Выдержка изделий
9- Складирование.
10- Маркировка и транспортирование.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Технологический процесс производства сборных железобетонных изделий состоит из ряда самостоятельных операций, объединяемых в отдельные процессы.

Операции условно подразделяют на основные, вспомогательные и транспортные. К основным операциям относят: приготовление бетонной смеси, включая подготовку соответствующих материалов; изготовление арматурных элементов и каркасов; формование изделий, куда входит и армирование; тепловую обработку отформованных изделий из форм и подготовка форм к очередному циклу; отделка и обработка лицевой поверхности некоторых видов изделий и т.п.

Кроме основных технологических операций на каждом этапе производят вспомогательные операции: получение и подачу пара и воды, сжатого воздуха, электроэнергии, складирование сырьевых материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, пооперационный контроль и контроль качества готовой продукции и др.

К транспортным относятся операции по перемещению материалов, полуфабрикатов и изделий без изменения их состояния и формы.

На заводах сборного железобетона приняты поточные методы организации технологического процесса, сущность которых состоит в том, что весь процесс расчленяется на отдельные операции, которые выполняются в строгой последовательности на определённых рабочих местах (постах), оснащённых специализированным оборудованием. На каждом рабочем месте в соответствии с принятыми методами обработки, оборудованием и организационным строением выполняется одна или несколько близких между собой технологических операций.

Технологический процесс при изготовлении железобетонных изделий организуют по трём основным способам: агрегатно-поточному, конвейерному, стендовому и кассетному.

Сущность стендового метода состоит в том, что формование и твердение изделий осуществляется в стационарном положении на стенде или специальной установке без перемещений, а все материалы, формирующее и другое технологическое оборудование, а также обслуживающие его рабочие звенья перемещаются от одной формы на стенде к другой; за каждым стендом или формой закрепляется одно или несколько технологически однородных изделий. Этот способ требует больших производственных площадей, усложнения механизации и автоматизации производства, высоких трудозатрат. Стендовый способ позволяет производить широкую номенклатуру изделий при сравнительно несложной переналадке оборудования.

Стенды для изготовления бывают длинные и короткие. Длинномерные линейные изделия с напряжённым армированием формуют на длинных стендах длиной 75 м и более, а также на коротких стендах, имеющих длину, равную одному изделию, а ширину двум и более.

Длинные стенды применяют для одновременного изготовления нескольких одинаковых изделий в формах, располагаемых одна за другой и образующих единую формовочную линию. На этой линии укладку и натяжение арматуры, а также бетонирование и твердение изделий, осуществляют сразу по всей длине стенда.

Разновидностью коротких стендов являются металлические силовые формы, на которых изготавливают предварительно напряжённые изделия.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Приготовление бетонной смеси осуществляется в установках-смесителях принудительного типа СМЖ.

Предварительно, до подачи бетонной смеси на стенд, осуществляются следующие виды работ: чистка формы и вкладышей от остатков предыдущего бетона с помощью щёток и скребков, затем, на поверхность формы наносится смазка ("Эмульсол"), форма собирается, вставляются стержни (армирование конструкции). Сначала арматура подвергается предварительному напряжению с помощью домкратов. Создается преднапряжение до 110%, выдерживается 5 мин и отпускается до 100%, после идёт установка арматурных каркасов, сеток и вкладышей с помощью крана. После этого форма готова для додачи, а армирование конструкции подлежит освидетельствованию ОТК.

Бетонная смесь по бетонным течкам попадает на тележку бетоновозной эстакады, перегружается в бетонный раздатчик, передвигающийся по рельсам. Выгрузка бетонной смеси из ёмкости бетонного раздатчика осуществляется с помощью вибратора. Бетонораздатчик перемещается над стендом и заполняет форму цельноперевозимой балки бетонной смесью в два приёма. Уплотнение бетонной смеси осуществляется с помощью глубинных вибраторов.

После уплотнения бетонной смеси открытая поверхность изделий заглаживается. Когда изделие готово, стенд закрывается крышкой и подвергается тепловой обработке по режиму:

2 + 3 + 6 + 2.

2 - предварительная выдержка;

3 - подъём температуры;

6- изотермическая выдержка;

2 – охлаждение изделия до 20 ºС.

По окончании тепловой обработки производится передача напряжения арматуры на бетон, достигший 100% прочности. Передача напряжения на бетон осуществляется при помощи электродуговой сварки. Готовое изделие с помощью мостового крана подается на пост выдержки изделий где производится ремонт, покраска и маркировка изделий, которые потом принимается ОТК. Качественные балки после приемки грузятся на тележку и вывозятся на склад готовой продукции. Складирование осуществляется согласно ГОСТ 20372-66.

Цемент может доставляться в вагонах бункерного типа (m= 60 т) или в обычных крытых, а также в цементовозах-цистернах, в автоцементовозах, а также водным транспортом. Затем с помощью пневматического, механического или аэрационно-пневматического транспорта подаётся в силосы для хранения. Доставка осуществляется, когда цемент находится во взвешенном состоянии, т.к. цемент высокодисперсная система. Давление компрессора 0,3 МПа. Диаметр силоса 5м, вмещаемый объём 250т, высота силоса 15м. Воздухо-цементное отношение по объему 0,6. В фильтре создается давление, очищенный воздух выходит и цемент осядет, а затем по распределению заполняет силоса. Далее по трубопроводу посредствам сжатого воздуха подается в дозатор (2ДБУ-1000). Затем цемент в определенных пропорциях подаётся в бетоносмеситель принудительного действия СБ-138А.

Песок и щебень на завод могут поступать на платформах, в специальных саморазгружающихся четырёхосных полувагонах-гондолах с люками в полу или бортовой части, в опрокидных вагонах (думпкарах), а также автотранспортом и речным транспортом (в баржах). Выгрузка производится гравитационным способом, сталкиванием или черпанием. Затем по ковшово-ленточным конвейерам подается в приёмный бункер склада заполнителей, затем через весовые дозаторы подается на руковной желоб с вентилем, после чего попадает в приёмные бункеры. Затем с этих бункеров подаётся на дозаторы (обычно 2ДБП-1600 и 2ДБЩ-1000). Дозатор для воды (2ДБЖ-400). С дозаторов заполнитель подаётся в бетоносмеситель непрерывного действия. Перемешивание происходит 2 минуты. После приготовления смеси посредствам бетоновозной эстакады цементная смесь попадает в раздаточный бункер, который передвигается по рельсовому пути (вместительность 2-3 замеса).

В формовочном цехе перед бетонированием производят очистку форм, смазку, натяжение арматуры, установку каркасов и сеток, закладных деталей и строповочных петель. Далее формы наполняют бетоном и происходит виброуплотнение с помощью навешиваемых на неё вибраторов. После уплотнения балки попадают в камеры для последующей экзотермической обработки в течение 11 часов. После этого опалубки извлекают из пропар-камеры и проиходит распалубка изделий. После распалубки производят выдачу изделия, приёмку ОТК и далее транспортируют на склад готовой продукции.

ПОДГОТОВКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФОРМЫ

Процесс формования изделий – важнейшая стадия их изготовления на заводах сборного железобетона. Процесс формования изделий состоит из сборки, очистки и смазки форм и бортовой оснастки, установки и фиксации арматурного каркаса в форме, натяжения арматуры на упоры, укладки, распределения и уплотнения бетонной смеси в форме, а также отделки открытой поверхности изделия и, наконец, извлечения готового изделия из формы после тепловой обработки.

После каждого цикла формования формы чистят и смазывают. Для очистки форм и поддонов применяют машины, рабочими органами которых являются цилиндрические щётки из стальной проволоки, абразивные круги и инерционная фреза из металлических колец. Машины с относительно мягкими металлическими щётками применяют после каждого цикла формования. Машины с жёсткими щётками используют не чаще одного раза в 2-3 месяца.

Поддоны можно очищать по двум схемам: первая – когда машина передвигается над поддоном, вторая – если поддон перемещается под машиной. Для очистки разделительных стенок кассетных форм применяют передвижную шлифовочную машину.

Для очистки форм применяют также химический способ, который основан на свойстве некоторых кислот, например соляной, разрушать цементную плёнку. Химическую очистку можно производить не чаще одного раза в год

На качество ж/б изделий влияет сцепление бетона с поверхностью форм. Один из способов уменьшения сцепления – использование смазок. Смазка должна удовлетворять следующим требованиям: иметь консистенцию, позволяющую наносить её распылителем или кистью на холодные и горячие (до 40-50°C) поверхности сплошным тонким слоем (0,1-0,3 мм); обладать достаточной адгезией с металлом форм, быть достаточно водостойкой и не смешиваться с бетоном, не оказывать вредного действия на твердеющий бетон, не оставлять пятен на поверхности изделий, не вызывать коррозии рабочей поверхности формы, не создавать антисанитарных условий в цехах и быть безопасной в пожарном отношении.

На заводах применяют три вида смазок: водные и водно-масляные суспензии (известковые, глиняные, меловые и шлаковые), водно-масляные и водно-мыльные эмульсии (эмульсол), машинные масла, нефтепродукты и их смеси.

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.

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 её консистенции, конструкции, и типа форм, способа нанесения смазки, качества поверхности смазк Для смазки опалубки допускается применение проверенных на практике составов типа прямой эмульсии, обратной эмульсии и т.д.

Рекомендуется также вместо смазки поверхность опалубки покрывать полихлорвиниловым пластикатом толщиной 2-3мм.

Покрытие может быть выполнено также оклейкой опалубки листами пластиката. Покрытие поверхности опалубки пластикатами должно предусматриваться при её изготовлении, чтобы сохранить опалубочные размеры конструкции.

УПЛОТНЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Бетонная смесь обладает рыхлой нестабильной структурой с высокой пористостью и большим объёмом вовлечённого воздуха. Необходимое условие получения однородного по плотности и прочности бетона – уплотнение бетонной смеси на стадии формования изделий.

В процессе формования и уплотнения частицы бетонной смеси находятся под воздействием силового поля, слагаемого из сил тяжести частиц и внешнего силового воздействия, оказываемого на частицы. Вместе с тем, частицы находятся под воздействием внутренних сил в системе (сил трения, межмолекулярные и др.).

Оптимальное соотношение между силами тяжести частиц и внешним силовым воздействием – необходимое условие качественного формования и уплотнения бетонной смеси, которое зависит в основном от реологических свойств, а также от формы изделия и его насыщенности арматурой.

Основными способами механического воздействия на бетонную смесь с целью её уплотнения являются вибрирование, прессование и центрифугирование.

Виброуплотнение. Виброформование сводится к разрушению сложившейся первоначальной структуры бетонной смеси и переводу её в состояние пластично-вязкого течения, при котором смесь подчиняется действию силы тяжести, свободно растекается, хорошо заполняет форму, самоуплотняется и приобретает более плотную структуру.

Прессование. При прессовании происходит принудительное перемешивание и взаимное сближение твёрдых частичек бетонной смеси, характеризуемое большим или меньшим объёмным сжатие системы.

Центробежное формование. Сущность этого метода в том, что форма вместе с загруженной в неё бетонной смесью вращается вокруг своей продольной оси с заданной скоростью. Под действием развивающихся центробежных сил частицы смеси отбрасываются к стенкам формы, прижимаются к ним, и смесь распределяется равномерным слоем в форме.

Применяемые методы и механизмы для уплотнение бетонной смеси должны обеспечить высококачественную укладку бетона.

Для уплотнения бетонной смеси допускается применение глубинных и навесных вибраторов или вибропригруза для уплотнения плиты. В нашем случае используется вибрирование с пригрузом (амплитуда колебаний (0,35±0,03) мм, частота колебаний - 50 Гц).

Режим вибрации ( амплитуда, частота и время вибрирования), а также шаг установки навесных вибраторов должны обеспечивать необходимое качество уплотнения бетонной смеси, равномерное её уплотнение по длине изделия.

Признаком достаточного уплотнения является появление на поверхности формуемого изделия цементного молока. Режим обработки плиты поверхностным вибратором и длительность повторного вибрирования должны быть выбраны опытным путём так, чтобы под верхней плитой не появлялись горизонтальные трещины.

Для обеспечения высококачественного формования изделий из жёстких бетонных смесей, рекомендуется на заводах МЖБК применять объёмное виброуплотнение бетонной смеси с помощью резонансных виброопалубок, виброплощадок, виброподдонов и вибропригрузов, а также других проверенных устройств для интенсивного уплотнения бетонных смесей.

УСКОРЕНИЕ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Тепловая обработка балок пролётных строений для ускорения твердения бетона должна проводиться так, чтобы было исключено разрыхление структуры бетона, обезвоживание поверхностного слоя бетона, образование температурно-усадочных трещин, а также понижение морозостойкости бетона.

Может применяться тепловлажностная обработка в камерах (пропаривание в паровоздушной среде с относительной влажностью не ниже 0,96).

Рекомендуется применение водотепловой обработки с орошением изделия водой, температура которой следует за температурой среды. Допускается применение обогреваемой опалубки при условии. Что система обогрева ( водяная, масляная, электрическая или иная ) обеспечивает необходимое регулирование теплового режима и устранение обезвоживания закрытой поверхности бетона путём орошения водой.

Изделие может передаваться в камеры ускоренного отвердения как в опалубке, так и после снятия боковых щитов опалубки.

Пр изготовлении балок пролётных строений с применением стационарной раскрывающейся опалубки на посту формования, с целью ускорения набора распалубочной прочности целесообразно применять умеренный (до 30˚ - 40˚ С) подогрев отформованного изделия при условии, что будет исключено температурное разрыхление структуры бетона и образование в изделии температурных трещин.

Во избежание температурного разрыхления структуры бетона должны соблюдаться следующие ограничения:

а) до начала подъема температуры опалубки или до помещения в камеру, изделие выдерживается при температуре укладки бетона до приобретения структуры, способной воспринять воздействия, вызываемые неодинаковым расширением воды затворения и твердых составляющих принагревании. Это время должно быть подобрано опытным путем для данного цемента и состава бетона, но не должно быть меньше 2 часов для бетонов без добавок и 4 часов – для бетонов с добавками ССБ, СДБ и СНВ;

б) скорость повышения температуры среды или обогреваеиой опалубки в течении первых двух часов не должна превышать 5 градусов в час, в последующие два часа скорость может быть повышена до 10 град./час, в последующий период – до 15 град./ час.

Для снижения вероятности образования температурно-усадочных трещин рекомендуется соблюдать следующие ограничения:

а) в системе обогрева опалубки должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие равномерную (с допуском ± 5 °) температуру боковых щитов опалубки;

б) ограничивать силовые и температурные выгибы катучего стенда как при установке и снятии боковой опалубки, так и при возникновении разности температуры между верхним и нижним поясами хребтовой балки в процессе прогрева изделия на посту бетонирования. Это достигается применением катучих стендов со средними опорами, поддомкрачиванием стендов на посту бетонирования, поддомкрачиванием стендов на посту тепловой обработки и на посту обжатия бетона, выравниванием температуры среды в камере и другими проверенными способами.

в) не следует допускать подсушивания открытой поверхности изделия, в частности – верхней плиты, подогреваемой снизу опалубкой, что влечет за собой опасность образования усадочных напряжений в плите. Для обеспечения этого условия рекомендуется применять орошение водой, температура которой следует за температурой среды или обогреваемой опалубки.

Температура среды в пропарочной камере при установке в нее балок не должна превышать температуры бетона более чем на 10 °.

Время изотерического прогрева зависит от принятого режима пропаривания и определяется опытным путем. Температура среды или опалубки в период изотермического прогрева не должна превышать 70 °С при пропаривании без орошения.

Снижение температуры среды в камере (или обогреваемой опалубки) при охлаждении изделий должно производиться со скоростью, не превышающей 10 град./час – при обработке изделий в паровоздушной среде без орошения.

Перепад между температурой среды в камере (или температурой обогреваемой опалубки) и температурой воздуха в цехе или на полигоне, куда поступает изделие, не должен превышать 20 градусов, если твердение изделия происходило в паровоздушной среде без орошения.

При передаче изделия из отапливаемого цеха на холодный склад перепад температур среды не должен превышать 20 градусов, если твердение изделия происходило в паровоздушной среде без орошения.

Отсутствие температурно-усадочного трещинообразования при принятых способах и режимах ускоренного твердения должно быть проверено опытным путем для конкретных условий данного завода путем изготовления пробного изделия при испытательных температурных нагрузках. Испытательные температурные нагрузки осуществляют путем повышения на 10 % принятой температуры изотерического прогрева и скорости снижения температуры среды.

Рекомендуется применять устройства для тепловой обработки, снабженные автоматическими регуляторами температурного режима.

ОПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Пооперационный контроль на заводах ЖБИ осуществляется производственно-техническим персоналом цехов под методическим руководством и при участии ОТК, с привлечением заводской лаборатории. Для каждого вида выпускаемых изделий должны быть составлены технические карты, в которых отражаются требования к качеству материалов, полуфабрикатов, а также к условиям и режимам при выполнении отдельных операций технологического процесса. С учетом этих карт составляют специальные карты пооперационного контроля, в которых устанавливаются основные этапы производственного контроля, его объекты и содержание, а также способы контроля на данном этапе.

Первым этапом в пооперационном контроле является проверка качества материалов и полуфабрикатов при поступлении их на завод. Начинается она с проверки наличия всех технологических документов, прибывших вместе с материалами. Порядок отбора проб от каждой прибывшей партии материала и способы лабораторных испытаний устанавливаются и осуществляются согласно ГОСТ.

Контроль качества изготовления арматурных сеток, каркасов и металлических закладных деталей осуществляется производственно-техническим персоналом арматурного цеха. Проверке подлежит правильность размеров, качество и прочность сварных соединений.

Проверяется соответствие марки и вида применённой стали, диаметра, числа и взаимного расположения стержней требованиям проекта, а также соответствие мест установки и способа анкеровки закладных деталей и монтажных петель. Окончательная приёмка арматурных изделий производится работниками ОТК на месте их изготовления. По их же требованиям осуществляются лабораторные испытания сварных соединений.

Контроль качества приготовления бетонной смеси заключается в проверке правильности дозирования её составляющих и тщательности перемешивания смеси, а также в проверке правильности дозирования её составляющих и тщательное перемешивание смеси, проверка подвижности или чёткости бетонной смеси. В зимнее время подлежит контролю температура подогрева составляющих и самой смеси при выходе ее из бетоносмесителя при укладке в формы. Дозирование составляющих является одним из ответственных этапов технологического процесса производства сборного ЖБ.

От точности дозирования цемента, заполнителей, вида различных добавок зависит качество бетонной смеси.

Подлежит систематическому контролю влажность заполнителей, с учетом которой производится уточнение и корректировка дозировки составляющих бетонной смеси. Для контроля влажности песка применяют приборы ВП-1. Контролируют также однородность бетона, транспортирование смеси от места ее приготовления к месту укладки, качество формования изделий. Арматурные стали должны обладать достаточной пластичностью, что важно по условиям работы конструкции под нaгpyзкой, а также при заготовке арматуры. Пластичность характеризуется относительным удлинением при ее испытании на разрыв. Арматурная сталь не должна снижать механических свойств при сварке. К хорошо свариваемым относятся горячекатанные стали с малым содержанием углерода - Ст-3, Ст.5 и 10ГТ

Проверяется соответствие марки и вида примененной стали , диаметра, числа и взаимного расположения стержней требованием проекта, а также соответствие мест установки и способа анкеровки закладных деталей и монтажных петель. Окончательная приемка арматурных изделий производится работниками ОТК на месте их изготовления. По их же требованиям осуществляются лабораторные испытание сварных соединений.

Контроль также предусматривает: проверку исправности собранных форм, их очистку и смазку, правильность укладки смеси в форму, режим уплотнения смеси, величину предварительного натяжения арматуры. Для определения амплитуды и частоты колебаний виброплощадки или других вибрирующих элементов можно применять ручной вибратор Вр-1.

Контроль степени уплотнения можно осуществлять электрическим, механическим и равнометрическими методами с применением различных приборов.

Контролируют также режим тепловой обработки. Во время тепловой обработки должен вестись систематический контроль температуры с помощью дистанционных термометров, термографов и автоматических программных регуляторов. Контроль прочности бетона к концу тепловой обработки, качества лицевой обработки изделий после расформовки, а также качества обработки и отделки поверхностей изделий.

Пооперационный контроль осуществляется на основе разрабатываемых на заводе технологических карт по каждому виду продукции.

ОСНОВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Разновидностью коротких стендов являются металлические силовые формы, на которых изготавливают предварительно напряжённые изделия

ПОРЯДОК ПРИЁМОЧНОГО КОНТРОЛЯ, СКЛАДИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МОСТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ.

Приёмочный контроль сборных железобетонных конструкций производится по совокупности показателей качества, обеспечивающих требуемые потребительские свойства конструкции.

Балки должны быть приняты ОТК предприятия изготовителя. Результаты приёмочного контроля и испытаний должны быть записаны в журнале ОТК или заводской лаборатории. Приёмка балок должна производиться в соответствии с ГОСТ 13015-1 и ГОСТ 20372-90. Исходя из этих документов балки принимают:

- по результатам периодических испытаний (по показателям прочности и трещиностойкости, жёсткости балок, морозостойкости балок из бетона, пористости, а также по водонепроницаемости бетона);

- по результатам приёмочных испытаний - по показателям прочности бетона (классу бетона по прочности на сжатие, передаточной и отпускной прочности), по средней плотности бетона, соответствия арматурных и закладных деталей рабочим чертежам, по прочности сборных соединений, точности геометрических параметров, толщине защитного слоя бетона, ширине раскрытия трещин, категории бетонных поверхностей.

Периодическое испытание балок загружением для контроля их прочности, жёсткости и трещиностойкости проводят перед началом массового изготовления балок и в дальнейшем при возникновении в них конструкционных изменений в соответствии с ГОСТ 13015,1.

В процессе серийного производства балок испытания нагружением проводят не реже одного раза в 10 дней. Испытания двухскатной балки длиной до 7800 мм включительно в процессе их серийного производства допускается не проводить.

Текущий приёмный контроль балок следует выполнять неразрушающими методами, приём балок производится партиями. Партия должна состоять из балок, изготовленных предприятием по одной технологии из материалов одного вида и качества, размер партии не должен превышать 50 балок. Партия балок оценивается по результатам поштучного приёмного контроля изделий.

При проверке прочности бетона методами неразрушающего контроля фактическую передаточную и отпускную прочность бетона на сжатие определяют ультразвуковым методом по ГОСТ 176424 или приборами механического действия по ГОСТ 22690. Морозостойкость - по ГОСТ 10060-77. Водонепроницаемость определяют по ГОСТ 12730 и ГОСТ 12730-5; методы контроля и испытания сварных и закладных деталей по ГОСТ 10922-75 и ГОСТ 23858-79; изменения натяжения напрягаемой арматуры - по ГОСТ 22362-77. Потребитель имеет право произвести повторный выборочный или поштучный контроль качества балок, применяя при этом порядок и правила приёмки, установленные в настоящей технологической карте и перечисленные в стандартах.

Складирование, хранение и транспортирование цельноперевозимых балок производится в соответствии с требованиями по ГОСТ 13015.4-84 и рабочих чертежей балок.

При транспортировании цельноперевозимых балок необходимо соблюдать места опирания и строповки конструкции, не допускать образования консольных свесов, длина которых превышает разрешённые проектом размеры. Балки, изготовленные для эксплуатации при расчётной температуре ниже 40°С, разрешается вывозить с завода при достижении бетоном 100% прочности.

Хранятся балки на специальных складах, складирование должно осуществляться таким образом, чтобы маркировка была у торца.

Перевозятся балки на специально приспособленных автомобилях в соответствии с правилами перевозки грузов автомобильным транспортом Республики Беларусь. Балки транспортируются в рабочем состоянии.

ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Стендовая схема производства характеризуется тем, что фopмование и твердение изделий осуществляется на стендовых постах без их перемещении за время производственного цикла. Все материалы и механизмы, необходимые для формования, твердения, распалубки и съёма изделий сгруппированы в одном месте. Для этой схемы характерно применение простого универсального оборудования, перечисленного в таблице 19.1.

Таблица 19.1 Универсальное оборудование, применяемое при стендовой схеме производства.

Наименование

Тип, марка

Краткая технологическая характеристика

Бетоносмеситель принудительного действия
Дозатор весовой для щебня
Дозатор весовой для песка
Дозатор для воды
Бункер раздаточный
Формы балок
Кран мостовой электрический
Устройство для автоматической смазки
Молоток стропильный
Ведро
Кельма
Шпатель
Строп 4-х ветвевой
Лом монтажный
Лопата стропильная

СБ-138А

2ДБЩ-1600

2ДБП-1600

2ДБЖ-400

СМЖ-2В

СМЖ-162А

7114/12

ГОСТ 11042-72

ГОСТ 20558-82

ГОСТ 20558-83

ГОСТ 8533-81

4СК1-15

ГОСТ 1405-83

ГОСТ 3620-76

Ёмкость 1200л

Предел взвеш. 400-1600кг

Предел взвеш. 80-400кг

Емкость 2,4 м3

Масса 2750 кг

Грузоподъёмность 12,5т

Для смазки форм

Длина с ручкой 300 мм

Емкость 10л

Грузоподъемность 5т

Длина 1180 мм

Длина 1150 мм

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРАВИЛ ОХРАНЫ ТРУДА.

Освещённость рабочих мест должна соответствовать строительным нормам и правилам. Все технологические операции выполняются в строгом соответствии с инструкциями по безопасному производству работ и под контролем сменного мастера. Рабочие должны иметь исправную спецодежду, применять индивидуальные защитные средства, предусмотренные в технологическом процессе; инструктаж на рабочем месте производится один раз в квартал и при изменении характера работ; очередная проверка знаний, безопасных методов работ у рабочих проводится один раз в год комиссией; мастеру и бригадиру помимо "Положения о функциональных безопасностях", производственных инструкций на все виды работ необходимо руководствоваться производственной инструкцией №101 и инструкцией по технической эксплуатации каждого вида оборудования. Все рабочие должны быть закреплены расположением по ходу цеха за мастерами; на каждый вид оборудования вывешивают таблицы о закреплении. В формовочных цехах и других помещениях, где используются вибрационные и ударные механизмы, выполняются мероприятия по устранению вибрации и снижению уровня шума. Должны быть вывешены инструкции, предупреждающие плакаты и памятки.

Нагрузка и разгрузка цельноперевозимых балок должны быть выполнены под руководством инженерно-технического работника, специально назначенного приказом. Все съёмные грузозахватные приспособления до их использования или после ремонта должны подвергаться осмотру и испытанию нагрузкой в 1-2,5 раза превышающую их номинальную нагрузку с длительностью выдержки 10 мин. Результаты осмотра съёмных грузозахватных приспособлений и тары заносятся в журнал осмотра и учёта. При погрузке балок шофёр выходит из кабины автомашины. Не допускается подъём балок, примёрзших к земле, засыпанных слоем грунта. Подъём балок производится за петли подъёма; после заводки крюков в петли стропильщик обязан отойти в сторону от поднимаемой конструкции; подъём балок должен осуществляться с применением верёвок- оттяжек; при перевозке стропильной балки специализированным автотранспортом необходимо соблюдать требования, определяемые "Правилами дорожного движения". Строповка балок грузозахватными приспособлениями, не предусмотренными проектом, запрещается.

В производственных и вспомогательных зданиях независимо от степени загрязнения воздуха необходимо предусматривать естественную или принудительную вентиляцию. В формовочных цехах и других помещениях, где используются вибрационные и ударные механизмы особое внимание необходимо уделить устранению воздействия вибрации на работающих и снижению уровня шума.

Режим работы предприятия - 265 дней в году. Количество рабочих суток - 250, 15 суток отводятся на капитальный ремонт.

Две рабочие смены в сутки.

Продолжительность рабочей смены составляет 8 часов.

Баланс рабочего времени:

Вр = 250·2·8 = 4000 часов в год.

График пересменки бригад при 2-х сменной работе на производстве двускатной балки для промышленных зданий:

1 смена - с 7:00 до 15:30;

2 смена - с 15:30 до 24:00.

Обеденный перерыв должен составлять 30 минут.

1 смена - с 11:00 до 11:30;

2 смена - с 19:30 до 20:00.

Время на личные потребности рабочих - через каждые 2 часа, после начала рабочей смены, по 15 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была проделана большая работа. Во введении описывается новая технология тепловой обработки железобетонных изделий с помощью солнечной энергией. Использование солнечной энергии для термообработки строительных изделий при их производстве является одним из самых эффективных способов тепловой обработки, и его можно применять не только в южных регионах стран СНГ, но также и в более северных регионах.

В соответствии с нормативно-технической документацией («Типовые конструкции и детали зданий и сооружений», серия 3503-12,выпуск 15(19)) и учебной литературой разработана технологическая карта изготовления цельноперевозимой железобетонной балки пролётом 21 м, высотой 1,6м, армированной горизонтальными пучками с натяжением пучков на упоры.

Предоставляется эскиз балки в аксонометрии с описанием всех размеров, описываются все особенности конструкции.

В соответствии с правилами маркировки железобетонных балок, данная балка маркируется как ПР-21Г-20, что значит: промежуточная балка длиной 21 м, армированная 20 горизонтальными пучками напрягаемой арматуры под расчетную нагрузку I категории.

Подробно описываются требования ко всем используемым материалам: цементу, арматуре, воде, песку, заполнителю и добавкам. Приводятся спецификации напрягаемой и ненапрягаемой арматуры в балке. В случае ненапрягаемой арматуры выбирался выгодный вариант армирования с использованием арматуры класса АIII.

Масса всей балки, полученная путём её расчёта, равна 61,69 т; 1,93 т которой составляет сталь напрягаемой, ненапрягаемой арматуры и закладных деталей, 32,4 – бетон.

Для изготовления балок запроектирован бетон (для приготовления 1м3 бетона): цемента - 536 кг; песка - 399 кг; щебня – 1281 кг; воды - 236 кг.

Водоцементное отношение равно 0,453.

Рассчитан расход раствора рабочей концентрации добавки СДБ в количестве 0,15% от массы цемента, с содержанием сухих веществ – 15% на замес бетоносмесителя при плотности раствора СДБ 1,067 г/см3 , который составит 221,93 л.

Технологический процесс при изготовлении железобетонной балки осуществляется по стендовому способу.

При натяжении рабочей арматуры применяют электротехнический способ. Температура нагрева - 400 ºС, продолжительность нагрева - 5 мин.

В курсовом проекте используемый метод уплотнения – виброуплотнение с пригрузом.

Тепловая обработка происходит по режиму:

2 + 3 + 6 + 2:

2 - предварительная выдержка;

3 - подъем температуры;

6 - изотермическая выдержка при температуре 85-95°С;

2 – охлаждение изделия до 20 ºС.

По окончании тепловой обработки производится передача напряжения арматуры на бетон, достигший 100% прочности. Готовое изделие с помощью мостового крана подаётся на пост выдержки изделий где производится ремонт, покраска и маркировка балок, которые потом принимаются ОТК.

Балка подвергается пропариванию в камерах при нормальном атмосферном давлении пара и температуре 80°C. Продолжительность тепловой обработки - 12 ч.

При подготовке форм используется смазка «Эмульсол», удовлетворяющая необходимым требованиям: имеет консистенцию, позволяющую наносить её распылителем или кистью на холодные и горячие (до 40-50°C) поверхности сплошным тонким слоем (0,1-0,3 мм); обладает достаточной адгезией с металлом форм, достаточно водостойкая и не смешивается с бетоном и др.

Контроль используемых материалов в полном объёме обеспечивает требования ГОСТов.

Изготавливаемая балка по основным габаритам соответствует проекту. Отсутствуют сколы, трещины, внешний вид соответствует СНиПу.Углы между торцевыми гранями и нижней гранью прямые (отклонение от перпендикуляра не более 2 мм на 1 м длины торцевой грани); поверхности граней плоские, без раковин, выбоин и сколов.

ЛИТЕРАТУРА

Ахвердов И.Н. «Технология железобетонных изделий и конструкций специального назначения» - Мн.: Наука и техника, 1993. – 240 с.
Ю.М. Баженов, А.Г. Комар. «Технология бетонных и железобетонных изделий»- М.: Стройиздат, 1984. – 632 с.
Методическое пособие к курсовому проектированию по дисциплине «Технология производства мостовых конструкций» для студентов специальности Т.19.03- «Строительство дорог и транспортных объектов» Минск, БГПА 1999г. – 14 с.
ГОСТ 10181.0-81, ГОСТ 10181.4-81. Бетонные смеси.
СНИП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
Типовые конструкции и детали зданий и сооружений серия 3.503-12, выпуск - 15(19).
Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона ОНТП-07-85 / Минстройматериалов СССР.- М., 1986. – 52 с.
Рекомендации по тепловой обработке тяжелого бетона с учетом активности цемента при пропаривании / НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1984. – 42с.
Руководство по применению химических добавок в бетоне / НИИЖБ Госстроя СССР.- М.: Стройиздат, 1980. – 55 с.
Руководство по технологии формования железобетонных изделий/ НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1977. – 995 с.
Руководство по технологии изготовления предварительно напряженных

железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1975.- 67 с.

СНиП 3.04-80. Техника безопасности в строительстве. Правила производства и приёмки работ / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1982. - 255с.

1. КЛІНІКО-ПАТОГЕНЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ДИФЕРЕНЦІЙОВАНОГО ПІДХОДУ ДО КОРЕКЦІЇ
2. Тема- СевероКавказский экономический район Цель- изучить особенности экономикогеографического положен
3. Программирование для ЭВМ а основная литература- Борковский А
4. Калмыцкая художественная литература и фольклор
5. Музыкальные произведения Роберта Шумана и Петра Чайковского
6. . Индекс потребительских цен используется при определении
7. Нефтегазовый сектор Определяющее влияние на положение нефтегазового сектора российской экономики ока
8. Лабораторная работа 20 2 часа Базы данных и системы управления базами данных База данных это организова
9. Тема-[[УстройствоТО и ремонт автомабильных шин]]
10. ций зданий и сооружений
11. 1Все тела состоят частиц 2Частицы находятся в непрерывном хаотичном движении 3Между частицами одновре
12. Расчет потребности в готовой продукции в региональные распределительные центры
13. БЖД. Определение
14. .1. Видеомониторы Видеомонитор дисплей или просто монитор средство отображения текста и графики
15. Фінансові ресурси підприємств, їх склад і характеристика
16. Реферат- Хозяйственная деятельность предприятия (отчет о практике по пансионату Янтарь)
17. Плодородие почвы
18. Загальна характеристика витрат на вирбництво продукції надання послуг Витрати виникають в процесі форму
19. варианта П о к а з а т е л и Nc шт.html
20. Судебная реформа 1864 года

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе