Расчет состава бетона. расчет состава бетона. Методическое пособие для студентов специальности 1 70 01 01 Производство строительных изделий и конструкций
 Скачать 268.21 Kb.
|
|
Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Технология бетона и строительные материалы» КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «В Я Ж У Щ И Е В Е Щ Е С Т В А» Методическое пособие для студентов специальности 1 70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» Минск 2010 УДК 666.972.017:53 Дзабиева Л.Б. Курсовое проектирование по дисциплине «Вяжущие вещества. Методическое пособие для студентов специальности 1 70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций». – Мн.: БНТУ, 2010. 35 с. Методическое пособие к курсовому проектированию включает в себя требования к содержанию и оформлению пояснительной записки и графической составляющей проекта, расчеты формовочных масс и расхода сырьевых материалов в производстве портландцемента, строительной извести, изделий на основе автоклавных вяжущих. Методики расчетов основаны на современных технологических инструкциях и согласуются с нормами технологического проектирования соответствующих предприятий. Приводятся примеры для иллюстрации рассмотренных методик расчета, что способствует приобретению студентами навыков технологического проектирования. Рецензенты: А.А. Куприянчик, И.И. Тулупов © Дзабиева Л.Б., 2010 ВвдениеПроизводство строительных изделий и конструкций базируется на использовании вяжущих веществ воздушного, гидравлического и автоклавного условий твердения, гидратационного, коагуляционного и полимеризационного типов структурообразования. Поэтому при подготовке инженеров специальности 1 –70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» изучение курса «Вяжущие вещества» предшествует циклу основных технологических дисциплин специализации. Задача курса – формирование такого объема знаний, умений и навыков в области вяжущих веществ, который позволил бы будущему инженеру строительной индустрии профессионально использовать их в производстве строительных изделий и конструкций. В свою очередь, изучение данной дисциплины базируется на теоретических положениях дисциплин общепрофессионального цикла: неорганической, физической, коллоидной химии, минералогии и строительного материаловедения. Курс «Вяжущие вещества» носит, в основном, материаловедческий характер и только кратко касается технологических проблем получения вяжущих, детально изучаемых при подготовке инженеров-технологов силикатной промышленности. Поэтому в курсовом проектировании на первый план выдвигаются задачи оценки свойств вяжущих материалов согласно требованиям соответствующих нормативно-технических документов, умение прогнозировать их поведение в различных условиях эксплуатации, что позволит будущему специалисту принимать грамотные решения при разработке технологий получения новых строительных материалов и изделий или совершенствовании технологических параметров производства традиционных строительных изделий. Однако, поскольку свойства вяжущих формируются в технологических процессах их получения, при курсовом проектировании ставится также задача изучения основных параметров технологии получения различных вяжущих веществ. При этом устанавливается связь основных технологических параметров (состава сырьевых смесей, температуры их обжига, тонкости помола сырьевых материалов и готового вяжущего и т.д.) с эксплуатационными показателями вяжущих конкретной области применения. Особое внимание должно уделяться ресурсосберегающим и экологически безопасным технологиям, соответствующим современному уровню научно-технического прогресса в области вяжущих веществ. Выполнение курсового проекта по «Вяжущим веществам» способствует достижению названных целей. При работе над курсовым проектом следует руководствоваться положениями стандарта СТП БНТУ 3.01-2003 «Курсовое проектирование. Общие требования и правила оформления». Образец оформления титульного листа курсового проекта приведен в приложении. 1. ТЕМЫ И ЗАДАНИЯ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1.1. Тематика курсового проектирования охватывает разнообразные виды вяжущих, выпускаемых предприятиями республики или используемых для производства строительных изделий и конструкций: – гипс строительный; – композиционные гипсовые вяжущие; – известь строительная воздушная; – вяжущие автоклавного твердения для производства изделий плотной и ячеистой структуры с различными кремнеземистыми компонентами; – портландцемент бездобавочный и с активными минеральными добавками; – разновидности портландцемента: дорожный, сульфатостойкий, пластифицированный, гидрофобный, белый, цветной, быстротвердеющий, высокопрочный, шиферный, песчанистый и др.; – тампонажные цементы; – пуццолановые портландцементы; – шлакопортландцементы нормально- и быстротвердеющие, сульфатостойкие; – расширяющиеся и напрягающие цементы. 1.2. Задание на курсовое проектирование, выдаваемое кафедрой, включает вид выпускаемой продукции, годовую производительность предприятия, характеристику основного сырья: все эти сведения студент обязан использовать при проектировании в точном соответствии с заданием. Если же в проектных расчетах необходимы дополнительные данные, не приведенные в задании, студент самостоятельно или по согласованию с руководителем проектирования принимает их по справочникам, инструкциям, нормам проектирования и другой технической литературе со ссылкой на нее в тексте. В задании на проектирование кафедрой указываются даты выдачи задания и сдачи студентом готового проекта для проверки руководителем, а также календарный график работы над проектом. Длительность проектирования составляет обычно пять недель. Дата защиты проекта назначается преподавателем, руководившим проектированием. Курсовой проект состоит из пояснительной записки (ПЗ) и графической части. ПЗ (30-35 с.) содержит следующие разделы: – введение (1-2 с.); – характеристика продукции (3-4 с.); – технологическая часть (20-25 с.); – техника безопасности и охрана труда (2-3 с.); – список использованной литературы (1 с.). Графическая часть проекта представляется на листе формата А1 с изображением технологической схемы получения вяжущего. 2. СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ 2.1. Введение. Приводится краткий обзор развития производства заданного вида продукции, его перспективы, зарубежный опыт, основные достижения технологической науки и практики. 2.2. Характеристика продукции Приводятся сведения о физических, технологических, механических и других эксплуатационных свойствах продукции в соответствии с действующими стандартами, техническими условиями или другой нормативно-технической и справочной литературой, ссылки на которую указываются по тексту и полностью поименовываются в библиографическом списке. Основные характеристики желательно приводить в виде таблиц. 2.3. Технологическая часть Структура раздела Технологическая часть является главной составляющей ПЗ. Она включает не только технологические вопросы, но и элементы организации производства и состоит из следующих последовательно расположенных подразделов: – требования к сырьевым материалам и расчет состава сырьевой смеси; – принципиальная технологическая схема производства вяжущего (с указанием основных технологических параметров производства) и описание технологического процесса, включая график тепловой обработки; – расчет материального баланса цеха по производству вяжущего, включающий три этапа: 1) выбор режима работы, 2) расчет производственной программы цеха по заданной производительности, 3) расчет расхода сырья для выполнения производственной программы с учетом производственных потерь. – описание работы основного технологического оборудования. Требования к сырьевым материалам, используемым для производства вяжущего и расчет состава сырьевой смеси составляются на основе действующих технологических инструкций, норм технологического проектирования, технологического кодекса установившейся практики, справочников и другой нормативно-технической и специальной литературы с обязательной ссылкой на них в тексте. Методики и примеры расчета составов сырьевых смесей для производства различных вяжущих приведены в разделе 3. Принципиальная технологическая схема производства показывает, из каких сырьевых материалов, с помощью каких технологических операций может быть получен конечный продукт – вяжущее требуемых параметров. Последовательность операций показывается стрелками, на схеме указываются основные технологические параметры процессов (температура, консистенция массы, текучесть, тонкость помола, диаметр частиц и т.п.). В скобках указывают оборудование, применяемое при осуществлении данного технологического процесса. В схему не включаются транспортные операции и накопительные процессы, кроме случаев, когда они необходимы для протекания технологически значимых изменений в материале при его вылеживании, например, магазинирование клинкера. Ниже на рисунках 1 и 2 приведены примеры составления принципиальных технологических схем для производства портландцемента и вяжущих автоклавного твердения из конкретных сырьевых материалов. Если сырьевые материалы в задании на проектирование отличаются от них, в схему нужно внести соответствующие изменения. Принципиальная технологическая схема затем подробно комментируется в описании технологического процесса производства, где дается обоснование принятым технологическим решениям. Например, пусть на принципиальной технологической схеме указана тонкость помола извести до удельной поверхности Sуд = 6000 см2/г. Надо пояснить, что это решение соответствует технологической инструкции, дав ссылку на нее, и объяснить, почему требуется такая высокая дисперсность негашеной молотой извести, какие последствия для качества продукции может иметь недостаточная степень ее измельчения. Другой пример. При разработке технологической схемы производства белого портландцемента принимается температура обжига сырьевой смеси 1600 ºС, что значительно выше обычной (1450-1500 ºС). Требуется пояснить, чем вызывается такая особенность технологии, базируясь на характеристике исходного сырья, в котором содержится пониженное количество плавней (соединений железа), особенностями минералогического состава белого клинкера и т.д. Здесь же приводятся графики тепловой обработки сырьевых смесей и полуфабрикатов: для автоклавной обработки в координатах давление, температура – длительность процесса (для каждой стадии); для цементного производства приводится график распределения температур по длине вращающейся печи, аналогично для производства извести и гипса. Расчет материального баланса цеха включает выбор режима его работы, который является основой для расчета требуемой производительности, потоков сырья, оборудования. При этом задается количество рабочих дней в году, количество рабочих смен в сутки и рабочих часов в смене. Выбранный режим работы должен соответствовать требованиям норм технологического проектирования предприятий соответствующей подотрасли или назначаться по аналогии с действующими родственными заводами. Принципиальная технологическая схема получения портландцемента
Принципиальная технологическая схема производства стеновых блоков на основе известково-кремнеземистых вяжущих автоклавного твердения П  ортланд- Гипсовый Известь Песок Вода Al ПАВц   емент камень комовая кварцевый пудраДозиро- Дробление Дробление Грохочение Дозирова- Дозиро- Дозиро- вание (Ø частиц, (Ø частиц, (тип обору- ние вание вание  тип дробилки) тип дробилки) дования) Дозирование Дозирование Сухой помол Приготовление  (тонкость по- водноалюминиевой  мола, тип суспензии мельницы (тип оборудования) Гомогени- Мокрый Дозирование зация помолизвестково- (тонкость песчаного помола, тип вяжущего мельницы) (Авяж, тип оборудования) Корректирование песчаного шлама Дозирование по плотности,  гомогенизация ии подогрев (t, ρшл., тип оборудования) Дозирование  Получение ячеистобетонной смеси перемешиванием компонентов(Асм, Кодн, тип смесителя, Кзап)  Формование массива (тип виброплощадки, амплитуда, частота колебаний, время вибрирования) Предварительная выдержка массива до резки (Rпл)Снятие горбушки, продольная и поперечная резка массива на блоки заданных размеров (вид оборудования) Предварительная выдержка сырца до запаривания (Rпл)Тепловлажностная обработка насыщенным паром (давление, температура и длительность автоклавной обработки, тип автоклава)Упаковка готовой продукции (тип упаковки) Рис. 2. Пример принципиальной технологической схемы получения изделий автоклавного твердения В производстве вяжущих веществ тепловые процессы (обжиг, автоклавная обработка и т.п.) обычно осуществляются по непрерывной рабочей неделе при трехсменной работе. Сопряженные с ними цехи (массоподготовительные, помольные и др.) могут работать тоже по непрерывному графику, либо, что чаще, по режиму прерывной недели с двумя выходными днями (262 рабочих дня в году) в две смены. Время, необходимое для ремонта и на вынужденные простои оборудования, учитываются коэффициентом его использования во времени Ки. Расчет производственной программы по готовой продукции выполняется в соответствии с принятым режимом работы цеха. При этом, исходя из заданной годовой производительности Пг, рассчитываются и сводятся в табл. 1 суточная Пс, сменная Псм и часовая Пч производительности. Таблица 1 Результаты расчета производственной программы
При расчете потребности в сырье и полуфабрикатах для выполнения производственной программы следует учитывать возможный брак продукции и производственные потери, допустимые величины которых принимаются по соответствующим нормам технологического проектирования. Исходными данными для расчета потребности в сырье являются результаты расчета состава сырьевой смеси и сложность технологической подготовки каждого из ее компонентов, которая выявляется при анализе принципиальной технологической схемы производства. При этом величина потерь принимается в следующих пределах: дробление и последующее транспортирование – до 1 %; сухой помол и пневмотранспорт – до 1 %; сушка – соответствует влажности материала в %; обжиг – потери при прокаливании (п.п.п.) по данным химического анализа в %. Расчет расхода Рм сырьевого материала в час, смену, сутки, год с учетом брака, отходов и потерь производится по формуле  ,гдеП– производительность цеха в час, смену, сутки, год; Б – брак, отходы, потери, в % ; Рр– расчетный расход сырьевого материала на единицу продукции. Результаты расчета сводятся в таблицу 2. Таблица 2 Потребность цеха в сырье для выполнения производственной программы
Описание работы основного технологического оборудования выполняется для установок и машин, поименованных в принципиальной технологической схеме, включая дробильное, помольное, смесительное оборудование, тепловые установки и т.п., но исключая транспортирующие и вспомогательные виды оборудования. Описывается принцип их действия, тип оборудования. 2.4. Техника безопасности и охрана труда Приводятся сведения о мероприятиях, предупреждающих производственный травматизм и обеспечивающих безопасное обслуживание и ремонт оборудования, надлежащие санитарно-гигиенические и безопасные условия труда и охрану окружающей среды. 2.5. Список использованной литературы Приводится перечень использованной литературы с указанием фамилии и инициалов авторов, полного названия источника, места издания, издательства, года издания и количества страниц в нем. Приводится также перечень всех нормативно-технических документов, использованных в проекте. 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 3.1. Расчет сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера 3.1.1. Схема расчетов Целью расчета является определение количественного соотношения составных частей сырьевой смеси. Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик [13]. Например, если задаются только величиной коэффициента насыщения КН, то сырьевая смесь составляется из двух компонентов – глинистого и карбонатного. Для удобства расчетов и возможности контроля правильности вычислений химический состав сырьевых материалов приводят к сумме, равной 100 %. Для этого умножают содержание каждого оксида на коэффициент К, определяемый путем деления 100 на сумму всех оксидов. Все вычисления при расчете сырьевой смеси ведут с точностью до 0,01 %. Исходными данными для расчета являются химический состав карбонатного компонента шихты, химический состав глинистого компонента шихты и заданная величина КН. Коэффициент насыщения КН рассчитывается по формуле  и характеризует отношение того количества СаО в шихте, которое остается после насыщения Аl2O3 до 3СаО·Аl2O3(С3А), Fe2O3 до СаО··Fe2O3 (СF), к тому количеству СаО, которое необходимо для полного насыщения SiO2 до 3СаО·SiO2 (алита С3S). Коэффициенты, входящие в выражение для КН, показывают массовую долю СаО, приходящуюся в указанных соединениях на единицу массы соответствующего оксида (Аl2O3, Fe2O3, SiO2). В расчетных формулах приняты следующие сокращенные обозначения: СаО – С, SiO2 –S, Аl2O3 – А, Fe2O3 – F, число молекул данного оксида в соединении обозначается индексом справа внизу. Если принять за единицу долю глинистого компонента в сырьевой шихте, а отношение массовой доли карбонатного компонента к глинистому – за x, то, обозначая одним штрихом содержание оксидов в первом компоненте и двумя штрихами – во втором, можно записать следующее выражение для КН:  .Решая полученное уравнение относительно x, получим расчетную формулу для определения соотношения карбонатного и глинистого компонентов шихты, при котором будет обеспечиваться заданное значение коэффициента насыщения КН x =  .Величиной КН студент задается, исходя из требования к клинкеру для данного конкретного вида цемента по соответствующей нормативно-технической и учебной литературе. При этом в ПЗ курсового проекта приводится соответствующее обоснование принятой величины КН, учитывая, что минимальная величина КН=0,67 соответствует такому состоянию, когда все силикаты клинкера представлены белитом С2S, а содержание алита С3Sравно 0. Если же имеет место обратная картина, т.е. все силикаты клинкера представлены алитом С3S, а доля белита равна 0, то величина КН будет равна единице. Правильность выполненного расчета проверяется путем определения значения КН для клинкера, получаемого из рассчитанной сырьевой смеси, по методике, детально описанной ниже в примере. 3.1.2. Пример расчета состава двухкомпонентной шихты для получения портландцементного клинкера Пусть для получения клинкера быстротвердеющего портландцемента необходимо рассчитать состав двухкомпонентной шихты, состоящей из мела и глины, химический состав которых приведен в табл. 3. Таблица 3 Химический состав компонентов шихты
Изучив свойства быстротвердеющего портландцемента, задаемся величиной коэффициента насыщения КН = 0,92, исходя из того, что клинкер для быстротвердеющего портландцемента должен содержать повышенное количество трехкальциевого силиката (более 60 %), следовательно, надо принимать повышенное значение КН, обычно находящееся в пределах 0,86...0,96. Поскольку в справочных данных охимсоставе пород данного месторождения сумма составляющих не равна 100 %, необходимо привести ее к 100 %, выполнив пересчет состава. Для этого содержание оксидов в первом компоненте надо умножить на коэффициент К1 = 100/99,59 = 1,004, во втором – на К2 = 100/96,63 = 1,035, Химический состав исходных сырьевых материалов после пересчета на 100% представим в табл. 4. Таблица 4 Химический состав компонентов шихты, приведенный к 100%
Обозначим соотношение карбонатного компонента шихты (в нашем случае – мела) к глинистому через xи выразим его из уравнения для КН, положив значение последнего равным 0,92. Тогда имеем   .Следовательно, на одну весовую часть глины потребуется взять 4,28 частей мела, что соответствует следующему процентному составу шихты: мела – 81.06%, глины – 18,94 %. Подсчитаем, какое количество оксидов будет внесено в шихту каждым ее компонентом при рассчитанном процентном составе шихты, а также суммарное содержание оксидов в сырьевой смеси. Для этого содержание оксидов в каждом компоненте умножим на его процентную долю в шихте, а затем просуммируем. Результаты расчета в весовых частях (в.ч.) сведем в табл. 5. Таблица 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
робилки)
