Бетоносмесительный узел для производства шпал железобетонных Ш1-1

    2.1.1 Вяжущее вещество

    В качестве вяжущего при изготовлении шпал следует использовать цементы по ГОСТ 10178 [3].

    Вид и марку цемента следует выбирать в соответствии с назначением  конструкций, условиями их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости, величины отпускной и передаточной прочности бетона для сборных конструкций на основании требований стандартов, технических условий или проектной документации на эти конструкции с учетом требований ГОСТ 30515 [4] .

    Тонкость  помола цемента должна быть такой, чтобы  при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

    Минимальный расход цемента для изделия принимается  по СНиП 82-02-95 [8] для соответствующих условий производства.

    2.1.2. Затворитель

    Вода  для приготовления бетонных смесей должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79 [5]. Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10 мг/л. Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел. В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и поливки бетона не должно быть окрашивающих примесей, если к бетону предъявляют требования технической эстетики. Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л. Водородный показатель воды рН не должен быть менее 4 и более 12,5.

    Вода  не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки  схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность  и морозостойкость бетона. Допускается применение технических и природных вод, загрязненных стоками, содержащими примеси в количествах, превышающих установленные в таблице, кроме примесей ионов хлора, при условии обязательного соответствия качества бетона показателям, заданным проектом.

        2.1.3. Крупный заполнитель

    Для бетона шпал следует применять щебень из природного камня или щебень из гравия фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93 [6]. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять:

• щебень фракции 20-40 мм в количестве не более 10% от массы щебня фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93;
• щебень из природного камня фракции 5-25 мм по ГОСТ 7392 при соответствии его всем другим требованиям ГОСТ 8267-93.

    Марка по дробимости крупного заполнителя  должна быть в два раза больше марки  бетона, т.е. не менее 1200.

    2.1.4. Мелкий заполнитель

    Песок природный доломитовый с модулем  крупности М_к=2,1 должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736-93 [7]. То есть, для производства шпал железобетонных используем песок средней крупности с содержанием глинистых менее 3%, содержанием глины в комках менее 0,5 %.

      Песок должен обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента.

    2.1.5. Добавки

    Для улучшения свойств бетона, в частности увеличение морозостойкости , снижения расхода цемента, уменьшения водопотребности бетонной смеси следует применять химические добавки по ГОСТ 24211, удовлетворяющие требованиям действующих стандартов или ТУ.

    В данном проекте используется добавка  ПФМ-НЛК.

    ПФМ-НЛК - полифункциональный модификатор, представляет собой продукт на основе пластифицирующих и воздухововлекающих компонентов  в соответствии с ГОСТ 24211. ПФМ-НЛК  способствует:

• увеличение подвижности бетонной смеси от П1 до П5 без снижения прочности;
• повышение морозостойкости бетона до марки F400 и более;
• увеличение водонепроницаемости бетона до марки  W 12 без увеличения расхода цемента;
• увеличение водонепроницаемости бетона свыше марки  W 12 при увеличении расхода цемента;
• снижение количества воды затворения до 20 % (в равноподвижных смесях);
• увеличение конечных прочностных характеристик бетона до 22% (в равноподвижных смесях);
• снижение расхода цемента до 25 %;
• возможность получения бетонов повышенных марок по прочности и морозостойкости на материалах различного качества.
• ПФМ-НЛК вводится в бетонные растворы в кол-ве 0,3-0,7% сухого вещества от массы цемента.

 
 

2.2. Арматура

    В качестве арматуры шпал следует применять  стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348 [9].

    Обозначения размеров проволоки периодического профиля приведены на рисунке 2.1. 

  

  Рисунок 2.1 - Обозначение размеров проволоки

    Номинальный диаметр, предельные отклонения по нему, глубина вмятин, номинальный шаг  вмятин и предельные отклонения по нему должны соответствовать указанным в таблице 2.1.

    Таблица 2.1- Характеристики проволоки Вр диаметром 3 мм

 

    Проволока должна изготовляться из углеродистой стали марок 65, 70, 75, 80, 85 по ГОСТ 14959—79.

    Механические  свойства проволоки должны соответствовать указанным в таблице 2.2. 
 

  Таблица 2.2 - Механические свойства проволоки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3. Подбор состава бетона

    3.1. Входные данные

    Для производства железобетонных шпал Ш1-1 используется готовая бетонная смесь  с жесткостью Ж2 (11-20 сек) с классом по прочности В40, с маркой по морозостойкости F300, с маркой по водонепроницаемости W8.

    Сырьевыми материалами для изготовления бетонной смеси является:

• Цемент класса В42,5 с R_сж=51,8 МПа плотностью ρ=3100кг/м³ б.с. в соответствии с ГОСТ10178 ;
• Мелкий заполнитель с М_к=2,1 в соответствии с требованиями  ГОСТ8736-93 плотностью истинной ρ_и=2610 кг/м³ б.с. и насыпной ρ_н=1580 кг/м³;
• Крупный заполнитель НКЗ=20 мм и маркой по дробимости 1200 в соответствии с ГОСТ 10268 и ГОСТ 10629-88 (на изделие) с истинной ρ_и =2640 кг/м³ и насыпной  ρ_н=1480 кг/м³ ;
• Затворитель – вода в соответствии с ГОСТ 23732-79;
• Добавка – ПВМ-НЛК.

    Заполнители являются рядовыми и коэффициент  качества заполнителя будет равен 0,6.

    3.2. Ориентировочный  подбор состава  бетона (без добавки)

    1. Определяем В/Ц в зависимости от требуемой прочности бетона, качества составляющих и класса цемента по формуле:

    R_б=R_ц×А×(Ц/В-0,5)                                            (3.1)

    где R_б - прочность бетона, равная 523,9 кгс/см²;

    А - коэффициент, зависящий от качества заполнитей;

    R_ц - активность применяемого цемента, равная 518 кгс/см²;

    Ц/В - цементноводное отношение.

    Отсюда, Ц/В=(518×0,6×0,5+523,9)/(0,6×518)=2,19 , тогда В/Ц=1/2,16=0,46

 2. Определяем расход воды в зависимости от требуемой жесткости бетонной смеси и вида заполнителей по ориентировочным графикам [1].

 В=155 л/м³ б.с.

 Тогда расход цемента будет равен:

    Ц=В/(В/Ц)=155/0,46=336,95 кг/м³ б.с.

    Согласно  СНиП 82-02-95 [8] минимальная норма расхода цемента для данного класса бетона (при отпускной прочности равной не менее 61%) составляет 504,6 кг/ на м³ б. с. с учетом переходного коэффициента от марки цемента М400 к М500.

    Тогда, водоцементное отношение будет  равно:

    В/Ц=155/504,6= 0,31

    При уменьшении В/Ц увеличивается прочность бетона. Расчетная прочность бетона по формуле (3.1) будет равна:

    R_б=518×0,6×(1/0,31-0,5)=847,2 кгс/см², т.е. увеличение прочности бетона по сравнению с проектируемой составляет 61%. Применение данного класса цемента нецелесообразно, поэтому снижаем класс применяемого цемента до В22,5 (требуемой прочностью на сжатие R_сж=325 кгс/см²).

    3.3. Перерасчет ориентировочного  состава бетона  с учетом снижения  класса применяемого  цемента (без добавки)

    1. Определяем В/Ц в зависимости  от требуемой прочности бетона, качества составляющих и класса  цемента по формуле (3.1)

    R_ц – требуемая прочность цемента 325 кгс/см²;

    Тогда, Ц/В=(325×0,6×0,5+523,9)/(0,6×325)=3,19, тогда В/Ц=1/3,19=0,31

    2. Расход воды в зависимости от требуемой жесткости бетонной смеси и вида заполнителей по ориентировочным графикам

    В=155 л/м³ б.с.

    Тогда расход цемента будет равен:

    Ц=В/(В/Ц)=155/0,31=500 кг/м³ б.с.

    Согласно  СНиП 82-02-95 [8] минимальная норма расхода цемента для данного класса бетона составляет 580 кг/ на м³ б. с. (передаточная прочность составляет 61%). Тогда, водоцементное отношение будет равно:

    В/Ц=155/580= 0,26

    При уменьшении В/Ц увеличивается прочность бетона. Расчетная активность бетона по формуле (3.1) будет равна:

 R_б=325×0,6×(1/0,26-0,5)=653,7 кгс/см², т.е. увеличение прочности бетона по сравнению с проектируемой составляет 24,8%. Отсюда делаем вывод, что применение цемента класса В22,5 целесообразно для производства данного бетона.

 3. Для определения расхода крупного заполнителя определяем пустотность щебня:

   П_щ= 1- ρ_н/ ρ_и= 1- 1480/2640= 0,44,

   где ρ_н – насыпная плотность гравия, кг/см³

   ρ_и  - истинная плотность гравия, кг/ см³.

   Устанавливаем коэффициент раздвижки зерен  для жестких бетонных смесей по экспериментальным  графикам в зависимости от количества цементного теста и крупности  песка [1].