Автоматизированное формирование комплектов машин и механизмов для производства бетонных рабо Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64)

64

УДК 69.002.5:621.879 И. Л. ЧУЛКОВА

Т. А. САНЬКОВА С. М. КУЗНЕЦОВ

Сибирская государственная автомобильнодорожная академия, г. Омск Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКТОВ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ

Авторами статьи предложена модель формирования и оценки комплектов строительных машин и материалов для производства бетонных работ. С помощью этой модели можно оценить эффективность подбора состава бетонной смеси и машин для производства бетонных работ на любом строительном объекте.

После определения объёма бетонных работ возникает необходимость подбора состава бетона, машин и механизмов для производства, транспортировки, подачи, распределения и уплотнения бетонной смеси [1]. Схема формирования комплекта машин и механизмов для проведения бетонных работ представлена на рис. 1.

Подбор состава бетонной смеси осуществляется в соответствии с методикой, описанной в СНиП [2], и начинается с определения ориентировочного значения водоцементного отношения. По результатам испытаний прочности тяжелого бетона для оптимально подобранных составов в лабораториях заводов железобетонных изделий (ЗЖБИ) г. Омска была получена регрессионная зависимость (1) водоцементного отношения от активности цемента и прочности бетона при сжатии [3, 4].

В/Ц--

0:35Я.

Я,

(1)

- 1,89-М + 204,57,

кр

(3)

где и — жесткость бетонной смеси, с.

При использовании щебня расход воды увеличивается на 10 л по сравнению с расходом воды для смеси с гравием. При использовании песка с водопотреб-ностью более (менее) 7% расход воды увеличивают (уменьшают) на 5 л на каждый процент увеличения (уменьшения) водопотребности.

По водоцементному отношению и количеству воды определяют расход цемента на 1 м3 бетонной смеси

Ц =

В

ВЦ

(4)

-о,озяц

где Лц — активность цемента, МПа; Л6 — прочность бетона, МПа.

Количество воды, необходимое для приготовления 1 м3 бетонной смеси зависит от удобоукладываемости бетонной смеси (подвижности или жесткости) и от наибольшего размера зерен крупного заполнителя (гравия или щебня). С учетом стандартных требований [2] и на основе экспериментальных исследований были выведены регрессионные уравнения [4] для расчета необходимого количества воды в производственных условиях.

Для подвижных смесей на гравии количество воды определяется по формуле

Количество крупного заполнителя вычисляется по формуле

( Ц л

К = 1000

р ц

р к + гр п (1+г )2

(5)

V г Ц У

где рч, рк, рп — плотность цемента, крупного заполнителя и песка, соответственно, кг/м3; г — заданное соотношение по массе между песком и крупным заполнителем.

Количество песка определяется как разница между массой заполнителей и массой крупного заполнителя или как произведение значения соотношения по массе между песком и крупным заполнителем на массу крупного заполнителя

П = З - К = г-К.

(6)

В = - 0,09-и2 + 4,68-и + 0,01-М 2 -

- 1,48-М + 190,81,

кр

(2)

Себестоимость 1 м3 бетонной смеси определяется следующим образом

где Мкр — наибольший размер зерен гравия, мм; и — подвижность бетонной смеси, см.

Для жестких смесей на гравии количество воды определяется по формуле

В = 0,03-и2 - 1,79-и + 0,02-М 2-

Ц-си

ПС„ + К-Ск +в-се 1000

(7)

где С , С , С , С - стоимости тонны цемента, песка,

і—і ц п к' в 1 ' '

крупного заполнителя и воды, соответственно.

Для приготовления бетонной смеси используются две категории бетоносмесительных установок: цик-

личного и непрерывного действия.

Часовая производительность бетоносмесителя определяется по формуле

Р 3600 -узаг ■ Квых ■ Кв

Р. =------------------------------------------

ц

(8)

где t - время цикла, с; V - объем загрузки, м3; К -

^ ц 1 ' заг 1 ■' вых

коэффициент выхода бетонной смеси, при отсутствии точных данных следует принимать равным 0,6...0,7; Кв - коэффициент использования бетоносмесителя по времени.

Сменная производительность бетоносмесителя определяется по формуле

П — ВТ

(9)

где Т — продолжительность смены, ч.

Коэффициент выхода бетонной смеси рассчитывается по формуле

Кв

Ц/ р Ц + к/ Р к + П Р п+ В,

Ц/Р Ц + К/ Р к + П/ Р п

(10)

где Ц - расход цемента, кг/м3; К - расход крупного заполнителя, кг/м3; П - расход мелкого заполнителя, кг/м3; В - расход воды, л/м3; рЦ - насыпная плотность цемента, т/м3; р'к - насыпная плотность крупного заполнителя, т/м3; р' - насыпная песка, т/м3; р -

' ' ~ п ' ~ Ц

истинная плотность цемента, т/м3; рк - истинная плотность крупного заполнителя, т/м3; рп - истинная плотность песка, т/м3.

Время цикла бетоносмесителя определяется по формуле

ї — ї + ї + ї + ї л,

ц заг пер выг пб

(11)

Рис. 1. Схема формирования комплекта машин и механизмов для проведения бетонных работ

где t - время загрузки бетоносмесителя, с; t -

^ заг 1 1 ^ пер

время перемешивания бетонной смеси, с; tвъг, - время выгрузки бетонной смеси, с; tпб - время подъема барабана, с.

Продолжительность выполнения работ определяется по формуле

V

Т = —, (12)

Пс

где V — объём работ, м3.

Стоимость перевозки 1 м3 бетонной смеси определяется по формуле

V - С

С =-------—, (13)

В м

где С — стоимость машино-часа автотранспорта, руб.

Расценки на перевозку 1 м3 бетонной смеси определяются по формуле

п V - Зп

Р =------- , (14)

Вм

где З — заработная плата за час водителя автотранспорта, руб.

После выбора бетоносмесителя осуществляется подбор автотранспорта для перевозки бетонной смеси.

Количество замесов, перевозимых одним автотранспортом, рассчитывается из условий:

— Nзам ' ^зам ' Рбс,

V > N -V

куз — 1' зам зам ■

N - количество замесов, перевозимых одним автозам ' 1 ^

бетоновозом, шт.; V - объем замеса, м3; р_ - плот' ' зам ' ' 1 бс

ность бетонной смеси, т/м3; V - объем кузова, м3.

куз ■'

Время цикла автотранспорта определяется по формуле

ї — ї + ї + ї + ї + ї,

ат п тр р хх о’

(17)

где t — время загрузки автотранспорта на бетоносмесительном узле, с; tmр — время транспортировки бетонной смеси до стройплощадки, с; t — время выгрузки бетонной смеси на стройплощадке, с; tхх — время холостого хода до бетоносмесительного узла, с; tо — время ожидания автотранспорта на бетоносмесительном узле, с.

Определение времени загрузки автотранспорта производится по формуле

ї — N 4,,

о зам бс

(18)

где tбс — время цикла одного замеса на бетоносмесительном узле, с.

Время транспортировки бетона определяется по формуле

3600 Х (19,

V.

ср

(15)

(16)

где Рат - грузоподъёмность автотранспорта, т;

где Ь — расстояние транспортировки бетонной смеси, км; Vср — средняя скорость движения автотранспорта, км/ч.

Время выгрузки бетонной смеси на стройплощадке для самосвалов и автобетоновозов без использования бетононасоса определяется по формуле

с

м

«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64) МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

65

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64)

ї — ї + ї + ї + ї

р под оч оп м\

(20)

где ї - время очистки кузова, с; ї - время манев-

^ оч 1 ■' ’ ’ ман 1

рирования, с; їпод — время подъема груженного кузова, с; їоп - время опускания кузова, с.

Время выгрузки бетонной смеси на стройплощадке из автобетоносмесителей при использовании бетононасоса определяется по формуле

=

К

абе

П.

он

ї —N ■ ї —ї ,

о ат п ат

Aв =

E • еаЯ‘

-^шах е

(0,5 • Яв + а )2 + ^E^ E

Е р = Ав

(0,5 • Я,

+а )2 + ®-Р - е -аЯ, Е

(25)

При уплотнении модуль упругости смеси опреде ляется по формуле

г- _(Ро + Рст)

(26)

П

(21)

где Vабв — объем бетонной смеси, перевозимой одним автобетоновозом; Пбн — производительность бетононасоса.

Время ожидания автотранспорта на бетоносмесительном узле определяется по формуле

(22)

где N — требуемое количество машин, шт.

Требуемое количество машин определяется из условия

(23)

Наиболее прогрессивным способом укладки бетонной смеси в построечных условиях является использование бетононасосов и автобетоносмесителей. Бетононасосы являются универсальными машинами с широким диапазоном технологических возможностей.

От уплотнения бетонной смеси в основном зависит плотность и однородность бетона, а следовательно, его прочность и долговечность.

Погружение глубинного вибратора в бетонную смесь должно обеспечивать углубление его в ранее уложенный слой на 5—10 см. Для обеспечения качественного уплотнения и проработки примыкающего слоя свежеуплотненного бетона в месте контакта с ранее уложенным рекомендуется глубинные вибраторы устанавливать с наклоном под углом 30 — 35° к горизонту для увеличения их производительности. Шаг перестановки глубинных вибраторов не должен превышать полуторного радиуса их действия. Толщина уплотняемого слоя не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора.

Радиус действия Лв и амплитуду смещения Ав глубинных вибраторов [6] находятся из формул (24) — (26)

(24)

где Бшаж — максимальная относительная деформация смеси; а — коэффициент затухания, см-1; то — угловая частота колебаний, рад/с; р — плотность смеси, кг/м3; Е — модуль упругости, МПа.

Относительная деформация бетонной смеси определяется по формуле

где ро, р — соответственно атмосферное и статическое давление на смесь.

Для автоматизации подбора состава бетонной смеси и машин для производства бетонных работ авторами было разработано соответствующее программное обеспечение [1, 4, 5, 7].

Проведенные авторами исследования позволили впервые полностью автоматизировать процесс подбора состава бетонной смеси и машин для производства бетонных работ с минимальным значением целевой функции (себестоимости и трудоемкости производства работ, стоимости материалов). Использование созданных программ на предприятиях строительной отрасли позволят снизить трудоемкость подбора состава бетонной смеси и машин для производства бетонных работ на 30 — 40 % по сравнению с традиционным расчетным методом, а себестоимость проведения данного вида работ — на 15 — 25 % [7].

Библиографический список

1. Кузнецов С.М. Автоматизированная система формирования парка строительных машин / С.М. Кузнецов, К.С. Кузнецова, А.Д. Суворов, И.А. Маслов // Жилищное строительство. — 2007. — № 3. — С. 8 — 10.

2. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы. — М.: Издательство стандартов. — 1991. — 45 с.

3. Санькова Т.А. Проблемы автоматизированного проектирования строительных конгломератов / Т.А. Санькова, И.Л. Чулкова // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — Омск : СибАДИ. — 2007. — Вып. 5. — С. 117—120.

4. Т.А. Санькова. Система автоматизированного проектирования состава бетонных смесей различных видов / Машины, технологии и процессы в строительстве : тр. Междунар. конгресса, посвященного 45-летию факультета «Транспортные и технологические машины», 6-7 декабря 2007 г. Вестник Сибирской государственной автомобильнодорожной академии (СибАДИ). — Омск : СибАДИ. — 2007. — Вып. 6. — С. 295 — 297.

5. Кузнецов С.М. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3059 «Подбор строительных машин для производства бетонных работ» от 19.12.2003 г.

6. Производство сборных железобетонных изделий. Справочник ; под ред. К.В.Михайлова, К.М.Королева. — М. : Стройиздат. — 1989. — 447 с.

7. Кузнецов С.М., Чулкова И.Л. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 8647 «Расчет ТЭП железобетонных конструкций» от 12.07.2007.

где Яв — радиус действия вибратора, см.

С помощью выражения Ер = f(Rв) строится график. При этом Е принимается для пористости П = 0,04. Предельный радиус действия внутреннего вибратора го будет соответствовать на полученной кривой точке Е = Е . .

ЧУЛКОВА Ирина Львовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» СибАДИ.

САНЬКОВА Татьяна Александровна, соискатель кафедры «Строительные материалы и специальные технологии», старший преподаватель кафедры «Информационные технологии» СибАДИ.

КУЗНЕЦОВ Сергей Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск.

Дата поступления статьи в редакцию: 30.04.2008 г.

© Чулкова И.Л., Санькова Т.А., Кузнецов С.М.