Экспресс-оценка фактической производительности завода по производству гидротехнического бетона Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 624.046.5 R. Baskova, Ing. PhD.

Technical University in Kosice, Faculty of Civil Engineering, Vysokoskolska 4, 040 01 Kosice, Slovak Republic;

П. А. Гарибин,

д-р техн. наук, проф.,СПГУВК;

R. Dachowski,

dr. hab. inz. Politechnika Swi^tokrzyska, Kielce University of Technology,

Faculty of Civil and Environmental Engineering

ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗАВОДА ПО ПРОИЗВОДСТВУ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО БЕТОНА EXPRESS ESTIMATION OF REAL PRODUCTIVITY OF THE HYDROENGINEERING CONCRETE PLANT

Приводятся сведения о модели для вычисления производительности бетоносмесителя. Детализированная модель вместе с соответствующими процедурами предназначена для сопровождения процесса принятия технических решений при строительстве гидротехнических сооружений. В статье представлена разработанная номограмма для графического определения действительной производительности бетонного завода, а также метод ее создания и инструкция по использованию.

The article gives the information on the model for the concrete mixer productivity. The detailed model and corresponding procedures are intended to accompany a process of decision making while building hydraulic engineering structures. The nomogram for graphic determination of real concrete plant productivity, its elaboration method and an instruction for using are produced.

Ключевые слова: производство бетона, производительность, расчет

Key words: concrete product, productivity, determination

Введение

Актуальность разработки формализованной не математической модели для определения производительности строительных машин обусловлена тем, что использование математических формул в данном случае сталкивается с нежеланием и отсутствием заинтересованности со стороны фирм — производителей строительного оборудования [1].

Представляемые изготовителями данные о теоретической производительности отдельных строительных машин определяются по каноническим зависимостям [2]. При этом представляемая фирмами-производителями информация о теоретической производительности отдельных машин для коммерческих целей может искажаться как сознательно, так и случайно. Более сложная ситуация наблюдается при определении фактической произ-

водительности строительных машин, которая может быть значительно ниже ее теоретического значения. Данную информацию производители, как правило, не представляют. Для строительных фирм — пользователей техники важным является дополнение недостающих данных или проверка представленной информации.

Целью проведенных исследований была разработка такого способа формулирования данных о строительных машинах, который впоследствии позволит быстро и с большой точностью получать информацию не только о теоретической производительности, но и, главным образом, оценивать значение действительной производительности машин в отдельных условиях производства бетонной смеси для гидротехнических сооружений.

Особое внимание в работе уделено гидротехническому бетону, который по Госстан-

дарту [5, 6] применяется для сооружений, работающих в контакте с водной средой (плотины, шлюзы, причалы, морские и речные набережные и т. п.).

Бетоны для гидротехнических сооружений классифицируются в зависимости от: степени агрессивности водной среды, положения относительно уровня воды, поперечных размеров сооружения, положения в бетонном массиве, давления воды, степени водопроницаемости, степени морозостойкости и сопротивления сжатию. Например, бетонная плотина по этим критериям разбивается на отдельные зоны, выделяется подводный и надводный бетон, бетон в зоне колебаний уровня воды, бетон массивный и немассивный, бетон внутренний и наружный, бетон, не работающий под давлением и работающий под давлением, бетон с дифференцированной степенью водопроницаемости, бетон с дифференцированной степенью морозостойкости и бетон с дифференцированной степенью сопротивления сжатию [7]. Данный иллюстративный пример показывает, что свойства гидротехнических бетонов формируются в соответствии с рабочими условиями, а это, в свою очередь, переносится на требования как к свойствам бетонной смеси, так и на технологии его изготовления.

Оптимизация строительства гидротехнических сооружений с большими объемами бетона, с разными физико-механическими свойствами требует от производителей применения точных и простых методов определения параметров бетонного завода.

1. Математическое моделирование производительности строительных машин

Математическое моделирование определения производительности строительных машин является одной из значимых вспомогательных процедур для принятия оптимального решения на этапе выполнения проекта производства работ — определения требуемого количества строительных машин и составления календарного плана строительного процесса [3]. Однако заинтересованность строительных фирм в таком подходе к решению задачи посредством вычисления по математическому

алгоритму можно изложить в одном тезисе — «строительные фирмы не хотят формул».

Вышесказанное не означает, что фирмы препятствуют использованию методов математического моделирования. Они только отказываются работать на моделях, которые явно используют математические процедуры. Работники строительной промышленности пользуются преимущественно результатами расчетов, представленными в виде различных данных, но часто не задумываются над их математической интерпретацией.

К недостаткам методологии проведе -ния расчетов по математическим формулам не только для планирования строительного процесса и выбора состава машин, но также в расчетной части документации и проектов можно отнести:

— незнание или отсутствие нужной математической формулы;

— подстановку значений параметров в формулу в ошибочных единицах измерения;

— ошибку «в запятой» (порядке) или «в математическом знаке»;

— необходимость использования калькулятора или компьютера (в некоторых случаях невозможная без посторонней помощи);

— недостаточная точность вычислений для полученных данных;

— часто недостаточную чувствительность модели на изменения вводимых величин параметров, выражаемых только математическим способом;

— часто отсутствует практическая интерпретация численно выраженных расчетных данных.

Для строительных фирм весьма существенным является как способ формализации отдельных связей при создании модели, так и методика обработки данных.

Формализованная модель для определения производительности строительных машин может быть выражена не только в виде формулы, но и иными способами, например в табличном виде или графической форме. Упо -мянутые информационные модели при переменных параметрах вводимых данных могут также гарантировать качество информации для анализа величин в рассматриваемой области. Эти модели дают возможность провес-

ти ретроспективный анализ чувствительности модели на значения вводимых значений исходных величин путем калибровки по известному из практики параметру производительности.

Системный подход при создании расчетной модели для определения фактической производительности бетонного завода и новый способ работы с ней, способный устранить недостатки математических формул, могут оказаться более качественным инструментом для процесса принятия решения, как во время создания бетона, так и в процессе транспортировки и ухода за свежей бетонной смесью.

2. Производительность бетонного завода

2.1. Теоретическая производительность бетонного завода Техническую (теоретическую) производительность изготовитель указывает как часть технологических параметров бетонного завода. Технические параметры бетонных заводов и технологических устройств при стандартных конфигурациях центра смешивания представлены в табл. 1. Число цементных си-лосов и запас массы гравия модифицируются в соответствии с требованиями клиентов бетонного завода.

Таблица 1

Технические параметры бетонного завода

Параметры Горизонтальный центр смешивания (МС) Вертикальный центр смешивания МС

HMC 20 HMC 30 HMC 50 VMC 65 VMC 80

Производительность (теоретическая), м3-ч-1 20 30 50 65 80

Полезный объем бетоносмесителя, м3 0,5 0,75 1,5 2,25 3,0

Объем бетона в одной порции, м3 0,33 0,5 1,0 1,5 2,0

Число силосов и объем гравия, м3, Запас гравия, м3 3x7 й 500 4x10 й 500 4x15 й 1500 6x50 й 1500 6x50 й 2000

Цементный силос (2+4), т 30+60 30+60 60+80 8 0 1 2 О 8 0 1 2 О

Масса гравия, кг 1000 1500 3000 5000 5000

Масса цемента, кг 200 300 600 1000 1000

Масса воды, кг 150 200 250 500 600

Число компонентов индивиду- ально индивиду- ально индивиду- ально индивиду- ально индивиду- ально

Заводская мощность, кВт 45 60 95 105 120

Техническая (теоретическая) производительность бетонного завода VT (м3-чч) представляет собой объем бетонной смеси, которую теоретически можно выработать в течение одного часа.

2 Л 3600

~ ~Яим ~ :

(1)

где: QUM — полезный объем бетоносмесителя, м3 (сумма объемов всех компонентов, которые будут смешиваться в бетоносмесителе). Объем получаемой бетонной смеси из одного бетоносмесителя равен 2/3 полезного объема бетоносмесителя; t — время цикла перемешивания смеси в бетоносмесителе, с.

Время цикла работы смесителя tc определяется по зависимости

(2)

t — t + t + t + t ,

с загр перемеш выгр возвр'

где — время загрузки бетоносмесителя; t — время перемешивания; t — время

перемеш выгр

выгрузки; t — время возврата бетоносме-

возвр

сителя.

По данным практики, ^агр — ф^з); t — ф Ю, ОК, типа смесителя);

перемеш з

t — ф(Q , ОК, типа опорожнения); t —

выгр з возвр

— ф^з). Здесь ОК — осадка конуса; —

— объем замеса.

Продолжительность перемешивания должна обеспечивать однородность бетонной смеси, оцениваемую коэффициентом вариации прочности образцов бетона одного замеса:

су = —100 %; о = ^

х = -1 1

, (3)

где о — среднеквадратичное отклонение прочности образцов бетона, взятых из различных мест одного замеса; х — среднее значение прочности этих образцов; х. — прочность образцов, взятых из различных мест замеса; п — количество образцов.

2.2. Фактическая производительность бетонного завода Фактическая или операционная производительность бетонного завода всегда ниже теоретической производительности, подсчитанной для вновь произведенной бетонной смеси в идеальных условиях.

Фактическая производительность бетонного завода ^ (м3-чч) вычисляется путем умножения ее технического значения на ряд корректирующих коэффициентов [3].

у,=ть

(4)

¡=1

где к. — 7-й корректирующий коэффициент; п — число коэффициентов.

Была рассмотрена следующая система коэффициентов:

— коэффициент производительности бетоносмесителя к^ — корректирует стандартные условия процесса производства бетона;

— коэффициент загрузки бетоносмесителя крт, равный коэффициенту выхода бетонной смеси, — учитывает меру использования полезного объема бетоносмесителя;

— коэффициент неравномерности поставки бетонной смеси к ;

ПО'

— коэффициент изменчивости кт — учитывает увеличение времени перемешивания свежего бетона при необходимости использования при производстве бетона специальных добавок.

В стандартных условиях бетонного завода значение коэффициента производительности к находится в диапазоне от 0,6 до

0,85.

Неполное использование полезного объема бетоносмесителя приводит к пропорциональному уменьшению его производительности. В то же время переполнение компонентами бетона свыше полезного объема может вызвать неполное перемешивание смеси и, как следствие, уничтожение свежего бетона или разрушение конструкции смесителя. По данным статистики, реальными являются значения к — 0,66-0,7.

рт ’ ’

Свежая бетонная смесь готова к употреблению безотлагательно. Поэтому невозможно производство свежей бетонной смеси «на склад». Объем производства бетонной смеси зависит непосредственно от ее продажи. В этом случае бетонный завод вырабатывает и поставляет только часть объема бетонной смеси по сравнению с операционной производительностью, что учитывается коэффициентом к .

ПО

Существенным фактором, оказывающим влияние на использование возможностей смесительного центра, является употребление необходимых для гидротехнических сооружений компонентов и добавок к бетонной смеси. Влияние некоторых компонентов активируется путем перемешивания, поэтому их производители рекомендуют увеличение t с 30 до 120 с.

перемеш

Например, изменение времени перемешивания с 30 до 120 с увеличивает время цикла перемешивания с 70 до 160 с. Результатом этого является изменение производительности смесителя приблизительно на 40 %

(Кт — 0,4Х

Яш Ош

2,00 3000

1,50 2500

1,33 2000

1,00 I 1500

0,75 1125

0,67 1000

0,50 750

0,33 5С0

0,25 375

0,10 150-

Е4

р

£

в; л

V

'и

1.0

2

\м2час~

техническая

£ -коэффициент- производителыюп и

Р

К

ю

£

(С

>н

8

**

о

с

|_1рС5 и л вод; 1тельность Гк:т( )1 госмвси т*ЛЯ

К \с ]-нрсмя гтсрсмсттгинят

6 Г^тОИОСМвСИ'ЙЛС = наполнение + перемешивание + раяр^-зка, возврат

ГИЛ

V? [мг час-1] пе р лит ют [ пая производительность бете гтосмссител и

^ [лг: час 1 ] . средняя операционная у рои зводительносеь бстоштого оянодя

4Й0

560

640

720

600

мъсм 1

сменим

ГТрОЗ Г:ь15Г 3,4.1 П С \Ь1 \<)СТ11

^ем оетонного эазода

Рис. 1. Номограмма для определения фактической производительности бетонного завода

3. Номограмма для расчета фактической производительности бетонного завода

Прежде чем перейти к описанию номограммы, следует заметить, что графическая интерпретация формализованного описания процесса работы бетонного завода с бетоносмесителем периодического действия была необходима для определения параметров оборудования и факторов, существенно влияющих на фактическую производительность

бетонного завода [4]. До начала создания номограммы были проведены исследования по определению интервалов изменения этих параметров.

Представленный алгоритм был реализован в графической версии математической модели в виде номограммы.

1. Основным исходным параметром для расчета является полезный объем бетоносмесителя. Для одного замеса рекомендуемый объем бетонной смеси составляет приблизи-

тельно 2/3 полезного объема бетоносмесителя. Рассматриваются типовые бетоносмесители объемом: 150, 375, 500, 750, 1000, 1125, 1500, 2000, 2500 и 3000 л.

2. Время цикла перемешивания определяется по зависимости (2). Стандартные смесители бетонного завода имеют минимальное время одного цикла 60-70 с. Однако бетонные заводы обычно работают с удлиненным временем цикла перемешивания. Необходимое время перемешивания может быть увеличено при употреблении некоторых примесей к бетонной смеси. В связи с этим на графической модели предусмотрено изменение времени цикла от 60 до 300 с.

3. Операционная производительность бетоносмесителя находится умножением теоретического значения на коэффициент кри. На номограмме представлен широкий диапазон значений к : от 0,1 до 1,0.

ри ’ ^ ’

4. Время действительного производства бетонной смеси в течение смены может быть значительно меньше, чем ее длительность. В номограмме это учитывается при помощи графиков в III четверти, где представлена зависимость функций для 0, 1, 2, ..., 7 и 8 ч производства бетонной смеси во время одной смены.

5. По номограмме можно найти техническую, среднюю операционную и фактическую производительности бетонного завода за одну смену.

Процедура расчета производительностей бетонного завода показана на номограмме (рис. 1) при помощи стрелки. На иллюстративном примере время перемешивания удлиняется с 30 до 120 с, а цикл перемешивания будет составлять 150 с.

Выводы

По мнению авторов, графический метод расчета производительности бетонного завода с помощью номограммы отвечает требованиям простоты и точности для принятия оптимальных решений строительными фирмами.

Номограмму можно также использовать при решении обратной задачи получения нужных параметров, например для определения необходимого размера бетоносмесителя при требуемой дневной производительности бетонного завода.

Номограмма дает адекватные и однозначные данные о необходимых параметрах и их влиянии на фактическую производительность бетонного завода.

Список литературы

1. Basková R. Realizácia betónovych konstrukcii. 1. vydanie. — Martin: BELMAS GROUP, 2008.

2. Firemná literatúra, prospekty a www stránky firiem: Holcim (Slovensko) a. s., KRANIMEX, s. r. o., LIEBHERR LADCE Betón, s. r. o., MERKO CZ, a. s., MERKO SK, a. s., SCHWING Stetter, Transunit, s. r. o.

3. JurícekI. a kol.: Konstrukcie budov z monolitického betónu. — Bratislava: Eurostav, 2005.

4. Basková R. Casové riziká vyroby cerstvého betónu (Timing risks of fresh concrete producing) // 5th International Conference TECHSTA 2007. 19-20, September 2007. — Prague: CVUT v Praze. — S. 61. CD: S. 207-213.

5. BN-62/6738-07 “Beton hydrotechniczny. Wymagania techniczne”.

6. BN-62/6738-03 “Beton hydrotechniczny. Skladniki betonu. Wymagania techniczne”.

7. Kledynski Z. Beton hydrotechniczny w swietle aktualnych wymagan normowych. — Gospodar-ka Wodna, 2005. — № 10. — S. 408-416.