CC BY
57
ГРНТИ 67.15.39
П. В. Корниенко1, Д. А. Тугумбаев2, У. Е. Ахметова3, А. П. Атконова4
'к.т.н., профессор, кафедра «Промышленное, гражданское и транспортное строительство» Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан;
2магистрант, инженер-технолог, ТОО «ДСК ТемiрТас», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан; 3магистрант, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан;
4магистрант, инженер, Испытательная лаборатория ТОО «ДСК ТемiрТас», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан
e-mail: 1komiienko1943@mail.m; 2tgdamir@mail.ru; 3ulpanay_93@mail.ru; 4atkonova_aida@mail.ru
системный подход при проектировании бетона с требуемыми свойствами в железобетонных конструкциях
В статье рассматривается последовательность влияния исходных факторов на структуру и строение материала, которая определяет, при оптимизации технологических параметров производства, свойства производственных групп изделий на предприятии «Павлодарский домостроительный комбинат ТОО «ДСК ТемiрТас». Приводятся результаты производственных испытаний тяжелого бетона при запуске технологической линии по производству многопустотных плит перекрытий безопалубочного формования (стендовая технология) с использованием комплекса технологического оборудования фирм «Elematic» (Финляндия) и ООО «Elticon» (Беларусия).
Ключевые слова: системный подход, менеджмент качества, структура и строение материала, исходные материалы, оптимальный состав, производственный процесс.
ВВЕДЕНИЕ
В рыночных условиях хозяйствования наибольшую актуальность приобретает решение задач эффективного управления производством непосредственно на предприятии, где потери средств и ресурсов сегодня исключительно велики.
С позиции системного подхода к предприятию и управлению им все предприятия являются открытыми системами, т.е. характеризуются взаимодействием с внешней средой. Если организация управления эффективна, то в ходе процесса преобразования образуется добавочная стоимость ресурсов на входе и появляются многие возможные дополнительные результаты на выходе (прибыль, увеличение доли рынка, увеличение объема продаж, рост предприятия и др.).
На передовых предприятиях объектом управления на предприятии выступают несколько групп функциональных процессов: маркетинг, исследования и разработки, производство, финансы, персонал и др. [1].
Цель статьи заключаются в том, чтобы используя принципы системного подхода выявить влияние исходных факторов на структуру и строение материала, которые определяют, при оптимизации технологических параметров производства,
с учетом свойств производимых групп изделий, экономические показатели производственного процесса и производственных затрат.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Процесс производства и управления на предприятии не могут функционировать в отдельности. Любые структурные изменения в производстве осуществляются только при непосредственном участии системы управления предприятием и требуют одновременно функциональных и структурных преобразований последней. Масштабность преобразований в определяющей мере зависит от качества разработок технологического процесса, глобальности поставленных задач.
Основные понятия и принципы менеджмента качества, описанные в международных стандартах типа ИСО, дают организациям возможность справиться с вызовами, предъявляемыми средой, которая в корне отличается от того, что было всего несколько десятилетий назад. Условия, в которых работает организация сегодня, характеризуются ускоренными изменениями, глобализацией рынков и превращением знаний в основные ресурсы. Влияние качества выходит за рамки удовлетворения потребителя: оно также оказывает непосредственное воздействие на репутацию организации [2, 3].
Предлагая основополагающие понятия и принципы, которые должны быть применены при разработке системы менеджмента качества (СМК), на предприятии мы выбрали свой экспериментальный метод, в котором учитывали поставки местных материалов, и анализировали степень влияния мелкого заполнителя и пластифицирующих добавок на качество бетона для производства сборных предварительно напряженных многопустотных плит перекрытий, изготавливаемых способом непрерывного безопалубочного формования экструдером Е9-1500е фирмы Е1ета1:к (Финляндия). Промышленные испытания проводили в условиях Павлодарского домостроительного комбината ТОО «ДСК Тем1рТас», запустивший данную линию в августе 2015 года. Расчет производили и корректировали в условиях производства с учетом поставки использования местных материалов.
На предприятии ТОО «ДСК ТемiрТас» используются следующие сырьевые материалы:
1 портландцемент: ЦЕМ I 42,5 Б ГОСТ 31108-2003 (соответствует портландцементу ПЦ500-Д0-Б ГОСТ 10178-85). Производитель -ОАО «Искитимцемент» (РФ, Новосибирская область, г. Искитим). Качество цемента соответствует требованиям ГОСТ 31108-2003.
2 щебень из плотных горных пород (порфирит) ГОСТ 8267-93, смесь фракций 5-20 мм. Производитель - ТОО «Асфальтобетон» (Павлодарская область, станция Майкаин). Согласно данным, приведенных в таблице 1, периодически выявлялись несоответствия зернового состава в крупном заполнителе. В соответствии с рекомендациями специалистов фирмы «Е1ета1:к» фракция щебня свыше 20 мм подвергались отсеиванию, т.к. данный фактор негативно влияет на процесс формовки пустотных плит и ускоряет износ оборудования.
Таблица 1 - Физико-механические показатели щебня
Наименование показателей Требования ГОСТ 8267-93 Результат
Фракционный состав: полные остатки на
ситах, % по массе
1,25D - (сито № 25) не более 0,5 0-2,5
D - (сито № 20) не более 10 2-27
0,5 (d+D) - (сито № 12,5) 30-60 30-76
d - (сито № 5) 90-100 82-99
сито № 2,5 95-100 91-100
сито № 1,25 95-100 98-100
Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, % по массе не более 35 % 17-25
Марка по дробимости не ниже 800 1000-2000
Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе не более 1 % 0,24-3,5
Содержание глины в комках, % по массе не более 0,25 % менее 0,25
Данные по зерновому составу щебня представлены на рисунке 2. Из графика видно большой разброс по полным остаткам на контрольных ситах.
£ ¡Í
100
80
60
Í 3
3 =
40
20
/
У Ж f
s 'f'/s Шг /
/ /
/ > / /
/
/yS
область зернового состава шеЬая. рекомендуемый для бетонов [4]
.-л-у i оо.тасть зернового состав я 11 поставляемого пгебня
1,25D D (20 мм) O.i(D-d)
(25 ым) (12.5 мм)
d (5 мы)
Ра гаеры отверстий контрольных снт мм
Рисунок 2 - Зерновой состав щебня
3 мелкий заполнитель:
- песок речной производства АО «Павлодарский речной порт» (г. Павлодар). Согласно ГОСТ 8736-2014 относится к мелким пескам II-го класса.
- песок карьерный производства - ТОО «Sputnik GPS» (Павлодарская область, п. Спутник). В ходе испытаний выявлено периодическое превышение содержания фракций свыше 5 и 10 мм, что фактически свидетельствует об отношении данного материала к песчано-гравийным смесям. Для корректного проведения исследований гравий смеси отсеивался на виброгрохоте в производственных
условиях. Фракции песчаной части согласно ГОСТ 8736-2014 относится к крупным пескам 11-го класса.
Характеристики мелкого заполнителя приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-механические показатели песка
Наименование показателей АО «Павлодарский речной порт» ТОО «Sputnik GPS»
Требова-ния ГОСТ 8736 Результат Требования ГОСТ 8736 Результат
Содержание зерен крупностью св. 10 мм, % по массе не более 0,5 1,3-2,3 не более 5 2,2-10,4
Содержание зерен крупностью св. 5 мм, % по массе не более 10 2-3,2 не более 15 3,2-15,3
Зерновой состав, остаток на сите, % по массе: сито 2,5 мм частные полные частные полные
3,6-4,1 3,6-4,1 10,2-19,2 10,2-19,2
сито 1,25 мм 4,2-4,4 7,8-8,5 10,7-15,6 21,1-33,1
сито 0,63 мм 8,9-9,1 16,7-17,6 21,0-39,6 41,8-50,7
сито 0,315 мм 20,4-22,0 38,0-38,7 10,0-32,7 69,6-84,7
сито 0,16 мм 48,9-50,0 86,9-88,7 15,1-19,3 88,2-96,4
Содержание зерен крупностью менее 0,16 мм, % по массе не более 20 11,3-13,1 не более 15 3,8-6,6
Полный остаток на сите 0,63 мм, % по массе св. 10 до 30 16,7-17,6 св. 45 до 65 41,8-50,7
Модуль крупности М к св. 1,5 до 2,0 1,5-1,6 св. 2,5 до 3,5 2,5-2,8
Содержание глины в комках, % по массе не более 0,5 соответствует не более 0,5 соответствует
Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе не более 5 соответствует не более 3 соответствует
По результатам испытаний были построены кривые просеивания мелкого заполнителя (рисунок 3). Полученные графики были сравнены с оптимальной областью
зернового состава, рекомендуемым автором [4], являющийся наиболее пригодным и обеспечивающий меньшую пустотность (не более 38 %). Анализ показывает, что песок производства ТОО «Sputnik GPS» является пригодным для производства бетона. Иная ситуация наблюдается с речным песком, кривая просеивания которого выходит за пределы диапазона рекомендуемого зернового состава.
4 химическая добавка - суперпластификатор СП-1. Производитель -ТОО «Полипласт-Казахстан» (РК, г. Астана). Добавка «ПОЛИПЛАСТ СП-1» представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы. Рекомендуемый диапазон дозировок добавки «ПОЛИПЛАСТ СП-1» составляет от 0,4 до 0,8 % от массы цемента в пересчете на сухое вещество [5]. Плотность водного раствора - 1,18 г/см3 при концентрации 35 %.
- Размеры отверстий ковтраилкх сит мм
Рисунок 3 - Кривые просеивания мелкого заполнителя
Определение качества и характеристик исходных компонентов, а также испытания бетона осуществлялись в испытательной лаборатории ТОО «ДСК ТемiрТас» (свидетельство об оценке состояния измерений в лаборатории № 411 от 21.04.2016 г.).
Подбор состава бетона
Заданием на подбор состава являлось получение бетона класса (марки) по прочности на сжатие В30 (М400) по ГОСТ 26633, при этом обеспечить получение оптимальной структуры и передаточной прочности не менее 32 МПа (80 % от проектной) после тепловой обработки.
Оптимальная структура характеризуется гладкой внешней поверхностью изделий, удобоукладываемостью бетонной смеси при формовании, наименьшей межзерновой пористостью в системе заполнителя с каркасом в уплотненном состоянии и т. д.
Диапазон оптимальной жесткости бетонной смеси составляет 40-50 с при испытании на приборе Вебе (что соответствует марке по жесткости Ж4 по ГОСТ 7473-2010). Данная удобоукладываемость обеспечивает необходимую токовую нагрузку шнековых двигателей 50-60 А при регулировании интенсивности уплотнения от 40 до 90 % (рисунок 4). При соблюдении указанных условий
отформованный монолит имеет гладкую поверхность и четкую геометрию сечения согласно чертежам. Дополнительно положительной характеристикой является способность свежеотформованной плиты выдерживать вес человека сразу после уплотнения.
Проектирование состава проводили по нормативным материалам и реальным условиям предприятия, которое использует местные материалы.
Тепловая обработка осуществлялась согласно рекомендациям специалистов фирмы «Е1ета1:к» при температуре изотермии не более 60 °С по режиму 2+3+13+2. Данное ограничение связано с тем, что установка по контролю тепловой обработки Е9-8тс не рассчитана на более высокую температуру обогрева.
а)
б)
а) токовая нагрузка шнековых двигателей; б) интенсивность уплотнения. Рисунок 4 - Фрагмент опций сенсорного компьютера экструдера Е9-1500е «Е1етайс»
Расчет состава бетонной смеси осуществлялся согласно [6-9] по методу абсолютных объемов с последующей корректировкой в производственных условиях.
Рассчитанные соотношения компонентов бетонных смесей приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Составы бетонных смесей для производства плит перекрытий
Состав Расход компонентов, кг/м3 В/Ц р , кг/м3 1 см7
цемент вода песок 1* песок 2** щебень СП-1
1 410 157-160 770 - 1100 - 0,38-0,39 2440
2 370 144-147 - 900 1130 - 0,39-0,40 2545
3 310 122-125 - 980 1150 6,8 0,39-0,40 2565
* песок 1 - речной производства АО «Павлодарский речной порт»; ** песок 2 - карьерный производства ТОО «Sputnik GPS»
Работая на составе с суперпластификатором СП-1 время изотермического прогрева было сокращено на 3 часа, что уменьшило затраты на тепловую обработку изделий, а также поспособствовало к более раннему снятию напряжения арматурных канатов и распиловки плит. Контроль и оценка прочности бетона
Контроль прочности бетона на предприятии осуществлялся согласно требованиям ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности» по схеме А. По каждому составу было изготовлено по 15 линий, с каждой из которых отбирались 2 пробы по 6 образцов-кубов размером 100*100x100 мм. Испытания бетонных образцов выполняли через 4 часа после тепловой обработки согласно ГОСТ 10181-2012 на поверенном оборудовании испытательной лаборатории ТОО «ДСК ТемiрТас».
Фактическую прочность бетона в партии Rm, МПа, рассчитывали по формуле
л
а)
к, --—
п
где Ri - единичное значение прочности бетона, МПа;
п - общее число единичных значений прочности бетона. Среднеквадратическое отклонение прочности бетона в партии Sm, МПа, рассчитывали по формуле
! »
-я...!" (2)
с -1Щ__К)
V п -1
где Ш - единичное значение прочности бетона в партии, МПа;
Шт - фактическая средняя прочность бетона отдельной партии, МПа; п - общее число единичных значений прочности бетона в партии. Текущий коэффициент вариации прочности бетона Ут определяли по формуле
(з)
к..
Таблица 4 - Основные показатели и результаты испытаний бетона
Показатели Результат
Состав 1 Состав 2 Состав 3
Интенсивность уплотнения силового блока при токовой нагрузке шнековых двигателей 50-60 А, % 80-90 80-90 40-60
Время выработки 1 м3 бетонной смеси, мин/м3 3,5-3,7 3,5-3,7 2,9-3,1
Скорость движения экструдера, м/мин 1,4-1,5 1,4-1,5 1,7-1,8
Время формовки 1 линии с учетом времени перемешивания и адресной подачи бетонной смеси, ч 1,8-2 1,8-2 1,5-1,7
Время ТО бетона, ч 20 20 17
Максимальное количество формуемых линий за 12-ти часовую смену с учетом времени на подготовку линий, распиловки и снятия плит, мойку технологического оборудования и т.д. 2 2 3
Плотность бетона, кг/м3 2390-2420 2500-2540 2520-2550
Прочность на сжатие R за анализируемый период, МПа 33,4 38,6 33,9
Среднеквадратическое отклонение прочности бетона в партии Sш, МПа 2,02 2,15 1,55
Текущий коэффициент вариации прочности бетона Vш за анализируемый период, % 6,05 5,57 4,57
Себестоимость материалов для изготовление 1 м3 бетонной смеси, тг/м3 11616 11315 11245
Исходя из полученных результатов за приведенные анализируемые периоды текущий коэффициент вариации прочности бетона плит перекрытий не превышал 13 %, что говорит об однородности бетона, обеспечиваемое точным дозированием бетоносмесительного узла, являющегося необходимым условием получения качественного отформованного монолита на линии.
Испытания плит
Контрольная нагрузка
_ 9*1.4 =(? + их(?1)х1,4-в2
где q - расчетная нагрузка для испытываемой плиты сверх собственной массы, равная 8 кПа (800 кгс/м2);
- собственная масса плит с заливкой швов между ними на 1 м2 перекрытия, равная 3,28 кПа (328 кгс/м2);
- собственная масса плит на 1 м2 перекрытия, равная 3,13 кПа (313 кгс/м2).
Таблица 5 - Основные показатели и результаты испытаний плит перекрытия
Показатель Значение
Расчетная нагрузка сверх собственной массы, кПа (кгс/м2) 8 (800)
Контрольная нагрузка по прочности (с=1,0), жесткости и трещиностойкости, кПа (кгс/м2) 8,5 (850)
Фактическая полная нагрузка на плиту, кгс 7685
Контрольный прогиб плиты ^ при расчетной нагрузке 8 кПа, мм не более 6,9
Фактический прогиб от полной контрольной нагрузки, мм 4,8; 2,8; 5,8
Контрольная нагрузка по прочности (с=1,4), кПа (кгс/м2) 13,1 (1310)
Фактическая полная разрушающая нагрузка, кгс 13305
ВЫВОДЫ
По результатам, полученным в ходе проведения эксперимента, можно сделать следующие выводы:
1 сократился расход портландцемента на 100 кг от 1-го состава; уменьшение потребления цемента и затрат на транспортировку примерно на 180 тонн в месяц; для предприятия является более простым и выгодным осуществлять в месяц поставку 11 тонн химической добавки, которая есть в наличии в Павлодаре, нежели транспортировать 3 вагона цемента.
2 сокращено время тепловой обработки на 3 часа; снизилась температура обогрева бетона на 5°С; снизились затрат на потребление энергии.
3 по экструдеру:
- увеличение скорости движения экструдера при формовке с 1,5 до 1,8 м/мин;
- «смягчение» работы силового блока при уплотнении бетонной смеси
- бетонная смесь с пластификатором более «смазанная», что значительно уменьшает налипание смеси на приемочный бункер и механизмы экструдера; облегчение подачи бетонной смеси шнеками, уменьшение их износа;
- уменьшение шума от работы электродвигателя и трения щебня об механизмы уплотнительной полки;
- работа при меньшей интенсивности уплотнителя силового блока (80-90 % - без пластификатора, 40-60 % - с пластификатором СП-1) при сохранении оптимальной токовой нагрузке шнековых электродвигателей 55-60 А, обеспечивающая бесперебойную работу экструдера и качественное уплотнение бетонной смеси;
- снижение себестоимости 1 м3 бетонной смеси на 400 тенге, что дает экономию ~7,5-8 млн тенге в год.
Таким образом организация сможет достигать и поддерживать требуемый уровень качества при оптимальных затратах, способствующих повышению ее рентабельности и конкурентоспособности.
Теоретическая основа и приближение к международным требованиям по менеджменту качества позволило, при анализе действующего предприятия на всех технологических переделах, сделать следующие выводы:
- процесс производства железобетонных изделий неразрывно связан со степенью воздействия машин и механизмов участвующих в формировании исходных материалов, как: соотношение фракций с учетом использования и обогащения щебня и песка с определенными размерами зерен;
- оптимизация каждого шага процесса: от дозирования до заполнения форм, уплотнения, отверждения и последующей обработки поверхности -приводит к наиболее эффективному использованию не только финансовых, но и энергетических, трудовых ресурсов и времени, что в свою очередь ведет к повышению производительности всего производства;
- все основные понятия, принципы и их взаимосвязи должны рассматриваться в целом, а не изолированно друг от друга. Ни одно основополагающее положение или принцип не важнее другого. В то же самое время, нахождение правильного баланса при применении является критически важным [10].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Сатаева, Д., Павлова, Л., Маковеев, А. Внедрение менеджмента знаний в организационную структуру компаний // Стандарты и качество. Качество управления. - 2018. - № 4. - С. 43-49.
2 Schmeleva, A. N. Evaluation and improvement of the operating efficiency of enterprise quality management system (QMS) : conceptual bases // Quality - access to success. // V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Science. - M., 2017. - № 160 (18 Tom). - P. 100-107. - ISSN 1582-2259.
3 Ахметова, У. Е., Абуова, Б. Б., Корниенко, П. В. Основы системного подхода при производстве изделий на заводах ЖБИ // Материалы международной научно-практической конференции «VII Торайгыровские чтения», посвященной 25-летию независимости Республики Казахстан. - Павлодар, 2016. - С. 326-333.
4 Тимохин, Д. К., Страхов, А. В. Подбор состава тяжелого бетона. Учебно-методическое пособие. // Саратовский государственный технический университет им. Гагрина Ю. А. - 2015. - 97 с. - ISBN 978-5-7433-2866-6.
5 http://www.polyplast-un.ru/assets/files/Stati-i-publikacii/novaya-him-dobavka-dlya-tehnologii-nepr-beopalubochnogo-formirovaniya.pdf.
6 ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава».
7 Рекомендации по подбору составов бетонных смесей для тяжелых и мелкозернистых бетонов / Методическое пособие - М. : 2016. - 100 с.
8 СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементарные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций»
9 Селяев, В. П., Низина, Т. А., Балыков, А. С., Низин, Д. Р., Балбалин, А. В. Фрактальный анализ кривых деформирования дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов при сжатии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2016. - № 1. - С. 129-146. - DOI 10.15593/perm.mech/2016.1.09.
10 Лапидус, В. А., Грачев, А. Н. Бережливое производство: от зарубежного опыта к разработке национального стандарта // СЕРТИФИКАЦИЯ. НИУ «Высшая школа экономики», ЗАО «Центр «Приоритет». - М. : «Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации», 2014. - № 4. -С, 8-11.-ISSN 2219-0856.
Материал поступил в редакцию 15.05.18.
П. В. Корниенко1, Д. А. Тугумбаев2, У. Е. Ахметова3, А. П. Атконова4 Тем1рбетон к^рылылымында^ы бетон кондырFыларын жобалау кезшде жYЙелi тэсшдемес
1,3С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы;
2,4ЖШС «ТемiрТас YKK», С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы.
Материал баспаFа 15.05.18 тусл.
P. V. Korniyenko1, D. A. Tugumbaev2, U. E. Akhmetova3, A. P. Atkonova4
System approach to designing concrete with required properties in reinforced
concrete structures
1,3S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan;
2,4LP «HBF TemirTas», S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 15.05.18.
Мацалада материалдардыц цурылымына эсер ететт негiзгi факторлардыц ретттт царастырылган. Бул реттшк ЖШС «Темiртас УЦК» Павлодар уй цурылыс комбинатыныц» технологиялыц параметрлерт оцтайландыру кезiндегi, вндiрiстiк буйымдар тобыныц цасиеттерш аныцтайды. Мунда «Elematic» жэне «Elticon» фирмаларыныц технологиялыц жабдыцтарын пайдалана отырып, цалыпсыз бетондау технологиясыныц квп цуысты плиталарын вндiру бойынша технологиялыц желШн юке цосу кезiндегi ауыр бетон вндiрiстiк сынацтарыныц нэтижелерi келтiрiледi.
The article discusses the sequence of influence of initial factors on the structure and pattern of the material, which determines, when optimizing the technological parameters of production, the properties of production groups of products at the enterprise «Pavlodar house-building plant LLP «DSK TemirTas». The results ofproduction testing of heavy concrete at the start of the technological line for production of hollow-core floor slabs of cold forming (bench technology) with the use of complex technological equipment «Elematic» (Finland) and OOO «Elticon» (Belarus).
