4.1. Общие сведения

4.2. Основные технологические способы добычи нерудных материалов

4.1. Общие сведения

Нерудные строительные материалы: песок, щебень, гравий - играют важную роль в строительстве. Они необходимы при строительстве дорог, изготовлении сборных железобетонных конструкций.

Стоимость нерудных строительных материалов с учетом погрузочно-разгрузочных, складских и транспортных расходов составляет примерно 10% сметной стоимости СМР.

Для проектирования любого промышленного предприятия составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО).

Для предприятий нерудной промышленности характерны для ТЭО следующие вопросы:

1) описание месторождений по материалам геологических фондов с приложением карт;

2) геологическое строение месторождения (включая мощности слоев, уровень грунтовых вод, степень обводненности толщи полезного ископаемого);

3) качественную характеристику сырья (гранулометрический, петрографический и химический составы, данные испытаний, кто и когда их проводил);

4) объем месторождений, их регистрация Государственной комиссией по запасам (ГКЗ) полезных ископаемых при правительстве Украины, размеры потребления;

5) решения ГКЗ о пригодности сырья;

6) сведения о наличии источников энерго- и водоснабжения в районе месторождения;

7) данные о наличии и состоянии дорог в этом районе (ж/дорог и автодорог);

8) данные о потребителях нерудных материалов (заводов ЖБК);

9) технические требования потребителей к нерудным строительным материалам;

10) данные о попутных промышленных продуктах, качественная характеристика отходов, их годовое количество, какие можно использовать для изготовления строительных материалов и изделий, транспортные связи по вывозу готовой продукции.

До начала проектных работ должна быть полная ясность об объемах запасов полезных ископаемых, которые определяются по категориям А, В, С₁, С₂.

Категория А - запасы детально разведанные и опробованные; изучено качество и технология обработки;

В - запасы, количество которых выявлено достаточно точно; технология обработки месторождений выявлено недостаточно;

С₁ - запасы на участках, примыкающих к уже известным категориям А и В, а также предполагаемые на основании изучения по естественным; опробованы в отдельных точках (местах);

С₂ -запасы отдельных месторождений, определяемые по геологическим предпосылкам.

Эти категории должны находиться в определенном соотношении по объемам. Объема месторождения (Vм) должно быть достаточно для эксплуатации на предполагаемый период работы не одного, а группы предприятий (на период не менее 25 лет).

V_м  25  М_{i (4.1)}

где М_i - годовая мощность предприятия.

4.2. Основные технологические способы добычи нерудных материалов

Разработка карьеров - это кроме значительных капитальных вложений еще и большая нагрузка на окружающую среду (разработка самих карьеров, дорог, переработка сырья, загрязнение атмосферы, нарушение естественных гидрогеологических процессов и т.д.).

Если имеются песчано-гравийные залежи и скальные, то предпочтительно разрабатывать первые, используя для разработки способ гидромеханизации, как наиболее щадящий окружающую среду и наиболее экономичный.

Гидромеханизированный способ раэработки включает следующие операции: размыв грунта под давлением и перевод его в полужидкую массу (пульпу), транспортирование пульпы в отвал.

Его применяют при наличии легкоразмываемых грунтов, мощных водных источников и достаточного количества электроэнергии.

В надводных забоях грунт разрабатывают гидромониторами, а в подводных - плавучими землесосными снарядами.

Гидромониторная установка состоит из насосной станции, магистрального водовода диаметром 150 - 500мм и гидромониторов с насадками-наконечниками диаметром 50 - 250мм.

К гидромониторам подают воду под большим напором, которая выходя из насадки плотной струей, превращает грунт в пульпу. Пульпа направляется самотеком по лоткам или канавам в отвал (или в насыпь).

Если отвод воды самотеком затруднен (условия рельефа, условия работ), то необходимо ставить перегрузочную насосную станцию для перекачки пульпы.

По трудности разработки и удельному расходу воды все размываемые грунты делят на шесть групп:

I - песчаные, II - супесчаные, III - суглинистые, IV - слабые глинистые, V - песчано-гравийные, VI - глины.

Удельный расход воды при рабочем напоре 0,3 - 0,5М_н/м² (30 - 50 м водяного столба) составляет для песчаных грунтов 3,5 - 9м³, для супесчаных и суглинистых 40 -90м³.

При разработке песчано-гравийных грунтов и глин удельный расход воды 9-14 м³ и рабочий напор 0,7-1,4 М_н/м² (70-140 м вод. ст.).

Расход воды и скорость струи регулируются насадкой-наконечником.

Суммарный напор воды у насоса насосной станции

Н_с = Н₁+ Н₂ + Н₃ + Н, м, (4.2)

где Н₁ - высота подъема воды, м;

Н₂ - высота всасывания, м;

Н₃ - потери в трубопроводе, принимаемые 10% от Н₁, м;

Н - требуемый напор у насадки гидромонитора, м.

Расход воды через гидромонитор

Q =  F2gH , м³/сек (4.3)

где  - коэффициент скорости для конических насадок 0,945;

F - площадь выходного отверстия насадки, м²;

g= 9,81м/с² - ускорение силы тяжести;

H - требуемый рабочий напор у насадки, М_н/м².

При разработке карьеров механическими способами (экскаваторами) глубина их, как правило, превышает максимальную высоту резания. Поэтому карьеры разрабатывают ярусами. Для разработки твердых (скальных) пород применяют экскаваторы с прямой лопатой, т.к. усилие резания на ковше у них больше, чем у экскаваторов с обратной лопатой и драглайном, а производительность при погрузке на транспорт выше.

Для ввода экскаватора в забой, въезда и выезда машин устраивают въездные траншеи с уклоном 0,1-0,15. Ширину траншей понизу принимают 3...3,5 м при одностороннем движениии, 7...7,5 м - при двустороннем.

При этом неизбежны бросовые работы по устройству въездных траншей. Для уменьшения их в некоторых случаях более экономично применять экскаватор обратная лопата или драглайн.

Количество транспортных средств из расчета непрерывной работы экскаватора определяется по формуле

Т_ц

N = ----- (4.4)

t_п

где Т_ц - длительность цикла автосамосвала, мин;

t_п - длительность погрузки автосамосвала, мин.

2l

Т_ц = t_п + ----------- + t_р.м + t_м (4.5)

V_ср / 60

где l - расстояние транспортировки груза, км;

V_ср - средняя скорость движения транспорта, км/ч;

t_р.м - время разгрузки с маневрированием, мин;

t_м - время на маневры при погрузке.

Длительность погрузки автосамосвала

М

t_п = ------ (4.6)

n_т

где М=Q/qк_е - число ковшей, загружаемых в машину; Q - грузоподъемность транспорта, м³; q - геометрическая емкость ковша, м³; к_е - коэффициент использования вместимости ковша;

n_т=60к_в/t_ц - число циклов (ковшей) в мин.; к_в - коэффициент использования экскаватора во времени в смену; t_ц - продолжительность цикла, с.

По результатам расчетов строится график движения транспортных средств “эабой - отвал”.

Приведем оптимальные типовые мощности предприятий нерудных стройматериалов (в тыс. м³/год):

Гравийно-сортировочные заводы 500 - 1000

Цехи по обогащению песка 400 - 600

Дробильно -сортировочные заводы 300, 400, 600, 700.

Потребность в нерудных строительных материалах обеспечивается:

1) производством на карьерных предприятиях;

2) производством из отходов горных и металлургических предприятий;

3) использованием естественных легких заполнителей;

4) добычей нерудных материалов речными пароходствами.

Заводы ЖБК и карьерные предприятия все еще недостаточно уделяют внимания качеству заполнителей: фракционному составу, чистоте и механической прочности зерен. Все это сказывается на качестве продукции и, в частности, на перерасходе цемента.

При небольшом объеме изготовления сборного железобетона небольшой перерасход цемента не имеет существенного значения. Но когда объем этот достигает больших значений, вопрос о качестве заполнителей приобретает первостепенное значение.

Часто считают, что промывка щебня убыточна. Но если учесть, что количество пустой породы составляет 10 ...15%, что при этом снижаются транспортные расходы на перевозку, улучшаются условия труда на дробильных фабриках - и, если учесть затраты на промывку (в ценах 1980г. они были 46коп. на 1т щебня), то она, т.е. промывка, может быть очень рентабельной..

Не решен вопрос с фракционированием песков.

Ряд заводов сборного железобетона работает на песках естественных или песчано-гравийной смеси.

Применение гидроклассификаторов песка и гравийно-песчаных смесей на многих карьерах позволяет снизить расходы цемента. Некоторое повышение стоимости заполнителей окупается экономией цемента.

За рубежом щебень 2 - 3-х фракций применяется немногими заводами. Обычно карьерные предприятия изготовляют смеси из 4 - 12 фракций. Число фракций песка исчисляется от 2 до 9.

Для производства сборного железобетона важное значение имеет получение с карьеров оптимальных смесей.

Для этого карьерным предприятиям должна быть известна номенклатура сборных железобетонных конструкций, способы хранения заполнителей, а заводы, в свою очередь, должны знать условия, при которых изготовляются необходимые им заполнители.

К сожалению, практика учета всех необходимых для рентабельного производства условий еще не нашла необходимого распространения, и заводы допускают перерасход цемента на так называемом “законном” основании; плохой (загрязненный) заполнитель - больше цемента.

На заводах ЖБК в бетоносмесительных цехах все еще имеется 2 - 3 бункера для крупных заполнителей и 1 бункер для песка. Заполнитель дозируют перед подачей в бетоносмесители в весовых дозаторах вместо объемных.

Шихтовка заполнителей в заданных пропорциях на карьерных предприятиях не только бы значительно упростила и удешевила процесс изготовления бетонной смеси, но и улучшила бы качество с точки зрения постоянства состава.

В добыче сырья для строительства значительное место принадлежит пароходствам

речного флота. Они занимаются поставкой гравийно-песчаной смеси, получаемой в процессе дноуглубительных работ. Смесь продается по довольно высоким ценам, учитывающим не только стоимость добычи, но и стоимость фрахта.

Эту гравийно-песчаную смесь обычно не обогащают, а направляют непосредственно в БСУ.

Если бы перед поступлением строителям смесь была рассортирована по фракциям, крупный гравий раздроблен на щебень и при необходимости здесь же на плаву обогащен, то себестоимость конечной продукции значительно снизилась бы (по сравнению с вариантом заполнителя на берегу из “сухих” карьеров). Это подтверждают расчеты институтов Гидропроекта и Проектгидромеханизации.

Зарубежные фирмы именно так и поступают, создавая для этой цели плавучие фабрики.

Неисчерпаемые запасы местного нерудного сырья в виде осадочных горных пород и гравийно-песчаных отложений можно использовать для изготовления бетонов высоких марок, предварительно подвергнув их обогащению, т.е. разделению материалов по прочности.

Из гравитационных методов обогащения к наиболее перспективным и проверенным относится обогащение в тяжелых средах. Метод основан на взвешивании в жидкости минералов.

Плотность среды выбирают с таким расчетом, чтобы более легкие (они же и более слабые) зерна гравия или щебня всплывали, а более тяжелые (они же и более прочные) оседали на дно.

При обогащении щебня и гравия в качестве утяжелителя среды применяют магнетит или смесь магнетита с ферросилицием. Магнетит позволяет получить среду с плотностью до 2,55г/см³, ферресилиций - до 3,4г/см³.

Лекция № 5 Номенклатура сборных железобетонных изделий и конструкций

План

5.1. Классификация железобетонных изделий и конструкций.

5.2. Изделия и конструкции гражданских зданий.

5.3. Конструкции промышленных зданий.

5.4. Основные требования к сборным железобетонным изделиям и конструкциям.

5.1. Классификация железобетонных изделий и конструкций.

В основу классификации сборных железобетонных изделий и конструкций положены следующие признаки: вид бетона, его плотность, вид армирования, внутреннее строение и форма, масса, и назначение.

По отраслям строительства различают конструкции для промышленного, сельскохозяйственного, жилищно-гражданского и специальных отраслей строительства (гидротехниче-ского, шахтного, дорожного и др.).

По назначению в зданиях и сооружениях различают элементы фундаментов и каркаса, покрытия и перекрытия, стены и перегородки, блоки отопительных и вентиляционных систем.

По характеру армирования - сборные конструкции делят на бетонные неармированные, железобетонные с обычной арматурой, предварительно-напряженные железобетонные.

По форме - плитные, линейные, решетчатые, блочные, криволинейные, трубчатые и др.

По массе - особо мелкие (до 250 кг), мелкие (250...1500 кг), средние (1500...3000 кг), крупные (3000...5000 кг), особо крупные (более 5000 кг).

По виду бетона - в соответствии со СНиП II-21-75: конструкции из тяжелого бетона, бетона на пористых заполнителях, ячеистого, крупнопористого и поризованного бетонов.

По внутреннему строению - изделия могут быть сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида - однослойные, двухслойные и многослойные, изготовленные из разных видов бетона или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.

Изделия различаются также по типоразмерам и маркам. Понятие “типоразмер” определяет принадлежность конструкции к определенному элементу здания или сооружения. Понятие “марка” детализирует типоразмер, охватывая показатели несущей способности изделия, массы, расположения закладных деталей, проемов и т.п.

5.2. Номенклатура изделий и конструкций гражданских зданий

Номенклатура изделий и конструкций гражданских зданий включает: изделия для фундаментов и подземных частей зданий, панели наружных стен, панели внутренних стен и перегородок, колонны многоэтажных зданий, ригели каркасов многоэтажных зданий, плиты перекрытия, лестничные марши и площадки.

Фундаменты под колонны:

размеры подошвы - до 2000 мм, высота - до 1000 мм, масса - до 5000 кг;

бетон - тяжелый М200, 250, 300;

арматура -сетки и каркасы из стали классов А-II и А-III;

способ производства - стендовый.

Блоки ленточного фундамента стен:

размеры: длина - до 3200 мм, ширина - до 1800 мм, высота - до 500 мм;

масса 500...4000 кг;

бетон - тяжелый М150...300;

арматура классов А-II и А-III в виде сеток и каркасов;

способ производства - стендовый.

Блоки стен подвалов:

размеры: длина - до 2500 мм, ширина - до 500 мм, высота - до 700 мм;

масса - до 2000 кг;

бетон - тяжелый М100, 150;

способ производства - стендовый, агрегатный.

Панели наружных стен:

на комнату: размеры, мм - 3600*2900*400;

масса - до 4000 кг;

бетон - легкий - =700..1000 кг/м³, М50...М100; ячеистый - =550...700 кг/м³, М35 и М50;

способ производства: агрегатно-поточный, конвейерный;

арматура классов А-II, А-III - сетки, каркасы;

на 2 комнаты: размеры, мм - 6000...6600*2900*400;

масса - до 8000 кг.

Мероприятия по снижению коэффициента теплопередачи панелей наружных стен:

- применение гранул вспученного пенополистирола взамен части объема керамзитового гравия фракции 5...10 мм (плотность бетона может быть снижена до 800...850 кг/м³);

- применение газосиликатных ячеистых бетонов плотностью до 600 кг/м³;

- использование золы-уноса в ячеистом бетоне (снижение коэффициента теплопроводности на 8...10%);

- применение вкладышей из засыпных или плитных теплоизоляционных материалов (пенополистирольный пенопласт, ячеистые газобетонные плиты, жесткие минераловатные плиты, перлит и др.);

- изготовление трехслойных панелей с использованием эффективных теплоизоляционных материалов.

Панели внутренних стен:

размеры, мм длина - до 7000, ширина - до 2900, толщина - 120...160 мм;

масса - до 2300 кг;

бетон - тяжелый М150..300, легкий М150...200;

арматура классов А-II, А-III - сетки, каркасы;

способ производства - кассетный, конвейерный, кассетно-конвейерный.

Колонны многоэтажных зданий:

размеры сечения - 300*300 и 400*400 мм, длина на 1,2,3,4 этажа;

масса - 3500...7000 кг;

бетон - тяжелый М200...500, легкий М200...400;

арматура класса А-III - пространственные арматурные каркасы;

способ производства - агрегатный, стендовый.

Ригель каркаса многоэтажного здания:

размеры: высота 450 мм, длина 5500 мм - для пролета длиною 6 м,

650мм, длина 8500 мм - для пролета длиною 9 м;

масса - до 5500 кг; арматура классов А-III, А-IV, А-V - каркасы, преднапряженные элементы;

способ производства - агрегатно-поточный.

Плиты перекрытий: сплошного сечения, с пустотами, ребристые.

Пустотелые плиты перекрытий изготовляют с цилиндрическими пустотами длиной до 6000 мм, шириной до 2400 мм и толщиной 220 мм, массой до 4000 кг или длиной 9000-12000 мм, шириной до 1500 мм, толщиной 300 мм.

Ребристые плиты изготовляют П-образного сечения длиной до 8800 мм, шириной до 1500 мм, высотой до 400 мм, их масса до 4000 кг. Для больших пролетов применяют ребристые плиты типа 2Т размерами, мм: 15000*3000*600, массой - до 11000 кг;

арматура классов - А-III, Вр-I, Вр-II, А-IV, Ат-IV - сетки каркасы, напрягаемые элементы.

Если пролеты плит длиной больше 3 м, их целесообразно изготовлять предварительно напряженными с применением высокопрочной арматуры. Для изготовления плит применяют тяжелый бетон, а также легкий конструкционный бетон.

Способ производства - агрегатный, конвейерный - пустотные, ребристые; агрегатный, конвейерный, кассетный, кассетно-конвейерный - сплошные.

Лестничные марши:

выполняют в виде плит со ступенчатой поверхностью средней части, а концевые участки образуют лестничные площадки.

Размер марша в плане, мм: 3900*1500;

масса -до 2500 кг; бетон - тяжелый М200-300;

способ производства - конвейерный, агрегатно-поточный, стендовый.

5.3. В номенклатуру конструкций одноэтажных промышленных зданий

В номенклатуру конструкций одноэтажных промышленных зданий входят несущие и ограждающие элементы одно- и многопролетных зданий различной высоты (3.6...18 м). Из этих элементов можно комплектовать здания для различных отраслей промышленности: бескрановые, оборудованные мостовыми кранами, подвесными кран-балками; бесфонарные и с фонарями, имеющие скатную, малоуклонную или плоскую кровлю. Номенклатура сборных конструкций одноэтажных зданий включает: фундаментные балки, колонны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки, фермы, плиты покрытий и стеновые панели.

Фундаментные балки:

1) длина 4300...5950 мм - шаг колонн 6 м,

масса 2200 кг; бетон тяжелый - М200, 300; арматура - ненапрягаемая в виде сварных каркасов из стали классов A-I, A-III;

2) длина 10200...11960 мм - шаг колонн 12 м,

масса 5500 кг; бетон тяжелый - М400; арматура - сварные каркасы и напрягаемая арматура классов А-IV и А-V.

Балки длиной до 5.95 м изготовляют в раздельных или групповых формах по агрегатно-поточный технологии. Преднапряженные балки большей длины изготовляют с натяжением арматуры на упоры форм или коротких силовых стендов.

Панели стен отапливаемых зданий.

При шаге колонн 6 м: размеры - длина 6000 мм, ширина 900...1800 мм, толщина 160...300 мм (панели стен неотапливаемых зданий с тем же шагом колонн имеют толщину 70 мм);

бетон - легкий на пористых заполнителях или ячеистый автоклавный.

При шаге колонн 12 м применяют панели в виде ребристых предварительно напряженных плит массой до 4500 кг, размерами 1200*12000, 1800*12000 и 2400*12000 с высотой продольных ребер до 300 мм, поперечных 130 мм и толщиной полки до 300 мм.

Виды арматуры - А-I, А-III - для панелей из обычного железобетона в виде сварных сеток или каркасов, А-IV и А-V - для предварительно напряженных конструкций.

Способ производства - агрегатно-поточный, конвейерный.

Железобетонные ребристые плиты покрытия.

Типовые плиты массой до 2700 кг имеют размеры в плане 3000*6000 мм; массой до 7100 кг - 3000*12000 мм. Плиты размерами 1500*6000 и 1500*12000 мм чаще используют как доборные элементы на участках покрытий с повышенными снеговыми отложениями.

Бетон тяжелый (легкий конструкционный) - М250-М400.

Арматура классов А-III и Вр-I - в виде сеток и каркасов для армирования полки и поперечных ребер; А-IV, А-V, А-VI - предварительно напряженная арматура для продольных ребер.

Получают распространение более эффективные конструкции покрытий в виде предварительно-напряженных плит “на пролет” размерами 3000*18000 и 3000*24000 мм двух типов - сводчатые плиты - оболочки типа КЖС и плиты с малоуклонной плоской полкой типа П.

Бетон - тяжелый М400 и М500.

Колонны.

1). В зданиях без кранового оборудования, а также с подвесным подъемно-транспортным оборудованием, с мостовыми кранами, при высоте зданий от пола до низа стропильных конструкций, не превышающей 10.8 м - колонны массой до 12400 кг; длиной 4500...11800, с размерами сечения при грузоподъемности кранов 10-20 т: 400*600, 400*800, 500*800;

бетон - тяжелый М200-М500;

2) в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т применяют двухветвевые колонны длиной 11850...19350 мм, габариты сечения подкрановой части 400*1000-600*1900;

бетон - тяжелый М300-М500; арматура - классов А-I и А-III;

способ производства - агрегатный, стендовый.

Подкрановые балки.

1. При шаге колонн 6 м балки имеют размеры: длина 5950, высота 800, ширина сечения (таврового) 600, толщина 120 мм;

бетон - тяжелый М400-М500;

2. при шаге колонн 12 м - балки двутаврового сечения имеют размеры: длина 11950, высота 1200, ширина и толщина верхней полки соответственно 650 и 160, толщина стенки 140, ширина нижней полки 340 мм;

бетон - тяжелый М500-М600; напрягаемая арматура - стержневая или канатная;

способ производства - агрегатно-поточный, стендовый.

Стропильные и подстропильные фермы.

Стропильные фермы бывают двух видов - раскосые сегментные с верхним поясом ломаного очертания и безраскосные с верхним поясом арочного очертания.

1. Для пролетов 18 м размеры ферм составляют: общая высота 2740...3000, длина 17940, ширина поясов 240...300 мм;

2. для пролетов 24 м: общая высота 3300...3400, длина 23400, ширина поясов ширина поясов 240-350 мм.

Подстропильные раскосные фермы применяют при шаге колонн 12 м для опирания стропильных ферм.

Бетон - тяжелый М400-М600; арматура классов А-I и А-III - в виде сварных каркасов, А-IV и А-V или проволочная (канатная) арматура - для нижнего пояса ферм.

Фермы изготовляют на стендах или в силовых фермах с механическим натяжением арматуры на упоры.

5.4. Требования к сборным железобетонным конструкциям.

1). Технические требования к сборным конструкциям формируются на основе условий монтажа зданий и сооружений с наименьшими затратами труда и времени и условий эксплуатации сборных железобетонных зданий и сооружений.

По условия монтажа: укрупнение конструктивных элементов, точность геометрических форм и размеров конструкций, оптимальное решение узлов и соединений, точность расположения закладных деталей и др.

По условиям эксплуатации: обеспечение проектной точности, морозостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости, определенных теплофизических свойств, стойкости в агрессивных средах.

2). Технологические требования к сборным железобетонным конструкциям диктуются условиями их промышленного производства. Степень технологичности железобетонных конструкций определяется возможностью их изготовления с наименьшими затратами труда, материалов и энергетических ресурсов.