Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 9
1.1 Анализ развития технологии получения серобетона 9
1.2 Применение серобетона в промышленности и перспективы его использования в судостроении 13
1.3 Требования к серобетонам как материалам для постройки корпусов судов 17
Выводы. Цель и научно-технические задачи исследования 20
2 Теоретическое обоснование возможности применения серобетона в качестве судостроительного материала 22
Выводы по главе 31
3 Результаты испытаний серобетона как судостроительного материала 32
3.1 Исследование по подбору состава и технологии получения серобетона 32
3.2 Обоснование количества образцов в серии 43
3.3 Исследование влияния изменения температуры и времени твердения серобетона на его прочность 45
3.4 Исследование серобетона на морозостойкость 49
3.5 Исследование водонепроницаемости серобетона 53
3.6 Исследование влияния состава серобетона на водопоглощение 56
3.7 Исследование влияния состава серобетона на истираемость 60
3.8 Результаты определения коэффициента линейного температурного расширения серобетона 63
3.9 Результаты сравнительных испытаний на стойкость в агрессивных средах серобетона и бетона на портландцементе 65
3.10 Исследование влияния состава серобетона на сцепляемость с арматурой 73
3.11 Оценка влияния состава серобетона на скорость коррозии арматуры 78
3.12 Результаты сравнительных испытаний бетонов на стойкость к циклическим нагрузкам 80
3.13 Результаты сравнительных испытаний по определению характеристик трещиностойкости серобетона и бетона на портландцементе при статическом нагружении 82
3.14 Исследование серобетона на экологическую безопасность 86
Выводы по главе 93
4 Разработка технологии постройки и организация работы верфей по постройке корпусов судов из серобетона 95
4.1 Общие аспекты технологии постройки корпусов судов из серобетона 95
4.2 Особенности технологии постройки корпусов судов из серобетона 96
4.3 Обоснование метода изготовления секций корпусов судов из серобетона 106
4.4 Обоснование метода постройки серобетонных корпусов судов 113
4.5 Оценка возможности постройки корпусов судов из серобетона с применением предварительного напряжения 115
Выводы по главе 119
5 Технико-экономическая оценка сметной стоимости постройки корпусов судов из серобетона и железобетона 111
Выводы по главе 115
Общие выводы 118
Список литературы 120
Принятые сокращения и обозначения 142
- Теоретическое обоснование возможности применения серобетона в качестве судостроительного материала
- Результаты сравнительных испытаний на стойкость в агрессивных средах серобетона и бетона на портландцементе
- Особенности технологии постройки корпусов судов из серобетона
- Технико-экономическая оценка сметной стоимости постройки корпусов судов из серобетона и железобетона
Введение к работе
Актуальность работы
Важнейшей задачей развития российского судостроения является снижение стоимости постройки судов и расширение перечня применяемых материалов Одним из путей ее решения является применение новых дешевых материалов и технологий постройки судов Этот вопрос остро стоит в железобетонном судостроении из-за дефицитности и постоянного роста цен на цемент
Экономия ресурсов в железобетонном судостроении особенно обострилась в последнее время, поэтому вполне обоснованно и закономерно возникла необходимость в разработке и создании ресурсосберегающих материалов и технологии Развитие судостроения в целом и, в особенности, железобетонного судостроения предусматривает широкое использование сырья различного происхождения Это диктуется как технико-экономическими, так и современными экологическими требованиями.
Одновременно продолжается мировой кризис превышения производства серы над ее потреблением, в результате которого мировые цены на серу упали к началу 90-х годов XX века со 120 до 35 долларов США за тонну Для сравнения заметим, что тонна цемента в настоящее время стоит около 200 долларов США и выше Суммарный объем серы, произведенной в 2005 году Астраханским и Оренбургским газоперерабатывающими заводами, составил более 5 млн тонн Аналогичная ситуация сложилась и за рубежом Большой объем производства серы сделал ее труднореализуемым продуктом, для которого целесообразно искать новые рынки сбыта и применения
В настоящее время имеется множество публикаций, связанных с использованием серы в качестве строительного материала, нашедшего широкое применение в конструкциях различного назначения, причем не только в гражданском, но и в промышленном строительстве, а также в таких специальных областях, как гидротехническое строительство и строительство дорог Такие конструкции успешно эксплуатируются в тяжелых условиях, когда они подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высушивания, агрессивных солевых растворов и других факторов Серобетон по сравнению с обычным бетоном имеет ряд существенных преимуществ по морозостойкости, водонепроницаемости, деформативности, стойкости в коррозионных средах
Таким образом, вопрос исследования возможности применения серобетона в качестве судостроительного материала является оправданным и актуальным
Цель работы состоит в исследовании свойств серобетона и научном обосновании возможности его использования в качестве материала, пригодного для строительства корпусов стоечных судов, а также в разработке методов и способов такого строительства
С учетом поставленной цели задачи исследования можно сформулировать следующим образом
-
разработать технологию получения судостроительного серобетона
-
подобрать рациональный состав серобетона, пригодного для использования в судостроении, с учетом имеющейся сырьевой базы
-
провести испытания серобетона на прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, сцепляемость с арматурой, экологическую безопасность, а также другие испытания, подтверждающие возможность его использования в качестве материала, пригодного для постройки корпусов судов
-
разработать методику сравнительных коррозионных испытаний судостроительных бетонов и серобетонов
S, разработать технологию постройки корп.і ов серобетонных судов и лагь технико-экономическую оценку этой технологии
Me годы решения задач исследования
Теоретической базой работы являлись труды советских, российских и зарубежных ученых и специалистов в области материаловедения, технологии судостроения, физической химии.
Методологической базой диссертации являются исследования таких ученых, как П И Глужге, В А Мишутин, В В Стольников, А А Мильто, Н М Егоров, К А Абросимов, С В Шестоперов и др
При выполнении работы были использованы методы статистического анализа данных, полученных при выполнении экспериментальных исследований на базе сравнительных испытаний
Расчетно-теоретические исследования, обработка экспериментальных данных произведены с использованием современных программных продуктов «Excel-2000» и «Matcad»
Научная новизна работы заключается в том, что
-
Теоретически обоснована возможность применения серобетона в качестве материала для постройки корпусов судов
-
Впервые проведены исследования влияния различных составов серобетона на его эксплуатационные свойства как судостроительного
материала высокая прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, низкое водопоглощение, стойкость в агрессивных средах
-
По результатам исследований с учетом имеющейся природно-сырьевой базы подобран новый гранулометрический состав серобетона как судостроительного материала
-
Впервые разработана методика проведения сравнительных испытаний бетонов и серобетонов на стойкость к воздействию сероводорода при различных температурах
-
Установлена возможность изготовления корпусов судов из серобетона при отрицательных температурах
-
Впервые разработана и научно обоснована технология изготовления корпусов судов из серобетона Показано преимущество агрегатно-поточного метода изготовления секций корпусов судов из серобетона по сравнению со стендовым
-
Впервые разработана технология изготовления преднапряженных судовых конструкций из серобетона
Достоверность основных результатов обеспечена применением аттестованных измерительных приборов и апробированных методик измерения, использованием взаимозаменяемых и взаимодополняемых методов исследования, соблюдением принципов комплексного подхода при анализе и интерпретации экспериментальных данных, повторяемостью результатов, применением статистических методов оценки погрешностей и обработки данных эксперимента
Практическая значимость
-
Определен состав серобетона и его физико-механические свойства, которые удовлетворяют требованиям к материалам для постройки корпусов судов
-
Разработана и практически реализована «Методика проведения сравнительных испытаний бетонов и серобетонов на стойкость к воздействию агрессивных сред при различных температурах»
3. Разработаны конструкция серобетономешалки с электрообогревом
и конструкция виброагрегата для изготовления серобетонных секций
4. Разработаны и рекомендованы для практического использования
технические и технологические решения по изготовлению корпусов судов
из серобетона
Личный вклад автора
Автор лично проводил испытания серобетона на лабораторных установках и устройствах Инженерно-технического центра ООО «Астраханьгазпром» и являлся инициатором проведения испытаний
серобетона в «Центре по испытаниям, внедрению, сертификации продукции, стандартизации и метрологии» Астраханской области Произвел анализ влияния состава наполнителя и полимерной серы на физико-механические свойства серобетона Автором написана методика проведения сравнительных испытаний бетонов и серобетонов на стойкость к воздействию сероводорода при различных температурах Им обоснован метод постройки и способ изготовления секций корпусов судов из серобетона Предложена технология изготовления преднапряженных конструкций корпусов судов из серобетона Дана технико-экономическая оценка строительству корпусов судов из серобетона
Внедрение результатов работы
Результаты работы приняты к использованию на ОАО ПП «Астраханская судостроительная верфь», а также используются в учебном процессе при подготовке морских инженеров, обучающихся по специальности 180101.65 — «Кораблестроение» в Астраханском государственном техническом университете по дисциплинам «Проектирование судостроительных цехов и верфей», «Технология судостроения», «Судостроительные материалы^
Апробация работы
Основное содержание исследований по мере их выполнения обсуждалось и докладывалось на всероссийских и вузовских конференциях и семинарах, а именно на заседаниях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» АГТУ (г Астрахань), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (2006-2007 гг) (г Астрахань), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» АСТИНТЕХ 2007 (18-20 апреля 2007 г ) (г Астрахань)
Публикации
Результаты исследований опубликованы в 4-х печатных изданиях, из них одна статья - в издании, рекомендованном ВАК РФ для публикаций основных результатов диссертаций Поданы также две заявки на предполагаемые изобретения, которые приняты к рассмотрению по существу в Роспатенте РФ
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов и приложений и изложена на 169 страницах основного текста, содержит 25
рисунков, 43 таблиц, перечень использованных источников из 130 наименований и приложения
Теоретическое обоснование возможности применения серобетона в качестве судостроительного материала
Строительство корпусов речных стоечных судов из железобетона может целиком базироваться на бетонах марок 200-500. Стоимость вяжущих веществ в современных судостроительных бетонах составляет в среднем 60-80% от общей стоимости всех материалов, идущих на изготовление бетона. В связи с этим возникает вопрос о выборе и применении вяжущих веществ, наиболее эффективных в технико-экономическом отношении.
Разработанные серные бетоны на основе модифицированной серы обладают хорошими прочностными свойствами, способны противостоять коррозии и воздействию циклически меняющихся температур.
Гидрофобность, высокая химическая стойкость серы к целому ряду агрессивных сред, химическая плотность делают серное вяжущее предпочтительнее цементного для производства изделий эксплуатирующихся в агрессивных средах, в том числе морской воде.
Известно, что серное вяжущее в чистом виде не используется из-за его невысокой прочности и хрупкости, а требует модификации наполнителями и химическими добавками. Простая технология производства модифицированной серы (серополимера), предложенная АНИПИгазом, сводится к соединению в аппарате вихревого слоя газовой серы с полимерными добавками. При такой обработке образуются металлоорганические соединения, в том числе и типа MeRn. Механизм их образования таков.
В зоне электрического разряда на поверхности вращающихся стальных игл, в аппарате вихревого слоя, происходит отщепление микрочастиц железа (никеля). В момент разряда по игле проходит ток большой силы, при этом игла не успевает отдать в пространство полученную энергию и на ее поверхности происходят микровзрывы, мощность которых резко возрастает при соударении игл между собой и с внутренней металлической поверхностью ABC. При микровзрыве образуются частицы металла диаметром от десятка до двух сотен нанометров, обладающие огромной избыточной энергией. Кроме того, в зоне разряда, давление достигает десятков тысяч атмосфер [117].
Эти два обстоятельства повышают реакционную способность веществ, обрабатываемых в ABC. В частности, если стабилизирующие добавки содержат органику (углеводороды), то протекают реакции образования металлоорганиче-ских соединений.
Первичная металлоорганика интенсивно взаимодействует с окислителями. Например, таким образом протекает реакция «высыхания олифы», где дисперсная фаза металлов, растворенная в масле, способствует быстрой полимеризации масла кислородом воздуха. Во внутренней среде ABC таким окислителем выступает сера. В результате чего получается металлоорганический серополимер.
Этот полимер будет рождаться в сложном взаимном растворе еще двух полимеров: полимерной серы и полисульфидов. Полимерная сера всегда присутствует в расплаве серы, а частицы металла, полученные после микровзрыва, или уже находящиеся в расплаве, взаимодействуют с элементарной серой с образованием обычных сульфидов типа FeS, FeS2, FeS3 и полисульфидов типа FeSn.
Все три вида полимеров активно взаимодействуют, при этом металлоорганический серополимер стабилизирует полисульфиды и полимерную серу, которые в обычных условиях разрушаются с течением времени, с образованием элементарной серы и сульфидов.
На практике процесс образования полисульфидов ускоряют, вводя в состав расплава (до обработки на ABC) вещества, содержащие дисперсную фазу металла (например, кубовый остаток или мазут, где различные металлы растворены, возможно, с образованием металлоорганических соединений в углеводородах). То есть, активироваться могут не только частицы металла, полученные в результате микровзрыва поверхности стальных игл, но и находящиеся в зоне микровзрыва (вторичная активация).
Достоверность данной модели подтверждается тем, что на базе никелевого производства был получен серобетон с высокими прочностными показателями (предел прочности на сжатие до 60 МПа). При этом прочность серобетона росла по мере роста доли технической серы, неизбежно содержащей в данных условиях сульфиды и первичные полисульфиды железа и никеля, а также полимерную серу, и практически не зависела от наличия углеводородов. Полисульфиды образовались непосредственно в технической сере в момент ее получения из полиметаллических серных руд, а полимерная сера всегда присутствует в расплаве серы.
Но поскольку аппарат вихревого смешения в данном случае не использовался, то металлоорганический серополимер в расплаве не присутствовал. Полимерная сера и полисульфиды не могли сохранить устойчивость и серобетон быстро терял свои прочностные характеристики [38].
Таким образом, ключевым элементом процесса получения полимерной серы с помощью ABC являются: органические соединения и металл в дисперсной фазе. В качестве источника таких обоих веществ может использоваться, например, кубовый остаток.
При низких температурах нагрева (120-150С) сера образует с компонентами кубового остатка стабильные сероорганические соединения, в основном, полисульфиды FeSn, имеющие прочную кристаллическую решетку. Окисление железа в таких соединениях происходит при температуре более 1193С и большом количестве кислорода: 2FeS2 + I1/202 = Fe203 + 4S02,
Количество железа в полимерной сере незначительно и составляет примерно 0,1% от общего количества полимерной серы. Скорость протекания такой реакции в полимерной сере, используемой в качестве связующего в серобе-тоне, незначительна. По данным Г.В. Самсонова, диффузия кислорода в сере возможна при нагревании серы выше 500-550С и повышении давления более 20 атмосфер [28].
Долговечность полимерных соединений характеризуется скоростью их кристаллизации. Теоретически возможная степень разделения при кристаллизации определяется видом диаграммы состояния в системе твердое тело - жидкость. На практике, однако, равновесие обычно не достигается, т.к. на степень разделения оказывают влияние скорость кристаллизации, интенсивность перемешивания раствора или расплава, величина захвата маточной жидкости кристаллами, концентрация смеси и др. Поскольку составы твердой и жидкой фаз в эвтектической точке равны, разделить смесь состава на чистые компоненты обычной кристаллизацией не удается. Для этого используют кристаллизацию в присутствии вспомогательных веществ или сочетают кристаллизационные методы с иными методами разделения смесей, например, охлаждение. Способность кристаллизации можно определять методом массовой кристаллизации при замораживании всего объема вещества. Попеременное замораживание и оттаивание полимерной серы, кроме определения способности кристаллизации, позволяет определить степень разрушения молекулярных связей.
Из вышесказанного, можно сделать вывод, что долговечность серобетона определяется его морозостойкостью. По результатам испытаний морозостойкости серобетона, приведенными в главе 3, можно сделать вывод, что связи в полимерной сере не разрушаются и кристаллизация полимеров при попеременном замораживании не происходит.
Таким образом, изменение молекулярной формулы полимерной серы в се-робетоне при нормальных условиях эксплуатации конструкции не происходит.
Оптимальное соотношение между количеством полимерной серы и заполнителем способствует снижению пористости, повышению водостойкости и прочности серобетона.
Наименьший расход связующего (полимерной серы) в серобетоне может быть достигнут только при оптимальном зерновом составе смеси заполнителя серобетона. Он должен обеспечить минимально необходимую раздвижку зерен заполнителя связующим, достаточную для придания серобетонной смеси необходимой подвижности.
Особую сложность представляет подбор состава серобетона как судостроительного материала, к которому предъявляются одновременно требования по прочности, морозостойкости, трещиностоикости, водонепроницаемости и т.д. Решение таких задач возможно методом оптимизации, но только с использованием зависимостей основных свойств бетонов от их структуры.
Так как структурные характеристики являются общими для бетона и бетонной смеси, обеспечивающей получение бетона заданной структуры, то появилась возможность оптимизировать состав бетона исходя из зависимости «состав-строение-свойства».
Результаты сравнительных испытаний на стойкость в агрессивных средах серобетона и бетона на портландцементе
Одной из проблем долговечности судостроительных бетонов является проблема их стойкости в агрессивных средах. Представление об агрессивном действии воды на бетон гидротехнических сооружений охватывает весьма широкий круг воздействия водных сред различного состава. В условиях строительства речных железобетонных судов агрессивное воздействие водных сред в угрожающей форме встречаются относительно редко. Однако мероприятия по отношению к выщелачивающему действию мягких вод, к действию водных сред, содержащих растворенные соли, и по отношению к некоторым другим видам агрессии оказываются всегда оправданными ввиду трудности ремонта поврежденных агрессией сооружений, а также ввиду относительной простоты своевременного обеспечения требуемой стойкости бетона.
Проблеме стойкости бетонов в агрессивных средах посвящена обширная литература, начиная с исследований Смитона (1791 г.) в связи со строительством Эддистонского маяка и заканчивая нашими современниками [106,111,128].
Бетон, изготовленный из портландцемента, представляет собой щелочную среду (рН = 10,0 - 12,5), а сталь арматуры находится в пассивном состоянии. Благодаря этому армированный бетон практически не корродирует. Однако, если бетон подвергается воздействию углекислого или сернистого газа, а также хлор-ионов, в бетоне образуются карбонаты и сульфаты, которые снижают рН. Когда слой карбонатов достигает стальной арматуры, среда, окружающая арматуру, становится менее щелочной, и возникает опасность начала коррозионных процессов.
Плотный бетон на портландцементе, как среда для арматурной стали, характеризуется значением рН поровой жидкости, равным 12-12,5, при этом пористая структура бетона в большинстве случаев обеспечивает поступление к поверхности арматуры атмосферного кислорода. Поэтому расстояние от поверхности бетона до стальной арматуры должно быть больше, чем максимально возможная глубина карбонизации. Гораздо хуже бетон ведёт себя в морской воде, где проблема коррозии обостряется из-за наличия хлоридов. Испытания бетона, погруженного в морскую воду, показывают, что в некоторых видах гидротехнического бетона проникновение хлоридов через два года составляют 50-60 мм [121].
Сравнительные испытания серобетона и обычного бетона проводились на образцах размерами 100x100x100 мм, изготовленными из серобетона и бетона на портландцементе марки 400, состав партий образцов представлен в табл. 3.18 и 3.23, каждая партия образцов состояла из шести образцов.
Большинство методов сравнительной оценки, используемых в лабораторной практике, основано на контроле измерений прочности образцов в ходе испытаний.
Для оценки стойкости образцов при хранении их в агрессивных растворах производились испытания их прочности на сжатие в различные сроки, а именно через 1, 6, 12 месяцев. В качестве агрессивных растворов были приняты 5%-ные растворы сернокислого натрия Na2S04 (I), хлористого водорода ЫС1 (II) и карбоната натрия ЫагСОз (III). Образцы заливались растворами и хранились в лабораторных условиях при температуре 25±2С. Уровень растворов поддерживался на 3-4 см выше поверхности образцов. Растворы в емкостях периодически перемешивались. По истечении времени образцы извлекались из сред и высушивались в течение 7 суток при температуре окружающей среды 25±2С и относительной влажности воздуха 65±5%, после чего проводились испытания на прочность.
Результаты испытаний образцов приведены в табл. 3.23.
Анализируя данные табл. 3.23, можно прийти к выводу, что более стойкими в растворах оказались образцы из серобетона. Бетоны на портландцементе по достижению годовалого возраста имели сильные разрушения как граней, так и плоской части образцов-кубов, в то время как серобетоны имели незначительные разрушения граней образцов-кубов. Фотографии образцов-кубов бетонов после испытаний представлены в приложении 4.
Обычно карбонизацию бетона определяют пробой фенолфталеином, который уже при рН=10 не дает малинового окрашивания [3]. Раскалывание образцов через один год насыщения раствором карбоната натрия показали, что глубина проникновения карбонатов у серобетона составила в среднем 3-5 мм, в то время как у бетонов на портландцементе 10-15 мм. Фотографии образцов представлены в приложении 5.
Из анализа результатов испытаний можно сделать вывод, что снижение содержания серы в образцах серобетона снижает стойкость материала в агрессивных средах. Кварцевый песок улучшает стойкость серобетона в агрессивных средах, тогда как известняк ее снижает.
Таким образом, для конструкций, подвергающихся агрессивному воздействию внешней среды, необходимо добавлять в серобетон кварцевый песок. Количество песка необходимо рассчитывать, исходя из его крупности с учетом кривых гранулометрического состава серобетона.
Кроме того, были проведены сравнительные испытания бетона на портландцементе марки 400 и серобетона в условиях воздействия на них температуры, давления, сероводорода и углекислого газа. Испытания проводились на стенде для проведения коррозионных испытаний опытного полигона Газопромыслового управления Астраханского газоконденсатного месторождения. В испытательные камеры загружались закрепленные на штанге образцы бетонов, имеющие следующие размеры: диаметр 30 мм и высота 60 мм. Состав образцов представлен в табл. 3.10 и 3.24.
Испытания проводились в соответствии с разработанной методикой проведения сравнительных испытаний бетонов и серобетонов на стойкость к воздействию сероводорода при различных температурах (приложение 6). Как известно, углекислотная коррозия увеличивается с повышением температуры (120С), а активное действие сероводорода (наводораживание) наблюдается при низкой температуре. Максимальная температура в испытательных камерах при включенном обогреве достигает 80+2С. Кроме того, температура и давление являются ускорителями процессов, происходящих в бетонах.
Схема крепления образцов к штанге представлена на рис. 3.6.
Таким образом, во всех средах отношение начальной прочности образцов к прочности после испытания у серобетонов больше, чем у бетонов на портландцементе. Поскольку бетоны на портландцементе имеют большую по сравнению с серобетонами водонепроницаемость, то снижение остаточной прочности закономерно. Относительная прочность у всех образцов с повышением температуры понижается.
Как и предполагалось, раствор, имитирующий морскую воду, является более агрессивным ко всем видам бетонов, поскольку в состав морской воды входят хлориды, сульфаты, карбонаты, вступающие в реакцию с заполнителями бетонов и портландцементом.
Особенности технологии постройки корпусов судов из серобетона
Характеристика технологических операций при постройке железобетонных судов, достаточно подробно освещена в литературе [2, 9, 11, 16, 15, 24, 26, 31, 33,34,36,70,88,115,119].
Особенности технологических операций при строительстве судов из серобетона состоят в следующем.
Приготовление серобетона. Процесс приготовления серобетонной смеси включает дозировку входящих материалов (серополимерный цемент и инертный заполнитель), их загрузку, перемешивание и выдачу бетонной смеси. Перед приготовлением серобетонной смеси заполнители должны пройти предварительную подготовку. Подготовка заполнителя заключается в его дроблении, сортировке на фракции различной крупности (по размерам), а также промывке пресной водой и просушке.
Заполнитель в зависимости от прочности можно дробить в щековых, молотковых или ударных дробилках, используемых в железобетонном судостроении [16,29].
Для сортировки заполнителя по фракциям в железобетонном судостроении в основном применяют наклонные эксцентриковые виброгрохоты, состоящие из неподвижной и подвижной рам. На подвижной раме укреплены одно над другим сита. Подвижная рама получает качательное движение от эксцентрико 97 вого вала. Заполнитель загружается на верхнее сито и проходит последовательно через все сита, разделяясь при этом на фракции соответствующих размеров.
Не допускается наличие в заполнителе глины в виде отдельных комьев, а также суглинка, льда, мусора и других посторонних примесей. Для сортировки заполнителя на фракции с одновременной его промывкой можно применять барабанные гравиемойки-сортировки, применяемые в железобетонном судостроении. Барабан смонтирован из нескольких секций, расположенных последовательно по оси барабана: моечной и ситовых с отверстиями. Обрабатываемый заполнитель непрерывно подается на загрузочный лоток. Одновременно в моечную секцию барабана непрерывно подается водопроводная вода. При вращении барабана заполнитель поднимается при помощи полок, прикрепленных к внутренней поверхности барабана, и сбрасывается вниз. Вследствие многократного перелопачивания заполнитель освобождается от глинистых и других примесей. Перемещаясь вдоль барабана, заполнитель сортируется на фракции различной крупности. Производительность барабанных гравиемоек-сортировок малой модели 9-11 м /час, большой модели 37-45 м3/час.
Промытый и сортированный заполнитель просушивается, после чего производится его дозировка по фракциям. Дозировку составляющих серобетонной смеси необходимо производить по массе. Наиболее совершенный способ дозировки заполнителя, по аналогии с железобетонным судостроением, - это применение специальных весовых дозаторов. По результатам исследований, приведенных в главе 2, нами сделан вывод, что точность дозировки должна быть в пределах: для сероцемента - ±1%, для заполнителей - ±2%.
Приготовление серобетона производится в подогретых до температуры 140-150С серобетономешалках принудительного перемешивания. Один из вариантов принципиального устройства предлагаемого нами барабана серобето-номешалки для приготовления серобетонной смеси показан на рис. 4.1.
Обогрев бетономешалки должен быть выполнен во взрывопожаробезопас-ном исполнении и осуществляться, например, при помощи электронагревательных кабелей. В первую очередь во вращающуюся бетономешалку подается се-рополимерный цемент (ТУ 5700-019-27051965-2003), после плавления серопо-лимерного цемента загружают нагретые до температуры 140-150С инертные заполнители. Температура смеси должна поддерживаться до ее использования.
Рационален с экономической точки зрения подогрев заполнителя в нагреваемых газом барабанах. Процесс подогрева заполнителя совмещается с его просушкой. Контроль температуры заполнителя в барабанах производится при помощи термопары.
Загрузка и перемешивание компонентов серобетона производится в горизонтальном положении серобетономешалки, для этого серобетономешалка оснащается поворотным механизмом. Для более эффективного перемешивания смеси скорость вращения барабана должна составлять 15-20 об/мин. Длительность перемешивания по результатам опытных данных равна 5-8 минут до получения однородной бетонной смеси. После получения однородной смеси ба 99 рабан серобетономешалки поворачивается в вертикальное положение и производится ее выгрузка.
В табл. 4.1 приведены ориентировочные размеры серобетономешалки в зависимости от объема приготовляемой смеси.
Транспортировка и разгрузка серобетона. При строительстве серии корпусов судов из серобетона сборным методом основная масса серобетона будет поступать в формовочный цех (участок) для изготовления секций и лишь небольшое количество серобетона - на стапель для омоноличивания стыков секций, а также для бетонирования отдельных монолитных частей корпуса.
Если строящееся судно находится вблизи серобетонного завода, серобетон из раздаточного бункера завода подают в бадью, которая краном поднимается на строящееся судно и разгружается непосредственно на бетонируемый участок.
При значительном удалении бетонного завода от стапеля серобетон необходимо подавать к строящемуся судну в емкостях, транспортируемых вагонетками, автомашинами, автокарами и т.п. На строящееся судно бадью с бетоном поднимают краном или подъемником.
При работе на открытых полигонах и в зимнее время транспортируемая се-робетонная смесь должна быть защищена от остывания. Транспортировка серобетона при необходимости может производиться в подогреваемых, например, при помощи электрообогрева емкостях. В случае остывания серобетонной сме 100 си до ее укладки в процессе приготовления или транспортировки она вторично нагревается до температуры 140-150С. Как показали проведенные исследования, физико-механические свойства серобетона при этом не ухудшаются и его можно использовать повторно.
Во избежание остывания и разбрызгивания смеси в процессе разгрузки, максимальная высота сбрасывания не должна превышать 0,5 метра.
Арматурные работы. Изготовление арматурных конструкций при постройке корпусов серобетонных судов принципиально не отличается от железобетонного судостроения и включает ряд технологических операций, количество и последовательность которых зависит от вида перерабатываемой стали, типа арматурной конструкции и степени механизации производства.
Процесс производства арматурных конструкций корпусов серобетонных судов включает:
1) заготовительные операции (чистка, правка, стыковая сварка, снятие грата, резка, гибка, сортировка и комплектация арматурных прутков);
2) изготовление арматурных элементов (сеток, каркасов с хомутами);
3) сборку и сварку арматурных элементов и пространственных конструкций (плоские и ребристые арматурные каркасы секции);
4) приемку, складирование и хранение готовых арматурных изделий;
5) изготовление арматуры стыков и монолитных частей на стапеле.
Требования к арматурным конструкциям должны соответствовать действующим в железобетонном судостроении нормам и правилам.
Технико-экономическая оценка сметной стоимости постройки корпусов судов из серобетона и железобетона
Технико-экономическая оценка сравнительной сметной стоимости строительства корпусов судов из серожелезобетона и железобетона производилась методом сметных калькуляций [56]. Этот метод основан на использовании укрупненных нормативов и анализа затрат на строительство судов.
Суть метода сметных калькуляций - рассчитать основные калькуляционные статьи затрат.
В качестве прототипов взяты два проекта железобетонных судов -№ 61Б (дебаркадер L=20 м, В= 8 м, Т = 2 м) и № 95А (брандвахта L=28 м, В = 8,5 м, Т = 2 м) [37]. Для наглядности расчета размеры и конструкция судов железобетонных и серожелезобетонных судов приняты одинаковыми.
Расчет производился для трех методов сборки корпуса: монолитного, сборно-монолитного и сборного. В расчетах указаны действующие цены на 01.06.2007 года.
Расчет стоимости сырья и материалов. Сравнительная калькуляция на изготовление 1 м3 товарного бетона М-400 и серобетона представлена в табл. 5.1.
Величины отходов материалов приняты в базовом варианте как для головного судна: арматура - 12%, бетон на портландцементе - 5%, серобетон -0%. Транспортно-заготовительные расходы принято считать в зависимости от расположения и удаления верфей-строителей от предприятия поставщиков в пределах 3-10% от стоимости материалов. В базовом варианте транспортно-заготовительные расходы приняты 10%, вспомогательные материалы и топливо - 1% от стоимости материалов.
Результаты расчета стоимости сырья и материалов представлены в табл. 5.2-5.4.
Расчет трудоемкости работ. Трудоемкость работ исчислялась по основным видам работ в зависимости от обрабатываемых чистых масс, удельным трудоемкостям, измеряемым в человеко-часах на 1 тонну обрабатываемой продукции. Результаты расчета приведены в приложении 7.
Расчет стоимости строительства судна. Исходными данными для расчета строительства, кроме предыдущих расчетов, являются:
- основная заработная плата производственных рабочих за 1 чел.-час 75 руб;
- % дополнительной зарплаты от основной зарплаты - 35;
- % единый страховой налог - 26;
- % расходов на подготовку и освоение производства от стоимости сырья и материалов - 30;
- % расходов на износ инструментов и прочие специальные расходы от стоимости сырья и материалов - 5;
- % расходов на содержание и эксплуатацию оборудования от основной зарплаты производственных рабочих - 70;
- % общепроизводственных (цеховых) расходов от основной зарплаты производственных рабочих - 70;
- % общехозяйственных (общезаводских) расходов от основной зарплаты производственных рабочих - 100;
- % внепроизводственных расходов от производственной себестоимости -1;
- % прибыли от полной себестоимости - 10.
Сводные результаты расчета стоимости постройки корпусов серобетон-ных судов монолитным, сборно-монолитным и сборным методами представлены в табл. 5.5.
