混凝土管桩厂工艺设计.docx

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混凝土管桩厂工艺设计

混凝土管桩厂工艺设计

（年产10万延长米预应力混凝土管桩）

本设计主要研究混凝土管桩生产的各个工序的工艺方法。

包括原材料的运输储备、混凝土的制备、钢筋的加工、各车间的布置、管桩的浇注、养护、堆放以及外运。

如何合理安排各车间的工艺设施，减低环境污染，改善工人工作环境；并且在保证制品质量的基础上能够降低生产成本。

搅拌楼、钢筋车间、成型车间等主要车间力求流程的流畅，安全合理，尽量引进先进生产技术。

砂石堆场、成品堆场、实验室以及水泥筒仓等辅助型的厂区设计合理，保证整个生产过程中卸料的堆放储存运输和产品的输出方便快捷，以及确保生产能顺利进行。

本设计平面布置特点：

1.主车间设置在厂区中心，辅助车间环绕布置，有利于工厂生产系统的有序运作。

2.厂区内建筑物布局紧凑，尽量减少占地面积和配套工程的工程量。

3.原材料以及成品堆放的地点布置在厂区主要道路两侧，便于装卸运输。

4.办公楼以及职工生活区尽量远离生产车间，减少噪声、粉尘等。

5.注重厂区绿化，美化环境，为员工创造较为舒适的生活环境。

1.概述

1.1产品型号

本厂按设计生产预应力混凝土管桩长5-15m，外径300-600mm各规格型号高强度预应力混凝土管桩（GB13476-2009）

1.2工厂组成及工作制度

1.2.1工厂组成

工厂组成包括一个工厂的各项建设项目，工厂组成可根据工程项目的性质和内容划分以下几类：

主要生产工程，辅助生产工程，动力系统工程，交通运输工程，公用及生活福利工程等。

本厂设计如下：

1．石子料场2．砂子料场3．煤场4．水泥筒仓

5．搅拌楼6．钢筋料场7.钢筋操作车间8．装模车间

9．离心成型车间10．养护车间11．机修车间12．锅炉房

13．成品堆场14．设备库15．车库16．变电站

17．实验室办公楼18．食堂19.地磅房20.传达调度室

1.2.2工作制度

全年天数：

365天

法定假日：

11天

双休日（含设备维修天）：

100天

全年生产天数：

254天

1.2.3生产班制

管桩的生产班制，因不同车间或工段，因作业内容不同，每天生产班数不同，每班生产时间为8小时（其中成型和搅拌车间每班8小时）如下表表示：

表1-1各车间生产班数

车间或工段

日生产班数

车间或工段

日生产班数

砂石堆场

2

成品堆场

2

水泥筒仓

2

实验室

1

钢筋车间

2

机修车间

1

搅拌车间

2

锅炉房

3

成型车间

2

变电站

3

养护工段

2

装模车间

2

1.3设计系数

产量不平衡系数是考虑到生产中由于设备发生故障，停电，产品配套生产和供需不平衡等影响日平均产量的因素而相应采用的产量提高系数。

设计中日产量按下式计算：

（1.1）

式中：

：

日计算产量（m3/日）；

Q：

年设计产量（m3/年），永久性工厂采用的日生产不平衡系数K=1.2；

K：

日产量不平衡系数；

T：

年工作天数（天）。

1.3.2设备利用系数

设备利用系数是指机械设备在每班八小时工作时间内的有效利用率。

由于生产过程中，有的设备为间歇式操作，有的设备不允许持续工作，时间的限制而不能连续运转等原因造成设备达不到标定产量。

设计中采用的设备利用系数K=0.85。

1.3.3时间利用系数

时间利用系数是指每班工人工作8小时的有效利用率。

设计中采用的时间利用系数K=0.9。

1.4总平面图布置

1.4.1总平面图布置原则

1.因地制宜，充分利用地形条件，布置力求紧凑，要节省占地面积，提高建筑系数。

原材料堆场及成品堆场应按当地的运输条件，合理确定面积，留有一定余地。

2.首先工艺流程的合理性，从原料输送到成品堆场，应避免倒流水作业。

3.各车间应按朝向和主导风向布置，对产生粉尘和污染的车间，应布置在工厂的下风方向。

4.较大型的工厂适当的划分工厂区，按工种进行分区布置。

5.在辅助车间与主车间之间，辅助车间与辅助车间之间应满足防火，卫生和采光条件好的情况下，应尽量缩短工艺流水线，避免长距离运输和交叉运输。

6.当厂区设有铁路专用线时，应考虑建筑物与铁路线的交叉点要作好具体处理措施。

7.当分期建设时，应考虑公用设施即运输系统配置的合理性。

8.必须根据工厂的发展规划，预期考虑到扩大再生产和改进生产的可能性。

1.4.2本设计总平面图布置

为了流畅施工和合理利用空间，其中煤场与养护车间，砂石储料仓和搅拌楼布置位置需整合考虑。

确定的预应力混凝土管桩厂总平面图见图1-1所示。

入口

调度室

出口

实验室办公楼

食堂

变电站

设备库

地磅房

车库

水泥仓

装模车间

离心成型车间

养护车间

搅拌楼

石子料场

钢筋料场及操作车间

机修车间

锅炉房

砂子料场

成品堆场

煤场

图1-1预应力混凝土管桩厂总平面图

2.原材料及混凝土的配合比

2.1水泥

混凝土管桩的强度等级为C70,选用42.5MPa的普通硅酸盐水泥，水泥技术指标符合GB175-1999,储存期不宜超过三个月，过期水泥应重新检验指定强度等级。

2.2集料

2.2.1粗骨料

1.石子颗粒与级配

（1）应采用碎石，其最大粒径不大于25mm，且不得超过钢筋净间距的3/4。

（2）石子级配，要求采用连续继配并良好。

2.石子质量的要求

（1）石子的质量应符合GB/T14685《建筑用卵石.碎石》的规定。

（2）碎石必须经过筛洗后才能使用。

当混凝土强度为C80时含泥量应小于0.5%；当混凝土强度等级为C60时含泥量应小于1%。

（3）碎石的岩体抗压强度宜大于所配混凝土强度的1.5倍。

2.2.2细骨料

采用天然细砂，其技术应满足以下规定

1.颗粒级配

表2－1颗粒级配

筛孔尺寸mm

0.15

0.30

0.60

1.18

2.36

4.75

9.50

累计筛余%

90-100

55-85

16-40

0-25

0-15

0-10

0

2.泥土杂质质量（用冲洗法试验）按质量计不得大于3%。

3.硫化物和硫酸盐含量折算为三氧化硫不得大于1%。

2.3钢筋

钢筋的选用原则：

1.钢筋混凝土结构中的钢筋及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，宜采用Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级和乙级冷拔低碳钢丝。

2.预应力混凝土结构中的预应力钢筋，宜采用冷拉二级，冷拉三级，冷拉四级，五级。

甲级冷拔低碳钢丝，碳素钢丝，刻痕钢丝和钢绞线，采用五级钢筋时，应符合有关专门规程的要求。

预应力高强钢筋采用圆截面热处理，低合金规律变形高强钢筋，材料及规格应满足要求。

2.4外加剂和水

2.4.1外加剂

混凝土管桩掺加的外加剂一般用高效减水剂，根据国家标准GB8076-1997本设计选用UNF—1型。

2.4.2水

拌合水不应含有影响水泥正常凝结的杂质，供饮用水即可。

3.配合比计算

本设计配制的C70是属于高性能混凝土。

HPC是一种新型高技术混凝土，是在大幅普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在严格质量管理条件下制成的高质量混凝土。

它除了必须满足普通混凝土的一些常规性能外，还必须达到高强、高流动性、高体积稳定性、高环保性和优异的耐久性等要求。

其配合比也不同于普通混凝土，其配制步骤如下：

3.1配合比设计原则

高耐久性必须考虑到抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗碳化性、抗大气作用性、耐磨性、碱骨料反应、抗干燥收缩的体积稳定性等。

高强度高性能砼，其强度等级的保证率为97.5%,即不合格率为2.5%以下，其概率度t≤-1.960

高工作性即混凝土拌合物在运输、浇筑及成型中不分离易操作的程度。

根据目前的施工水平和条件，高性能砼的坍落度应控制在18-22cm

经济性其关系到工程造价的高低。

3.2配制强度计算

混凝土管桩强度取C70，水泥采用强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥：

根据公式：

=

-t

（3-1）

=70-（-1.960）×6

=81.76

式中：

：

高性能混凝土配制强度；

：

混凝土立方体抗压强度标准值；

t:

概率度，当砼保证率为97.5%,t=-1.960；

：

混凝土强度标准差。

见表1

表3-1

＜C20

C20-C35

≧C35

/

4

5

6

3.2水胶比

Fc,e=rc.fce-g（3-2）

=1.13×42.5

=48.025Mpa

式中：

Fc,e:

水泥的实测强度；

fce-g：

水泥的标准强度；

rc：

水泥强度的富余系数，一般可取1.13

=0.304fc,e【（C+M）/W+0.62】（3-3）

式中：

C:

每立方米砼中水泥用量，kg/m3；

M:

每立方米砼中矿物质的掺加量，kg/m3；因本设计不掺加矿物质，故其值为零。

W:

每立方米砼中水的用量，kg/m3。

又3-1及3-2得81.76=0.304×48.0（C/W+0.62）

可得：

C/W=4.983

则：

W/C=0.20

3.3单位用水量的计算

在进行配合比设计时，可根据砼配制强度参考表2中最大单位用水量的经验数据。

表3-2

砼试配强度/Mpa

最大单位用水量/（kg/m3）

60

175

65

160

70

150

90

140

105

130

120

120

查表得本设计试配强度为C80，介于C70~C90之间，故最大单位用水量为145kg，掺入UNF-1减水率β=20%，掺量为0.5%

因此，实际用水量：

W=MW0（1-β）=145×（1-20%）=116kg

3.4水泥用量的计算

C=116×4.983=578kg

3.5减水剂用量的计算

A=578×0.5%=2.89kg

3.6石子和砂子的计算

根据工程实践经验，高性能砼的砂率在36%~42%之间，故sp取36%，

根据混凝土重量法，由下式：

CO+GO+SO+WO=rh（3-4）

SO/（GO+SO）=

（3-5）

式中：

：

1

混凝土的水泥用量（

）；

：

1

混凝土的粗骨料用量（

）；

：

1

混凝土的细骨料用量（

）；

：

1

混凝土的用水量（

）；

rh：

1

混凝土的质量。

一般取2400~2450，在此取2400

：

砂率（%）；

所以，578+GO+SO+116=2400，再由（3-5）解得

=975；

=731

配合比如下：

水泥：

砂：

石：

水=C:

S：

G：

W

=578：

731：

975：

116

=1：

1.26：

1.69：

0.20

3.7材料用量

一年生产6万根管桩，长10m，外径500mm，内径300mm。

平均每根管桩所需混凝土：

×（0.4×0.5-0.3×0.3）=1.256m3

则全年生产管桩需混凝土：

6×10000×1.256=75360m3

平均每日生产管桩：

60000÷254=236根

每日生产所需混凝土：

75360/254=296.7

考虑日生产不平衡系数：

=296.7×1.2=356m3

K为日生产不平衡系数取1.2，所以每小时生产混凝土的量Qh为：

Qh=356/16=22.25

每方混凝土中外加剂的用量为：

577.2×0.5%=2.886kg

表3－3材料用量明细表

材料

年（t）

日（t）

小时（t）

水泥

43558.08

205.77

12.86

砂

55088.16

260.24

16.26

石子

73476

347.1

21.96

水

8741.76

41.30

2.58

UNF-1

217.49

1.03

0.064

4.水泥筒仓设计

4.1概述及工艺流程

本设计工厂为大型混凝土制品厂，故在靠近混凝土搅拌楼处设置3个中型筒仓，内贮存散装水泥，其优点是贮量大，周期长,运输方便，便于工厂进行集中管理。

水泥采用公路运输，贮存周期以20天计。

水泥的卸料，输送均为气力。

其优点是：

密封性好，输送简便，迅速，设备维修少，易于实现自动化作业，其工艺流程如下：

散装水泥汽车→入灰管→水泥筒仓→仓式泵→输送管→卸料弯头→搅拌楼水泥仓

4.2水泥筒仓

本厂水泥筒仓包括两部分：

卸料间和筒仓。

卸料间包括卸料棚，控制室和调车房，该卸料间主要完成散装水泥的卸料工序，并向仓体输送水泥。

筒仓包括顶房，筒体和仓底供料间。

散装水泥被卸料。

输送到仓顶房后，分别按品种，规格输入筒仓筒体内贮存。

使用时有仓底供料间内的供料及输送设备将水泥输送到搅拌楼。

4.2.1水泥筒仓的计算

要求公路运输，储存7天,水泥损率0.5%。

储存量：

Q=qnG/（1-η）=0.504×7×356÷（1-0.5%）=1262t

V=Q/1300=1262×1000/1300=971m3

水泥堆积密度1300kg/m3

查《混凝土制品厂工艺设计手册》表4-3-6，选用筒仓的筒体内径6m，高15m，有效容积380m3，几何容积为430m3。

所以筒仓的个数：

n=971.7／380=2.6，故取3个中型水泥筒仓。

钢料斗锥斗倾角：

α=50度，入料方式：

气力输送，填充率：

φ=0.8，卸料口的尺寸为300×300mm。

供料设备：

采用φ1600仓式泵（单仓泵）

仓式泵的优点是没有易磨损的部件，检修工作量较小，与螺旋泵相比电耗低，缺点是体形较大，占据空间大。

输送能力：

G=60×V×γ×φ/（t1+t2）（4-1）

=60×2.5×1.25×0.8/（1+4）

=30t/h

式中：

G：

单仓泵的输送能力（

）；

V：

仓的容积（

）；

γ：

仓内物料堆积密度（吨/米3），水泥取

=1.25

；

φ：

仓内物料充满系数，一般取φ=0.7~0.8；

选用单仓泵卸料口标高查《混凝土制品厂工艺设计手册》表4-3-9选用H=3.8m；

仓顶房设有水泥入料设备，输灰管道，卸料弯头，和收尘设备（具有保温功能）

查表《混凝土制品厂工艺设计手册》4-3-12壁厚160mm；

仓底设计为锥体仓底。

4.2.2破拱装置

由于水泥粒子之间或粒子与壁面之间的摩擦，粘附及粘结的作用，长使水泥在斗口出成拱。

在筒仓设计中，必须考虑防止成拱的措施，以及一旦成拱后的如何选用破拱装置。

充气头入口空气压力为0.25-0.5MPa。

4.2.3仓顶房

位于筒仓顶部，主要布置水泥入料设备及收尘设备。

入料设备选用输灰管道和卸料弯头。

在贮存同一品种，标号的各筒仓筒壁上部，用400

×400

的连通孔。

仓顶房设有水泥入料设备，输灰管道，卸料弯头和收尘设备（具有保温功能），仓底设为锥体仓底。

5.搅拌车间

5.1概述

搅拌车间是混凝土制品工厂的主要辅助车间，搅拌车间的基本工艺流程如下：

图5.1搅拌车间基本工艺流程图

按竖向布置分类，搅拌车间采用单阶式布置。

单阶式是将混凝土原料一次提升到最高点，然后按照工艺过程逐渐下落，制成混凝土混合物，单阶式搅拌车间自上而下大致如下：

仓顶层（包括贮料仓），称量层，搅拌层，下料层，底层。

单阶式搅拌车间易于实现机械化，自动化，各设备车间衔接紧凑，生产效率高，粉尘少，操作条件比较好，节省劳动力，动力消耗少。

缺点是：

建筑物高，设备安装比较复杂，一次投资大。

这种形式的搅拌车间实用于大、中型钢筋混凝土制品工厂。

5.2贮存工艺设计及设备选型

为避免搅拌车间因上料设备临时发生故障，中断供料而停产，以及满足北方地区对原料加热处理的要求，搅拌车间必须设置具有一定贮存量的贮仓，以保证车间的连续生产及原材料加热处理的要求。

1.贮仓工艺设计一般要求：

（1）贮仓原则上不得露天敞开放置。

（2）贮仓内壁没有供安装检修用的铁爬梯。

（3）贮仓下料口的位置根据给料，称量的形式来确定，要求布置紧凑，便于给料设备，称量备的安装，检修和使用。

（4）可能的情况下，原材料进料口的布置在贮仓中心部位为宜。

（5）水泥贮仓倾角小于60°时，必须设破拱装置。

2.仓顶工艺设计要求：

（1）胶带输送机应设置头罩或挡板。

（2）胶结了的运输设备和卸料设备，以及卸料设备和贮仓间的连接，必须考虑密封。

（3）仓顶运输设备的驱动装置，不宜设在人行通道侧，设备周围应留有供驱动装置检修用的面积。

（4）贮仓进料口尺寸需根据选用的分料设备具体尺寸来确定。

贮仓进料口最小尺寸可根据贮仓下口最小尺寸的有关规定和计算公式进行核算。

（5）贮仓仓顶应设有不小于600×600的检修孔，水泥贮仓还应设有Ф150~200的观察孔。

（6）当水泥采用气力输送，并没有除尘设备时，其预留孔尺寸应与所选用的除尘设备具体尺寸相适应。

（7）当几个水泥贮仓共用一套除尘设备时，各仓必须单独引出排风管与除尘设备像连接，仓与仓之间设置连通孔集中排风。

（8）仓顶应设有向砂石堆场，水泥仓库发出仓满指示的讯号设施，并应有接受砂石堆场，水泥仓库发回给料讯号设备。

3.贮仓的数量和容量

（1）贮仓的材料贮仓量可参考下表5-1使用

表5-1

原材料名称

贮仓量（小时）

本设计

一般骨料

≥2

取2

气力输送水泥

≥2

取2

水

1~2吨

取2

液状外加剂

1~2吨

取1

选用贮仓数量：

水泥仓1个，细骨料仓1个，粗骨料仓2个。

（2）贮仓的平面布置采用放射式布置，围绕着某一点给料布置（见下图5.2），可贮存不同规格品种的原材料，常用于单阶式搅拌车间。

每两台搅拌机合用一套贮料装置和称量设备，较单列式布置所需方式少，占地面积小。

石

砂

石

水泥

图5.2贮仓的平面布置

（3）贮仓仓底倾角的要求：

贮仓采用混合贮仓，即贮仓的直壁采用钢筋混凝土结构，锥体部分采用钢板焊接，施工，安装均较方便，主仓底壁倾角：

干砂：

40°，水泥=55°，分类碎石：

45°。

5.3搅拌车间的基本计算

1、搅拌车间的小时生产量：

Qs=Qj/n（5-1）

=356/16

=22.25（m3/小时）

式中，Qs：

混凝土小时计算产量（米3/小时）

Qj：

混凝土日计算产量（米3/日）

n：

日工作小时数

2、搅拌机小时生产能力计算：

Q=3600×V/（t1+t2+t3）

=3600×0.75/120

=22.25米3/小时

式中，q：

每小时每台搅拌机生产能力；

V：

搅拌机的出料容积，初选JG500型强制式搅拌机（单阶）；

t1:

装料时间；

t2：

混凝土搅拌时间

t3:

搅拌机卸料时间

3、搅拌机数量：

22.25/22.5=0.99，为防止搅拌机故障，故选取2台搅拌机即可。

5.4贮仓体积的确定

5.4.1贮仓体积的计算

按物料贮存两小时计，贮仓高H1=4m，H=2m，K取0.85A=B=2m，a=b=400mm，选用混合型贮仓。

1.校核石子贮仓

储备量取2小时，故储量：

21.69×2=43.38t

选用2个贮仓：

21.69×1000÷1550=16.03m3

由于选用电磁振动给料机，它结构简单，维修方便，给料均匀，能满足一定称量精度要求，设备电耗小，使用费用低等优点。

查表《混凝土制品厂工艺设计手册》5-3-5最小尺寸用400×300mm。

（5-2）

=16.9m3>14.00m3

符合要求

2.校核砂子贮仓

按物料贮存两小时计，贮仓高H1=6m，H=2m，K取0.85A=B=2m，a=b=400mm，选用混合型贮仓。

储量：

16.26×2=32.52t

选用1个贮仓：

32.52×1000÷1500=21.7m3

砂子贮仓体积按公式5-22得

V砂子=23.71m3>21.7m3

符合要求。

3.校核水泥贮仓

水泥储量为2小时：

12.86×2=25.72t

选用1个贮仓：

25.72×1000/1300=19.8m3

V水泥=V砂=23.71m3>19.8m3

符合要求

5.4.2贮仓出料口尺寸的计算

贮仓的出料口应使物料顺利流出，单位时间内流放出来的物料数量应满足产量的要求。

料仓出料口尺寸与物料的性质和几何尺寸的关系可按下式进行计算。

A=K（dmax+80）tgα（5-3）

式中，A：

方形出料口的边长，mm；

dmax：

物料的最大尺寸，mm；

α：

物料的自然安息角；

K：

经验系数，对于分类物料K取2.6；对于未经分类的物料取2.4。

由（5-3）得碎石的A=2.6（20+80）tg400

=218.2

查《砼制品生产工艺设计》表3-3-4知碎石运动时的自然安息角为350~400，取400。

公式（5-3）适用于α=300~500，物料最大尺寸小于300mm的场合，当α>500时，采用500的极限值。

对于易流块状物料，放料口的最小尺寸按下式确定

A≥（3~6）α‘（5-4）

式中，α‘：

物料最大快标准尺寸，mm。

查《砼制品生产工艺设计》表5-2-4知小物料的标准块尺寸0.5<α≤2，取2；粉状物料的0.05<α≤0.5，取0.5。

所以细砂贮仓的放料口最小尺寸为：

A≥5*2=10

而水泥贮仓的放料口最小尺寸为A≥5*0.5=2.5

5.4.3其它设备

1.分料设备

查《砼制品生产工艺手册》表5-2-9，选用回转漏斗。

用与放射形布置的贮仓，可对三种以上的粗、细骨料进行分配。

查《混凝土制品生产工艺手册》表5-2-1,电动机选用型号JQ2-90S；功率1.1千瓦；转速1000转/分。

2.贮仓闸门

以备停产和检修给料设备时，能及时关闭贮仓。

选用单向螺旋闸门。

3.指示器

贮仓设有料面指示器，用来测定了面高度。

选用ZUYK-76型料位自动控制器。

4.外加剂搅拌储存器

查《混凝土制品生产工艺手册》表5-2-22,电动机选用型号JQ2-41-8功率2.2千瓦；转速720转/分；螺旋桨直径Ф400，转速114转/分。

5.5称量设备设计

5.5.1设计原则

1.称量设备是完成混凝土一次搅拌量所需的各材料重量计量任务的专用设备，必须满足各种原材料所要求的精度。

（1）称量设备的配置，必须与搅拌机配置相适应。

（2）称量设备必须满足称量设备精度要求。

（3）对于粉尘大的材料，在称量工艺中，各设备连接部分必须予以密封，不能实现密封的亦应采取有效的除尘措施。

2.由工艺设计原则和搅拌楼的微机控制要求，选用易于控制的电子称。

3.给料设备

石子选用扇形给料机，砂选用DZ2型电磁振动给料机。

特点：

结构简单，维修方便，给料均匀，能满足一定称量精度要求，设备电耗小，使用费用低等优点。

5.5.2称量设备选用

传感器量程选择可按额定压力的80%选用，并联选用时，可按下式选择

（5-5）

式中：

G:

传感器量程，kg；

G1:

物料重量，kg；

G2:

容器重量，kg；

n:

传感器的个数，料斗称取3。

1.石子传感器的选用：

=（975×1+250）÷3

=408.3

因为传感器的量程可按额定压力的80%选用，所以：

408.3÷0.8=510.4

查《混凝土制品厂工艺设计手册》表5-3-20