Tài liệu Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông sử dụng plc s7 – 1200

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................ ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Trang 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................ ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Trang 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................8 DANH MỤC HÌNH ẢNH. .........................................................................................9 Lời mở đầu ................................................................................................................12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG. ............................................................13 1.1 Khái niệm. ....................................................................................................13 1.2 Khái niệm về mác bê tông. ..........................................................................13 1.3 Phân loại bê tông. .........................................................................................13 1.3.1 Theo cường độ. ......................................................................................13 1.3.2 Theo loại chất kết dính. .........................................................................14 1.3.3 Theo cốt liệu. .........................................................................................14 1.3.4 Theo khối lượng thể tích. .......................................................................14 1.3.5 Theo phạm vi sử dụng............................................................................14 1.4 Các thành phần cốt liệu. ...............................................................................15 1.4.1 Xi măng. .................................................................................................15 1.4.2 Cát. ........................................................................................................15 1.4.3 Đá dăm. .................................................................................................15 1.4.4 Nước. .....................................................................................................15 1.4.5 Các chất phụ gia. ...................................................................................15 1.5 Tính chất đặc thù của bê tông. .....................................................................15 1.5.1 Cường độ của bê tông. ..........................................................................15 1.5.2 Tính giãn nở...........................................................................................17 1.5.3 Tính chống thấm. ...................................................................................17 1.6 Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản. ...........................17 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG. ....................................18 2.1 Giới thiệu chung. ..........................................................................................18 Trang 3 Đồ án tốt nghiệp 2.2 GVHD: Hoàng Duy Khang Trạm trộn bê tông xi măng. ..........................................................................19 2.2.1 Giới thiệu. ..............................................................................................19 2.2.2 Phân loại. ..............................................................................................19 2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng. .....................................19 2.2.4 Nguyên lý hoạt động. .............................................................................23 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13. ................................................................................................24 3.1 Khái quát chung về PLC. .............................................................................24 3.1.1 Lịch sử hình thành. ................................................................................24 3.1.2 Các loại PLC thông dụng. .....................................................................24 3.1.3 Ngôn ngữ lập trình. ...............................................................................25 3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC. .......................25 3.1.5 Ứng dụng PLC. ......................................................................................27 3.2 PLC – S7 1200. ............................................................................................27 3.2.1 Cấu trúc. ................................................................................................27 3.2.2 Phân vùng bộ nhớ. .................................................................................29 3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200. ...............................................................................30 3.2.4 Sơ đồ đấu dây. .......................................................................................32 3.3 Phần mềm Tia – Portal v13. .........................................................................33 3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic. ......................................................33 3.3.2 Các bước tạo một project. .....................................................................34 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY. ...................................................................................................................................37 4.1 Đặt vấn đề. ...................................................................................................37 4.2 Hướng giải quyết. .........................................................................................37 4.3 Tính toán thiết kế mạch lực..........................................................................37 Trang 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 4.3.1 Mạch lực động cơ dẫn động buồng trộn. ..............................................37 4.3.2 Mạch lực động cơ kéo băng tải. ............................................................38 4.3.3 Mạch lực động cơ bơm nước. ................................................................39 4.3.4 Mạch lực động cơ vít tải xi măng. .........................................................39 4.3.5 Mạch lực động cơ máy nén khí. .............................................................40 4.3.6 Tính chọn aptomat tổng. ........................................................................40 4.3.7 Tính chọn bộ khởi động mềm. ...............................................................41 4.4 Tính toán thiết kế mạch điều khiển. .............................................................42 4.4.1 Mạch điều khiển động cơ dẫn động buồng trộn. ...................................42 4.4.2 Mạch điều khiển động cơ kéo băng tải. .................................................42 4.4.3 Mạch điều khiển động cơ bơm nước. ....................................................42 4.4.4 Mạch điều khiển động cơ vít tải xi măng. .............................................42 4.4.5 Mạch điều khiển động cơ máy nén khí. .................................................43 4.4.6 Tính chọn rơ le trung gian.....................................................................43 4.5 Sơ đồ mạch động lực....................................................................................44 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển. ................................................................................46 4.7 Sơ đồ đấu dây. ..............................................................................................48 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT. ...................................................................................................................................49 5.1 Xây dựng thuật toán điều khiển. ..................................................................51 5.1.1 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động. .........51 5.1.2 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay. .......52 5.1.3 Sơ đồ khối cân đá. .................................................................................52 5.1.4 Sơ đồ khối cân cát. ................................................................................53 5.1.5 Sơ đồ khối cân nước. .............................................................................53 5.1.6 Sơ đồ khối cân xi măng. ........................................................................54 Trang 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 5.1.7 Sơ đồ khối cân phụ gia. .........................................................................54 5.1.8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải. .......................................................55 5.1.9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn. ...................................................56 5.1.10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông. .............................................57 5.2 Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200. ....................................................57 5.2.1 Xác định đầu vào/ra. .............................................................................57 5.2.2 Cấu hình phần cứng thiết bị. .................................................................62 5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC. ........................................................................64 5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200. ......................................................................64 5.2.5 Các FC mô phỏng và cảnh báo. ............................................................86 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển. ......................................................................96 5.3.1 Cấu hình thiết bị. ...................................................................................96 5.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển màn hình chính. ......................................97 5.3.3 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ tự động. ....................97 5.3.4 Thiết kế giao diện màn hình điều khiển ở chế độ bằng tay. ..................98 5.3.5 Thiết kế giao diện các màn hình cảnh báo. ...........................................98 CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. ...................................................................102 6.1 Download chương trình xuống PLC SIM. .................................................102 6.2 Màn hình chính. .........................................................................................105 6.3 Chế độ tự động. ..........................................................................................106 6.3.1 Khu vực điều khiển. .............................................................................106 6.3.2 Khu vực mô phỏng quá trình. ..............................................................108 6.3.3 Khu vực thông báo, cảnh báo nếu có lỗi xảy ra. .................................108 6.3.4 Chạy thử. .............................................................................................108 6.4 Chế độ bằng tay..........................................................................................112 6.4.1 Khu vực bảng điều khiển. ....................................................................112 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 6.4.2 Khu vực mô phỏng quá trình. ..............................................................113 6.4.3 Chạy thử. .............................................................................................113 CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................117 7.1 Kết luận. .....................................................................................................117 7.1.1 Kết quả đạt được. ................................................................................117 7.1.2 Điểm còn hạn chế. ...............................................................................117 7.2 Hướng phát triển. .......................................................................................117 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ......................................................................................118 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG Bảng 1. 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích. ...................................14 Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông. ............................16 Bảng 1. 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ. 17 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Bảng 2. 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu. ..................................................20 Bảng 2. 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu. ..............................................20 Bảng 2. 3 Các phương pháp định lượng. .......................................................21 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13. Bảng 3. 1 Một số loại PLC thông dụng. ........................................................24 Bảng 3. 2 Một số CPU S7 - 1200. ..................................................................28 Bảng 3. 3 Phân vùng bộ nhớ. .........................................................................29 Bảng 3. 4 Tập lệnh xử lý bít. ..........................................................................30 Bảng 3. 5 Tập lệnh Timer, Counter. ..............................................................30 Bảng 3. 6 Tập lệnh toán học. .........................................................................31 Bảng 3. 7 Tập lệnh di chuyển. .......................................................................32 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY. Bảng 4. 1 Tính chọn khởi động mềm hãng ABB...........................................41 Bảng 4. 2 Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây. ...........................................................49 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT. Bảng 5. 1 Bảng địa chỉ tín hiệu từ loadcell. ...................................................57 Bảng 5. 2 Bảng địa chỉ tín hiệu input. ............................................................57 Bảng 5. 3 Bảng địa chỉ tín hiệu output. ..........................................................58 Bảng 5. 4 Bảng địa chỉ các biến phụ. .............................................................59 Bảng 5. 5 Bảng địa chỉ các biến phụ mô phỏng chuyển động. ......................61 Trang 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang DANH MỤC HÌNH ẢNH. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG. Hình 2. 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng. ........................................................18 Hình 2. 2 Trạm trộn bê tông xi măng. ............................................................18 Hình 2. 3 Kết cấu thép. ..................................................................................22 Hình 2. 4 Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng. ..........................23 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13. Hình 3. 1 Sơ đồ khối PLC ..............................................................................25 Hình 3. 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay.....................................32 Hình 3. 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay.....................................33 Hình 3. 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC. .......................................33 Hình 3. 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13. ......................................34 Hình 3. 6 Creat new project. ..........................................................................34 Hình 3. 7 Đặt tên cho dự án. ..........................................................................34 Hình 3. 8 Configure a device. ........................................................................35 Hình 3. 9 Add new device. .............................................................................35 Hình 3. 10 Chọn loại CPU. ............................................................................36 Hình 3. 11 Một project mới được tạo ra. .......................................................36 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY. Hình 4. 1 Sơ đồ mạch động lực......................................................................44 Hình 4. 2 Sơ đồ mạch điều khiển. ..................................................................46 Hình 4. 3 Sơ đồ đấu dây. ................................................................................48 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT. Hình 5. 1 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông tự động. ...........................51 Hình 5. 2 Sơ đồ tổng quan quá trình trộn bê tông bằng tay. ..........................52 Hình 5. 3 Sơ đồ khối quá trình cân đá. ..........................................................52 Hình 5. 4 Sơ đồ khối quá trình cân cát. ..........................................................53 Hình 5. 5 Sơ đồ khối quá trình cân nước. ......................................................53 Trang 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Hình 5. 6 Sơ đồ khối quá trình cân xi măng. .................................................54 Hình 5. 7 Sơ đồ khối quá trình cân phụ gia. ..................................................54 Hình 5. 8 Sơ đồ khối hoạt động của băng tải. ................................................55 Hình 5. 9 Sơ đồ khối hoạt động của thùng trộn. ............................................56 Hình 5. 10 Sơ đồ khối hoạt động của van xả bê tông. ...................................57 Hình 5. 11 Tổng quan phần cứng. ..................................................................62 Hình 5. 12 PLC S7 – 1200 AC/DC/RL. .........................................................62 Hình 5. 13 Module mở rộng analog. ..............................................................63 Hình 5. 14 Module mở rộng đầu vào ra. ........................................................63 Hình 5. 15 Module mở rộng đầu vào. ............................................................64 Hình 5. 16 Cấu hình thiết bị. ..........................................................................96 Hình 5. 17 Kết nối PLC và Máy tính. ............................................................96 Hình 5. 18 Thiết kế giao diện màn hình chính. ..............................................97 Hình 5. 19 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ tự động. ............................97 Hình 5. 20 Thiết kế giao diện màn hình ở chế độ bằng tay. ..........................98 Hình 5. 21 Màn hình cảnh báo hoàn thành quá trình trộn. ............................98 Hình 5. 22 Màn hình cảnh báo trộn xong một mẻ trộn. .................................99 Hình 5. 23 Màn hình báo lỗi nhập sai MAC bê tông. ....................................99 Hình 5. 24 Màn hình báo lỗi chưa nhập số mẻ trộn. ....................................100 Hình 5. 25 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn khô. ........................100 Hình 5. 26 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian trộn ướt. ........................101 Hình 5. 27 Màn hình báo lỗi chưa nhập thời gian xả bê tông. .....................101 CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Hình 6. 1 Start Simulation............................................................................102 Hình 6. 2 Start Simulation............................................................................102 Hình 6. 3 Start Simulation............................................................................103 Hình 6. 4 Mô phỏng PLC. ............................................................................103 Hình 6. 5 Tải chương trình xuống PLC. ......................................................104 Hình 6. 6 Start Simulation............................................................................105 Hình 6. 7 Start Simulation............................................................................105 Hình 6. 8 Màn hình ở chế độ tự động. .........................................................106 Trang 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Hình 6. 9 Chức năng các nút nhấn. ..............................................................106 Hình 6. 10 Chức năng các đèn báo. .............................................................107 Hình 6. 11 Hệ thống nhập và hiển thị số liệu...............................................107 Hình 6. 12 Màn hình quá trình chạy tự động. ..............................................108 Hình 6. 13 Màn hình cảnh báo và báo lỗi. ...................................................108 Hình 6. 14 Màn hình sau khi nhập đầy đủ thông số mẻ trộn. ......................109 Hình 6. 15 Ấn nút “Start”.............................................................................109 Hình 6. 16 Cân cốt liệu. ...............................................................................110 Hình 6. 17 Thực hiện quá trình trộn khô......................................................110 Hình 6. 18 Thực hiện quá trình trộn ướt. .....................................................111 Hình 6. 19 Thực hiện quá trình xả bê tông. .................................................111 Hình 6. 20 Hoàn thành quá trình trộn. .........................................................112 Hình 6. 21 Nút nhấn điều khiển trong chế độ bằng tay. ..............................112 Hình 6. 22 Mô phỏng quá trình trộn điều khiển bằng tay. ...........................113 Hình 6. 23 Start Hand. .................................................................................113 Hình 6. 24 Cân cốt liệu. ...............................................................................114 Hình 6. 25 Cân đủ khối lượng. .....................................................................114 Hình 6. 26 Bật băng tải và thùng trộn chạy. ................................................115 Hình 6. 27 Xả nguyên liệu vào thùng trộn. ..................................................115 Hình 6. 28 Xả bê tông vào xe chở. ...............................................................116 Trang 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Lời mở đầu Ngành Tự động hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho sự phát triển của một quốc gia. Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến nay ngành Tự động hóa ở Việt Nam đã có những bước tiến, bước phát triển vượt bậc với các hệ thống cơ sở hạ tầng, công nghệ hiện đại. Tự động hóa được xem như là huyết mạch của nền kinh tế, phát triển Tự động hóa sẽ là tiền đề cho các ngành kinh tế khác phát triển. Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động không còn quá xa lạ với chúng ta. Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người. Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất bê tông tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho các quá trình sản xuất. Vì thế, nhằm tạo điều kiện tốt nhất để có thể tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Nhóm em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm trộn bê tông sử dụng PLC S7 – 1200”. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em ngoài sự cố gắng tìm hiểu và học hỏi còn nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Hoàng Duy Khang. Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy. Chúc thầy luôn mạnh khỏe và thành công trong công tác giảng dạy. Do khả năng còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên có những sai sót không thể tránh, nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ quý thầy cô. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện đề tài: Đàm Thị Thúy Nguyễn Tiến Toàn Phạm Quốc Tuấn Trang 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG. 1.1 Khái niệm. Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước và các chất phụ gia. Trong đó cát và đá chiếm 80% – 85%, xi măng chiếm 8% – 15%, còn lại là khối lượng của nước và các chất phụ gia. Hỗn hợp vật liệu được nhào trộn tạo nên hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông phải có độ dẻo nhất định, phù hợp với mục đích sử dụng. Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp. Tỉ lệ mỗi thành phần cát, đá, xi măng,… khác nhau sẽ tạo ra những loại bê tông khác nhau. Để phân biệt các loại bê tông, người ta sử dụng khái niệm “mác bê tông”. 1.2 Khái niệm về mác bê tông. Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²). Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là “Mác bê tông”. Mác bê tông được phân loại từ 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 và 600. Khi nói rằng “mác bê tông 200” chính là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm². Còn cường độ chịu nén tính toán của bê tông mác 200 chỉ là 90 kG/cm² (được lấy để tính toán thiết kế kết cấu bê tông theo trạng thái giới hạn thứ nhất). 1.3 Phân loại bê tông. 1.3.1 Theo cường độ. - Bê tông thường: cường độ từ 150 – 1400 daN/cm2. Trang 13 Đồ án tốt nghiệp - GVHD: Hoàng Duy Khang Bê tông chất lượng cao: cường độ từ 500 – 1400 daN/cm2. Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng 250 – 400 daN/cm2 hoặc lớn hơn. 1.3.2 Theo loại chất kết dính. Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt). 1.3.3 Theo cốt liệu. Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chất phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit), bê tông keramdit, bê tông cốt thép. 1.3.4 Theo khối lượng thể tích. Bảng 1. 1 Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích. Loại bê tông γb (g/cm3) Bê tông đặc biệt > 2.5 nặng Bê tông nặng 1.8 – 2.5 Ghi chú Chế tạo từ cốt liệu đặc biệt nặng dùng cho kết cấu đặc biệt. Chế tạo từ cát sỏi bình thường, dùng cho kết cấu chịu lực. Trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo Bê tông nhẹ hay tự nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông 0.5 – 1.8 bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạp rồng, bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). Bê tông đặc biệt < 0.5 Cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng. nhẹ 1.3.5 Theo phạm vi sử dụng. Bê tông thường được dùng trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn…), bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh các công trình dẫn nước, bê tông đường, sân bay, bê tông kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ), bê tông đặc biệt, bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. Trang 14 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 1.4 Các thành phần cốt liệu. 1.4.1 Xi măng. Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông, có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chất lượng thiết kế bê tông tăng lên, tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao rất lớn. Vì vậy, khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất lượng đúng yêu cầu kỹ thuật và vừa phải giải quyết bài toán kinh tế. 1.4.2 Cát. Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạt cát là từ 0,4 – 0,5 mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần của bê tông, cát chiếm khoảng 29%. 1.4.3 Đá dăm. Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích thước của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp. Trong thành phần bê tông, đá dăm chiếm khoảng 52%. 1.4.4 Nước. Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng đến khả năng đông kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại. 1.4.5 Các chất phụ gia. Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có 2 loại phụ gia: Loại phụ gia hoạt động bề mặt: loại phụ gia này mặc dù được sử dụng lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông. Loại phụ gia rắn nhanh: loại phụ gia này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghệ sản xuất bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng. 1.5 Tính chất đặc thù của bê tông. 1.5.1 Cường độ của bê tông. Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài mà không bị phá hoại. Trang 15 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào tính chất của xi măng, tỉ lệ nước, xi măng, phương pháp đổ bê tông và điều kiện đông cứng. Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là “Mác” hay còn gọi là số liệu. Mác bê tông kí hiệu là “M” là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) của mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15 cm, tuổi 28 ngày được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 200C ± 20C), độ ẩm không khí 90% đến 100%. Mác “M” là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu. Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế như sau: - Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600. Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m3 đến 2500 kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc chắc. - Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300. Bê tông nhẹ có khối lượng riêng trong khoảng 800 kg/m3 đến 1800 kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng, keramzit, xỉ quặng… Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn 150. Cường độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của bê tông, đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá, gỗ, thép… Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần. Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi, sự tăng cường độ có thể kéo dài hơn trong nhiều năm, trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường độ bê tông tăng không đáng kể. Bảng 1. 2 Thành phần tỉ lệ các cốt liệu theo mác bê tông. Mác (M) Xi măng (Kg) Cát (m3) Đá (m3) Nước (lít) 150 244 0.498 0.856 195 200 293 0.479 0.846 195 250 341 0.461 0.835 195 300 390 0.438 0.829 195 350 450 0.406 0.846 200 400 465 0.419 0.819 186 Trang 16 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 1.5.2 Tính giãn nở. Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó, độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co ngót luôn kéo theo hậu quả xấu. Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân. Trước hết là sự mất nước, quá trình Cacbon hóa Hyđroxit trong đá, xi măng. Hiện tượng giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng – nước. Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Vì vậy đối với những công trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta đã phân đoạn để tạo thành các khe co giãn. 1.5.3 Tính chống thấm. Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu bê tông. Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó. Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỉ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiểu. Ngoài ra, để tăng tính chống thấm người ta còn trộn bê tông với một số chất phụ gia. 1.6 Quá trình đông cứng của bê tông và biện pháp bảo quản. Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng, thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút. Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đổ ngay để tránh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ. Thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong một lớp bê tông (không tính phụ gia) không quá 90 phút khi dùng xi măng pooclang và không quá 110 phút khi dùng xi măng pooclang xi, tro núi lửa, xi măng pupơlan. Thời gian vận chuyển bê tông (kể từ lúc đổ bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng. Thời gian vận chuyển cho phép của bê tông (không có phụ gia): Bảng 1. 3 Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo từng mức nhiệt độ. Nhiệt độ (0C) 20 – 30 10 – 20 5 – 10 Thời gian vận chuyển (phút) 45 60 95 Trang 17 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG. 2.1 Giới thiệu chung. Hiện nay trên thị trường có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng và trạm trộn bê tông xi măng. Trạm trộn bê tông nhựa nóng: dùng để sản xuất bê tông từ hỗn hợp nhựa đường (hắc ín), đá, chất phụ gia…, nó được ứng dụng phổ biến trong xây dựng đường xá, các công trình giao thông, cầu, cảng… được rải lên bề mặt. Hình 2. 1 Trạm trộn bê tông nhựa nóng. Trạm trộn bê tông xi măng: Ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay nhất là trong lĩnh vực xây dựng, bê tông được sản xuất từ hỗn hợp cát, đá, xi măng, nước và phụ gia. Hình 2. 2 Trạm trộn bê tông xi măng. Trang 18 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang 2.2 Trạm trộn bê tông xi măng. 2.2.1 Giới thiệu. Trạm trộn bê tông xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hòa trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và xi măng được tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng. Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau đây: - Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất. - Cho phép sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt. - Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển. - Trạm làm việc ổn định, không ồn, không gây ô nhiễm môi trường. - Lắp đặt sửa chữa đơn giản. - Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay. 2.2.2 Phân loại. Có 2 loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau: - Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải. - Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu. Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng, tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các cụm và thiết bị sau: - Cụm cấp nguyên liệu. - Thiết bị định lượng (cát, đá, xi măng, nước và phụ gia). - Hệ thống điều khiển. - Thiết bị trộn, máy trộn. - Kết cấu phụ. 2.2.3 Cấu tạo chung của trạm trộn bê tông xi măng. 2.2.3.1 Cụm cấp nguyên liệu. Cấp cát, đá.. Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham khảo thực tế ta có 2 phương án sau: Trang 19 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Hoàng Duy Khang Bảng 2. 1 Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu. Cấp liệu kiểu gầu Cấp liệu kiểu băng tải Vật liệu (đá, cát) được tập kết Vật liệu (cát, đá) được tập kết ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn ngoài bãi sau đó được máy xúc gầu Nguyên lý riêng biệt, tiếp theo được gầu cào lật đổ vào bunke, thiết bị định lượng. đổ vào thiết bị định lượng, sau khi Sau khi được định lượng đúng yêu định lượng được vật liệu được xả cầu thì băng tải vận chuyển đổ vào vào skip, từ skip vật liệu được đổ thùng. vào thùng trộn. Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa Cấp liệu cho máy trộn được liên mà không qua thiết bị vận chuyển tục. Ưu điểm Vật liệu ở bãi chứa không cần trung gian. Diện tích mặt bằng cho toàn phải vun cao và không cần phải có trạm không lớn lắm. tấm cách vật liệu. Vật liệu ở bãi chứa phải được vun cao cho đủ lượng dự trữ. Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng. Việc cấp liệu cho máy trộn không liên tục. Nhược điểm Khoảng cách giữa băng tải và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến Bãi chứa phải có vách ngăn khả năng tiếp xúc của vật liệu với phân chia vật liệu. môi trường nhiều, sẽ gây ô nhiễm Với phương án này chỉ áp dụng môi trường nếu không được che cho trạm trộn có năng suất thấp. chắn kĩ. Phương án này được áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn. Cấp xi măng: Bảng 2. 2 Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu. Dùng bằng gầu tải Dùng xi lô Xi măng từ bao bì nhỏ đổ Xi măng rời được vận chuyển bằng Nguyên vào phễu được băng gầu vận khí nén vào xi lô sau đó được vít tải vận lý chuyển đổ vào xi lô nhỏ vào Trang 20