Технология производства железобетонных изделий

Рис. 55. Одноступенчатая автоматизированная бетоносмесительная установка с гравитационными бетоносмесителями:

1 — конвейер ленточный наклонный; 2 — поворотная воронка с приводом; 3 — автоматический весовой дозатор для заполнителей; 4 — автоматический дозатор для цемента; 5 — весовой дозатор для жидкостей; 6 — приемная воронка с перекидным клапаном; 7 — бетоносмеситель; 8

— бункер выдачи (накопления) бетона; 9 — бак для воды с трубопроводом; 10 — фильтр; 11 — раздаточный клапан для воды с пневмоприводом; 12 — обрушитель сводов песка; 13 — аэрационное сводообрушающее устройство; 14 — воздуховод; 15 — эрлифт; 16 — линия подачи цемента

91

4.2Бетоносмесители, дозирование, приготовление бетонных смесей.

Современные бетоносмесительные узлы (установки) в основном оснащены бетоносмесителями принудительного действия (рис. 56 – рис. 58), т.к. они обеспечивают качество приготовления бетонных смесей (растворов) всего диапазона консистенций (от жестких до литых), а также всех видов используемых заполнителей (тяжелые – легкие; крупные – мелкозернистые).

Используемые на ряде предприятий гравитационные бетоносмесители (пример на рис. 59) эффективны для приготовления пластичных бетонных смесей на тяжелых (плотных горных пород) заполнителях. В этом случае зерна крупного заполнителя способствуют перемешиванию бетонной смеси до однородного состояния. Одновременно следует отметить, что использование гравитационных бетоносмесителей при постоянном приготовлении пластичных тяжелобетонных смесей оправдано, так как они характеризуются меньшей энергоемкостью и ремонтной сложностью, а также более продолжительными межремонтными циклами и долговременностью эксплуатации, в сравнении с принудительными бетоносмесителями.

Рис. 56. Принципиальные схемы смешивающих аппаратов принудительных смесителей:

а, б — с одним горизонтально расположенным валом: в — с двумя такими же валами; г — прямоточный с вертикально расположенными валами и неподвижной чашей; д — роторные; е — планетарно-роторные

92

Рис. 57. Бетоносмеситель роторный

1 — корпус-чаша; 2 — крышка; 3 — вытяжной патрубок; 4 — мотор-редуктор; 5 — пульт управления; 6 — центральный стакан; 7 — сливная труба; 8— разгрузочный затвор; 9 — загрузочный люк для заполнителей: 10 — наружный очистной скребок; 11 — ротор; 12 — пневматический цилиндр; 13 — пружина; 14 — загрузочный патрубок для цемента; 15 — верхняя лопасть; 16

— донная лопасть; 17— внутренний очистной скребок.

93

Рис. 58. Бетоносмеситель планетарно-роторный:

1 — чаша смесителя; 2 — внутренний стакан, в котором размешен ротор: 3 — приводная траверса, вращающаяся вокруг центральной оси; 4 — приводной вал для планетарного вращения смешивающего устройства; 5 — рабочие валы со смесительными лопастями; 6 и 7 — электродвигатель с редуктором; 8 — подгребающая лопасть; 9 — очистные скребки; 10 — загрузочный люк в верхней крышке смесительной чаши; 11 — люк с пневмоприводом для выгрузки готовой смеси; 12

— система шестеренчатых передач от центрального вала к валам с планетарным вращением.

Раздельный или 2-х стадийный способ приготовления бетонных смесей заключается в том, что на первой стадии, путем высокоинтенсивной механической (или иной) обработки, готовят цементное тесто, а на 2-ой стадии его смешивают с заполнителями в бетоносмесителях.

Такая технология приготовления бетона сложнее традиционной, требуются специализированные бетоносмесители, обеспечивающие синхронность выполнения работ. Ее опытно-производственная апробация показала, что

94

применение дополнительных механизмов (высокоскоростных лопастных смесителей; роторных; с рабочим органом в виде вращающихся пружин и т.д.) для приготовления цементного теста (в ряде случаев – цементнопесча-

ного раствора) в варианте дополнительного оборудования действующих БСУ себя не оправдало. Требуются выполненные на высоком техническом уровне 2-х стадийные специализированные бетоносмесители.

Рис. 59. Гравитационный бетоносмеситель с наклоняющимся барабаном:

1 – опрокидывающее устройство; 2 – станина; 3 – опорноприводное устройство; 4 – электродвигатель с редуктором; 5 – смесительный барабан; 6 – опорные ролики; 7 – пневмоцилиндр.

Одновременно с этим результаты научно-исследовательских и опытных производственных работ показали высокую эффективность раздельного способа приготовления бетона, обеспечивающего значительный рост его физи- ко-механических и эксплуатационных свойств и характеристик. Так, прочностные характеристики тяжелого бетона по разным данным возрастают на 20…30%, а легкого бетона на заполнителях типа аглопорита (с открытой пористостью поверхности) – до 40…50%. Основу составляет рост плотности и прочности цементного камня, повышение качества и сил сцепления последнего с заполнителями (особенно таких, как аглопорит и ему подобные), а рост непроницаемости бетона способствует повышению его эксплуатационных свойств: морозо-, коррозионной стойкости, защитной способности по отношению к стальной арматуре, износоустойчивости и т.д. Необходимо отметить, что интенсивное механическое (или иное) воздействие на цементное тесто способствует росту эффективности химических добавок в бетоне, которые вводят в состав на 1-ой стадии. Установлено, что за счет более равномерного распределения их вещества и повышения однородности цементного теста при высокоинтенсивной обработке равный с традиционным приготовлением бетона эффект обеспечивается меньшим расходом пластификаторов, ускорителей твердения и других добавок.

95

Причина эффективности высокоинтенсивной обработки цементного теста заключается в явлении активации цемента (или – активизации его вяжущих свойств). Известно, что из-за высокого потенциала поверхности, сорбции паров воды из воздуха и частичной гидратации, а также действия сил тяжести, мельчайшие частицы вяжущего либо «объединяются» в агрегаты (флоккулы), либо сцепляются с поверхностью более крупных зерен, т.е. агрегатируются. При затворении водой и смешивании множество флоккул не распадается и на их общей внешней поверхности образуются сольватные (водные) оболочки с защемленным в межзерновом пространстве воздухом. Здесь уместно упомянуть, что при плотности клинкера ~ 3,1 кг/л, насыпная плотность цемента ~ 1,0…1,1 кг/л, т.е. в его объеме 2/3 занимает воздух. Ограниченно растворимый в воде он препятствует ее контакту с поверхностью вяжущего внутри флоккул, выводя значительную часть его реакционноспособной поверхности из реакций между ними.

Высокоинтенсивное механическое (или иное) воздействие на систему «цемент-вода» способствует развитию процесса распадения флоккул. Как следствие, в реакции взаимодействия вступает большая реакционноспособная поверхность вяжущего, равномернее распределяется вода, утоньшаются сольватные оболочки, удаляется воздух (не только вовлеченный в объем цементного теста при перемешивании, но и из межзерновых пространств распадающихся флоккул). В результате в объеме цементного теста, трансформирующегося в процессе твердения в цементный камень, образуется значительно большее количество кристаллогидратных новообразований – продуктов реакции цемента с водой. И, как следствие, формируется более плотная структура этих новообразований в цементном камне, а на этой основе – и бетона в целом.

Ультразвуковая активация цемента реализуется при воздействии ультразвуковых волн на пластичное цементное тесто. Под их воздействием в объеме цементного теста (а точнее – в воде затворения) проявляется эффект кавитации. На его первой фазе в объеме воды появляются разрывы сплошности в виде мельчайших сферических пузырьков, заполненных ее парами. Последующая мгновенная конденсация пара и его переход в жидкость проявляется в этой точке в эффекте гидравлического удара, оцениваемого специалистами в области гидравлики в десятки тысяч атмосфер. Множество таких гидроударов в объеме цементного теста не только вызывают распадение цементных флоккул, но дробят (измельчают) зерна цемента, углубляя ранее описанные процессы, способствующие росту плотности и прочности (до ≥ 200 МПа) цементного камня. Однако следует заметить, что для объемного проявления этого эффекта нужны очень мощные излучатели ультразвуковых волн. Несмотря на высокую эффективность такой обработки реализация данного технологического приема, очевидно, дело будущего.

96

«Вакуумная» активизация вяжущих свойств цемента является следствием сорбции (удаления) с поверхности зерен и из межзернового пространства его флоккул воздуха под влиянием создаваемого в объеме цементного теста (бетона) разрежения. В результате в контакт с водой вступает большая (чем без вакуумирования) реакционноспособная поверхность вяжущего, включая и внутренние поверхности зерен не распавшихся флоккул. Следствием является рост плотности и непроницаемости структуры цементного камня и бетона по ранее рассмотренной схеме, а на этой основе – всей совокупности физикотехнических свойств и характеристик (например, прочность на сжатие возрастает на 20…40 %).

Для реализации данного технологического приема на стадии приготовления бетона разработаны опытные конструкции (образцов лабораторноисследовательских) бетоносмесителей. На практике в большей степени этот прием реализуется обработкой свежеотформованного бетона из высокопластичных бетонных смесей (с удалением части воды затворения) путем использования жестких вакуумщитов (вакуумпригрузов для сборных изделий, например, тротуарных и иных плит (см. далее п. 7.5)) и гибких вакуумматов для обработки монолитного бетона. Последние применяются в основном при устройстве монолитных полов, дорожных и иных подобных покрытий и т.п.

Дозирование материалов организационно-технологически взаимоувязано с используемыми типами бетоносмесителей, то есть осуществляется и циклически, и непрерывно. Для заводов сборного железобетона характерна широкая номенклатура выпускаемой продукции, которую изготавливают по различающимся технологиям, с применением разнообразных форм, оборудования и условий формования бетона. Как следствие, существенно различаются рецептура, классы и виды бетона, консистенция бетонных смесей, что предопределяет использование циклически действующих бетоносмесителей

исоответствующего дозирующего оборудования. В отдельных случаях ( в основном для приготовления товарного бетона (раствора) редко меняющихся составов) эксплуатируются комплексы с непрерывным приготовлением бетонных (растворных) смесей, комплектующиеся соответствующим оборудованием.

Дозирование по весу в дозаторах циклического действия – основной вариант для заполнителей из твердых горных пород, воды, растворов химических

иминеральных добавок.

Дозирование по объему необходимо при использовании легких пористых заполнителей, насыпная плотность которых может значительно отличаться, а также применимо для воды и водных растворов химических добавок.

Объемно-весовое дозирование заполнителей (а в ряде проектных решений БСУ - и цемента) реализуют при непрерывном приготовлении бетонных (растворных) смесей.

97

Во всех случаях при дозировании материалов должна обеспечиваться точность, с погрешностью не более: для цемента, воды, сухих добавок, рабочего раствора жидких добавок – 1% и тяжелых заполнителей – 2% по массе; пористых заполнителей по объему – 2% (СТБ 1035).

Сэтой целью дозирующее оборудование периодически поверяться надзорными службами на точность действия, не зависимо от способа дозирования материала.

Загрузку материалов в бетоносмеситель рекомендуется осуществлять в следующей последовательности:

а) для тяжелого бетона: крупный заполнитель → песок → пигмент (при наличии в составе) → цемент → минеральная добавка (при наличии в составе

иотдельном дозировании) → вода затворения (водный раствор химической добавки рабочей концентрации (при наличии в составе));

б) для легкого бетона: крупный заполнитель → мелкий заполнитель → часть воды затворения (~ 50% ее дозирования) → цемент → оставшаяся часть воды затворения с вводимой в бетон химической добавкой (при наличии в составе).

При введении пигментов после заполнителей в работающий бетоносмеситель обеспечивается более качественное (равномерное) распределение их в объеме бетона и окрашивание последнего. Данная последовательность рекомендуется разработчиками и поставщиками красителей для бетона.

Введение химических добавок в виде раствора рабочей концентрации с водой затворения (см. далее раздел приготовление растворов добавок) способствует равномерному распределению их вещества в объеме бетона и эффективному использованию по целевому назначению.

В случаях 2-х сталийного дозирования воды затворения рекомендуется вводить химические добавки со второй ее частью с целью повышения эффективности их использования. Особенно – при приготовлении легкобетонных смесей на пористых заполнителях.

Разогрев бетонных смесей на стадии их приготовления осуществляют с целью сокращения времени последующей тепловой обработки изделий, а также для обеспечения необходимого температурного режима для работы с бетоном в зимний период, включая производство товарного бетона для нужд монолитного строительства.

Сэтой целью используют комплексный подогрев крупного и мелкого заполнителей в сочетании с подогревом воды. В соответствии с действующими

нормативными документами (ТКП 45-5.03-21-2006 (02250)) температура разогретой бетонной смеси не должна превышать 35 0С (на БТЦ и ПЦ М600 и выше – 30 0С; на глиноземистом цементе – 25 0С), при температуре воды, соответственно, не более 70 0С; 60 0С и 40 0С.

98

Эффективен прием разогрева бетонной смеси путем подачи в специализированный бетоносмеситель водяного пара, т.к. в этом случае (за счет конденсации пара при контакте с холодными твердофазными составляющими непосредственно в объеме перемешиваемой смеси) имеет место теплопередача путем «капельной» конденсации. Последняя характеризуется высокой эффективностью теплоотдачи и смесь быстро разогревается. Недостатками такого варианта приготовления бетона являются: сложность учета количества вводимой в бетон воды (конденсата) и изменения в этой связи его водоцементного отношения; сложность точности контроля температуры разогрева и необходимость использования специального смесительного оборудования, т.к. дооснащение традиционных бетоносмесителей не эффективно. Целесообразно использование специализированных бетоносмесителей.

При разогреве бетонной смеси требуется контроль за сохранением заданной формуемости (подвижности, жесткости), т.к. с ростом температуры и ускорением реакций взаимодействия цемента с водой повышается темп изменений ее консистенции (ухудшения ее формуемости во времени).

4.3Транспортирование бетонной смеси к формовочным постам.

При транспортировании бетонных смесей должны соблюдаться следующие правила. По действующим нормативам не допускается более 2-х перегрузок; ограничивается высота сбрасывания свободным падением для тяжелого бетона ≤ 2м и для легкого ≤ 1,5м (рекомендуется: 1,5 и 1,0 м, соответственно); не рекомендуется транспортирование бетонных смесей подвижностью более ОК=10см (т.е. марок П3 и выше) ленточными транспортерами. Все указанное связано с нежелательным эффектом расслоения бетонных смесей, которое сопровождается ухудшением свойств бетона.

Под адресной подачей бетона подразумевается транспортирование его от БСУ до места формования изделий без перегрузок. На рис. 60 приведена принципиальная схема адресной системы подачи бетона с использованием самоходных (приводных) тележек, которые перемещают бадьи-кюбели (с донной разгрузкой; рис. 61), либо бадьи с опрокидным бункером (разгрузкой на сторону; рис. 62).

Бетоновозные эстакады - наиболее широко распространенный на действующих заводах сборного железобетона вид организации подачи бетонных смесей от БСУ в формовочные пролеты. В компоновочных решениях разнообразных технологических линий, при изготовлении разных видов изделий по стендовой, агрегатно-поточной, конвейерной технологиям основным вариантом является расположение бетоновозных эстакад в первом поперечном пролете (оси № 1 и № 2) производственных корпусов предприятий (см. данные раздела 2; компоновочные решения технологических линий).

99

В подавляющем большинстве бетоновозные эстакады оснащены самоходными (приводными) телегами-бадьями донной разгрузки; реже – опрокидными; в некоторых вариантах – ленточными конвейерами.

Рис. 60. Схема адресной системы подачи бетона

А — переменные посты остановки; Б— постоянные посты остановки; 1 - бетоновозные ба-

дьи;

2 — карусельная передача; 3 — бетоно-транспортные пути; 4 —ремонтная тележка; 5 — поперечная передача; 6 — смеситель бетона

Рис. 61. Бадьи с донным люком

1 — несущая конструкция; 2—приводная тележка; 3 — бетонотранспортный путь; 4 — неприводная тележка; 5 — секторный затвор; 6 — привод затвора; 7 —вибратор; 8— бункер; 9 — дуга безопасности

100