Бетонные смеси

Технологический процесс получения бетонных смесей состоит из нескольких операций: приемки сырьевых материалов, промежуточного накопления необходимых запасов цемента и заполнителей, дозирования компонентов бетонной смеси и загрузки в смеситель, перемешивания компонентов, разгрузки готовой смеси в промежуточный бункер, ее транспортирования к месту формования изделий.

В соответствии с указанной схемой по вертикали можно выделить надбункерную, бункерную, дозировочную и смесительную зоны.

В надбункерной зоне располагаются пульт управления подачей материалов, загрузочные люки бункеров и оголовки ленточного конвейера или элеватора с поворотной воронкой или плужковыми сбрасывателями, чтобы поочередно можно было загружать расходные бункеры заполнителями. При подаче цемента пневматическим транспортом в этом помещении размещают циклоны и фильтры для очистки воздуха. Как правило, оператор надбункерной зоны должен иметь прямую телефонную связь со складами цемента и заполнителей.

В бункерной зоне располагают расходные бункеры для различных видов и фракций заполнителей, цемента, бачки для воды и добавок. Расходные бункеры выполняют из металла. Угол наклона стенок бункеров цемента должен быть более 55°, песка, гравия или щебня 45°. Запасы материалов в емкостях расходных бункеров рассчитываются на 2-З ч работы формовочного цеха. Для устранения зависания материалов на стенках бункеров устанавливают вибраторы.

В дозировочной зоне размещают весовые, объемные или объемно-весовые дозаторы компонентов бетонной смеси. Плотные заполнители и цемент дозируют по массе, воду и жидкие добавки можно дозировать по объему.

В связи с тем, что насыпная плотность и масса легких заполнителей колеблется в значительных пределах, в особенности при изменении их влажности, легкие заполнители дозируют по объему или используют вначале объемное дозирование, а затем контролируют общую массу взвешиванием (объемно-весовой способ). Дозирование цемента, воды и химических добавок должно производиться с точностью, допускающей отклонение не более 2%, а крупного и мелкого заполнителей - 2,5% от проектного состава.

Помимо большой точности к дозаторам предъявляют высокие требования по надежности их работы в тяжелых условиях - повышенной влажности, запыленности воздуха и вибрации. Дозаторы классифицируют по характеру работы на цикличные (порционные) и непрерывного действия, которые могут управляться вручную, полуавтоматически и автоматически.

Установка в бетоносмесительном отделении того или иного вида дозатора зависит от мощности формовочного цеха, числа необходимых марок бетона, вида и числа используемых смесителей, их компоновки в плане и др. Управление дозаторами может осуществляться в автоматическом, дистанционном (с пульта управления) и местном (вручную на дозаторах) режимах. В настоящее время наибольшее распространение получили полуавтоматические серии Д и автоматические весовые цикличные дозаторы серии АВД и АД.

Весовые дозаторы состоят из мерных сосудов, весоизмерительных устройств, датчиков положения весоизмерительного механизма, регистрирующей аппаратуры, указателей массы, исполнительных механизмов рабочих органов загрузки и разгрузки, системы передачи данных управления и сигнализации. Мерные сосуды выполнены в виде весовых емкостей конической формы.(клапанные, секторные, шиберные). Затворы открываются и закрываются с помощью ручного управления, механического, пневматического или электропневматического приводов.

Емкости весовых дозаторов служат для накопления необходимой дозы материала, масса которого фиксируется весоизмерительным устройством. По принципу действия весовые дозаторы аналогичны обычным весам. В весоизмерительных устройствах используют рычажные весы, когда масса мерного сосуда с взвешиваемым грузом через систему рычагов уравновешивается массой гири.

Более совершенным является весоизмерительное устройство квадрантного типа с циферблатным указателем. В устройстве, состоящем из круглого корпуса с циферблатом, расположены два подвесных квадранта, с противовесами, соединенных подвижной планкой, на осях которой квадранты могут поворачиваться.

К нижней части квадрантов прикреплены стальные гибкие ленты, а к их верхней части - ленты, передающие воздействие взвешиваемой массы через траверсу и квадранты противовесам. Перемещение траверсы и закрепленной на ней зубчатой рейки вызывает вращение закрепленной на оси корпуса шестерни и стрелки, показывающей на циферблате массу взвешиваемого материала. Устройство отличается высокой точностью взвешивания, компактностью, хорошей герметизацией корпуса и возможностью установки средств автоматики.

В весоизмерительных устройствах используют также тензорезисторные и тензометрические датчики массы. Этот метод взвешивания основан на изменении электрического сопротивления резистора или проволочной решетки, прочно соединенных с упругим элементом, который деформируется под действием нагрузки. Тензовесоизмерительные устройства легко поддаются автоматизации и переключению на взвешивание различных доз материалов.

В дозаторах непрерывного действия используют весоизмерительные устройства динамометрического типа, основанные на изменении деформации упругого элемента (кольца, эллипса, пластины). Деформация может определяться с помощью индуктивного электрического датчика по изменению силы тока, которая фиксируется градуированными по массе приборами и передается управляющим устройством подачи материала.

В связи с все большим применением полуавтоматических и автоматических дозаторов возникает необходимость дистанционного контроля, регулирования и управления взвешивающими устройствами. С этой целью разработаны автоматические системы, включающие электронные регуляторы, указатели уровня, датчики положения весового механизма, преобразовательные блоки, усилители и т. д.

Для приведения в движение рабочих органов дозаторов, обеспечивающих открывание и закрывание затворов, включение и выключение питателей, загрузки мерных сосудов, применяются исполнительные механизмы: пневмоцилиндры и электромеханизмы, имеющие индивидуальный реверсивный электродвигатель, соединенный через редуктор с рабочим органом.

Весовые дозаторы цикличного действия используют в сочетании с такого же типа смесителями. Для смесителей непрерывного действия используют весовые дозаторы СБ, обеспечивающие непрерывное взвешивание материалов. Производительность весовых дозаторов непрерывного действия по цементу, т/ч: СБ-71А 4-25; СБ-90 25-100; по заполнителю, т/ч: СБ-26А 8-40; СБ-110 5-50; СБ-106 10-100; СБ-111 2-200.

Принцип работы таких дозаторов основан на стабилизации расхода материалов в единицу времени путем изменения скорости движения дозирующего конвейера или величины его загрузки дозируемым материалом.

С этой целью дозирующий конвейер устанавливается на весоизмерительное устройство. Различают два вида дозаторов: одноступенчатые, выполняющие две операции - взвешивание материала и-регулирование скорости его подачи на дозирующий конвейер, и двухступенчатые, в которых эти операции разделены. Двухступенчатые более сложны по конструкции, но работают более устойчиво и меньше реагируют на высоту столба материала в бункере и на изменение его механических свойств.

Как указывалось, помимо весового дозирования в отдельных случаях применяют объемное или объемно-весовое. Дозирование по объему пористых заполнителей оказывается предпочтительнее весового. Это связано со значительными колебаниями их насыпной плотности.

При изготовлении изделий и конструкций из легких бетонов дозирование цемента, песка и воды осуществляется по массе, а пористый заполнитель дозируют по объему. Объемно-весовой способ отличается от объемного тем, что дозирование крупного пористого заполнителя производится по объему с последующим весовым контролем массы отмеренной дозы. Такой способ дозирования позволяет корректировать состав легкого бетона и повышать его однородность и качество.

Разработано несколько конструкций объемных и объемно-весовых дозаторов , позволяющих изменять объем отмеряемой дозы. Изменение положения заслонки, регулирующей отверстия, изменяет дозу. На Вильнюсском ДСК объем мерного бункера дозатора изменяется с помощью подвижной внутренней перегородки, которая перемещается рычагом. Положение перегородки фиксируется в соответствии с необходимым на замес объемом пористого материала. Аналогичным образом изменяется объем дозы с помощью телескопического желоба путем уменьшения или увеличения его высоты.

Более совершенными объемными дозаторами являются барабанные секторные питатели. Питатели такого типа широко используются для приготовления легкобетонных смесей зарубежными фирмами. Такие питатели для дозирования пористых заполнителей применяются и в нашей стране.

Конструкция барабанного питателя проста и надежна в работе. Барабан питателя имеет секторные камеры равного объема, заполняемые из расходного бункера. Барабан приводится в движение электродвигателем и оборудуется счетно-регистрирующим прибором числа оборотов, обеспечивающим дозирование материала в любом заданном объеме.

Увеличением скорости вращения барабана можно изменять производительность питателя. Имеются подобного типа питатели, конструкция которых позволяет в случае необходимости изменять с помощью подвижных лопастей объем мерных камер и, тем самым, производительность питателя, не изменяя скорости вращения барабана. Секторные питатели могут использоваться при объемно-весовом дозировании. Погрешность этих дозаторов по объему составляет ±10%, что не может не сказаться на однородности бетонной смеси и качестве выпускаемых изделий.

В последние годы в промышленности сборного железобетона находят все большее применение химические добавки, улучшающие реологические характеристики, регулирующие сроки схватывания и твердения бетонных смесей и повышающие физико-механические свойства бетонов. В связи с этим в бетоносмесительных отделениях предусматриваются дозаторы химических добавок.

Так как химические добавки, как правило, используются в виде жидких растворов, применяют объемный способ дозирования. Схема приготовления и дозирования химических добавок включает: приготовительный, промежуточный и расходный баки, фильтры, насосы и непосредственно дозатор. Отмеренная доза добавки подается в дозатор воды. В настоящее время имеются конструкции дозаторов, обеспечивающих механизацию дозирования и возможность автоматизации технологического процесса. В то же время, повышение качества выпускаемых изделий и снижение их материалоемкости требует увеличения точности измерения дозы, стабильности и надежности работы дозаторов.

Смесительная зона располагается под дозаторным помещением. Из дозаторов отмеренные дозы цемента, воды, мелкого и крупного заполнителей, а также при необходимости и добавки, передаются в бетоносмесители. В зависимости от компактности (линейного или группового) расположения смесителей один комплект дозаторов может обеспечивать один или несколько бетоносмесителей.

При перемешивании компонентов бетонной смеси преследуется цель получения однородной по свойствам и составу массы, которая после затвердевания гарантировала бы одинаковые свойства бетона в конструкции. Это достигается многократным перемещением частиц по сложным, постоянно пересекающимся траекториям в растворомешалках и бетоносмесителях.

По методам приготовления смеси смесители, как и дозаторы, классифицируют на цикличные и периодического действия. Исходя из способов перемешивания и конструкционных особенностей их подразделяют на барабанные (гравитационные), тарельчатые и лотковые.

Наиболее широко применяют цикличные смесители - гравитационные и принудительного действия.

Гравитационное перемешивание используют при приготовлении пластичных бетонных смесей с крупным заполнителем из плотных горных пород. Материалы смешивают во вращающихся барабанах, имеющих на внутренних стенках корытообразные лопасти, расположенные по винтовой линии. При вращении бетоносмесителя лопасти захватывают и поднимают вверх часть перемешиваемых материалов. Достигая определенного наклона, лопасти непрерывно сбрасывают их вниз и тем самым вызывают взаимное перемещение частиц в результате различной крупности.

Отечественная промышленность выпускает гравитационные смесители СБ с опрокидными барабанами грушевидной и двухконусной формы и объемом готового замеса 65 - 2000 л. Загрузка материалов в грушевидный смеситель и разгрузка смеси из него осуществляется через одно загрузочно-разгрузочное отверстие, в двухконусном - через два - с противоположных торцов. Небольшие по массе барабаны опрокидываются с помощью ручного механизма, большие - гидравлическими или пневматическими устройствами.

Барабанные (гравитационные) смесители отличаются низкой стоимостью, невысокой металло- и энергоемкостью, простотой конструкции и надежностью в работе. Однако при необходимости приготовления малоподвижных, жестких, мелкозернистых и легкобетонных смесей на таких смесителях не удается получить достаточно однородные по составу смеси. Для этих целей используют смесители принудительного действия (лотковые и тарельчатые). Они могут быть с вертикально и горизонтально расположенными валами. Некоторые смесители (например СБ-112) позволяют в процессе приготовления разогревать смесь до 50-60° для сокращения продолжительности тепловой обработки.

В смесителях принудительного действия частицы смешиваемых компонентов многократно перемещаются по сложным траекториям в лотках или горизонтальных чашах с помощью смешивающих устройств - движущихся лопастей, лопаток, гребков и кулачков, насаженных на горизонтальные или вертикальные приводные валы, а также под действием вибрации, струй сжатого воздуха. Смесители принудительного действия могут иметь различные конструктивные отличия и принципы работы.

По этим признакам их можно разделить на следующие: лопастные одно- и двухвальные с горизонтальным расположением вала, размещенного вдоль смесительного лотка корытообразной или цилиндрической формы; противоточные с неподвижной горизонтальной чашей и чашей, вращающейся в направлении, противоположном вращению вертикального вала с насаженными на него смесительными устройствами прямоточные с вертикально расположенными валами, с неподвижной чашей и вращающейся чашей роторные турбинного типа с вертикальным валом и радиальными рычагами, на которых насажены лопасти; планетарно-роторные с вертикальным валом, на котором закреплены неподвижные лопасти и планетарный механизм с вращающимися лопастями; турбулентного типа (для мелкозернистых и растворных бетонных смесей), в которых под воздействием быстро вращающегося ротора частицы совершают вихревые (турбулентные) перемещения; струйные смесители, перемешивающие материалы струями сжатого воздуха; вибромесители, в которых частицы составляющих материалов подвергаются интенсивному вибрированию.

Лопастные - лотковые смесители, использующиеся, как правило, при приготовлении растворов, мелкозернистых и легких бетонных смесей. Они могут быть цикличного и непрерывного действия.

Смесители цикличного действия представляют собой корытообразный или цилиндрический барабан с вращающимся внутри горизонтальным валом (или двумя валами) с лопастями, расположенными по винтовой линии. Лопасти непрерывно перелопачивают смесь, перемещая ее от краев к центру и обратно. Вместимость по загрузке смесителей составляет 80-325 л, что соответствует объему готового замеса 65-250 л.

Смесители непрерывного действия используют при непрерывном формовании гипсобетонных и обычных смесей на прокатных станах. Отличительный признак такого смесителя - постоянное перемещение массы от загрузочного отверстия, расположенного в начале смесителя, до разгрузочного, находящегося в противоположной стороне. Длина смесителя подбирается таким образом, чтобы за время перемещения массы вдоль смесителя достигалась однородность смеси.

Противоточные, прямоточные, роторные и планетарно-роторные смесители цикличного действия представляют собой разновидности тарельчатых бетоносмесителей и применяются для приготовления малоподвижных, умеренно жестких, жестких и легкобетонных смесей.

От размера чаши зависит загрузочная емкость смесителя и, в конечном итоге, производительность. Вместимость по загрузке цикличных смесителей принудительного действия 250-1500 л, а объем готового замеса соответственно составляет 165-1000 л. Основной рабочий орган в смесителях - смешивающие лопасти, закрепленные на роторе или планетарных механизмах. Располагаются они таким образом, что при вращении вала лопасти перекрывают все рабочее пространство днища чаши к непрерывно перемещают массу в фронтальном и радиальном направлениях, чем достигается быстрое и качественное приготовление смеси.

Для перемешивания растворных и мелкозернистых бетонных смесей весьма эффективны турбулентные смесители. Смеситель выполнен в виде вертикально расположенного бака, в нижней конической части которого по центральной оси размещен ротор турбинного типа.

Ротор состоит из ступицы, на которой радиально смонтированы металлические лопатки, сверху для большей жесткости объединенные по периметру металлическим кольцом. Бак доверху заполняется компонентами бетонной смеси. При вращении ротора со скоростью 600 мин"1 частицы смеси отбрасываются лопатками в направлении стенок бака. На стенках бака по всему периметру вертикально расположены тормозящие перегородки.

Наиболее интенсивное перемешивание происходит в зоне между вращающимися лопатками и неподвижными перегородками, где частицы из-за большой разности скоростей совершают вихревые - турбулентные движения.

Смесь под напором, создаваемым ротором, по спирали вдоль стенок бака непрерывно поднимается вверх, а затем в центральной зоне засасывается вращающимися лопатками и вновь отбрасывается к стенкам бака. При приготовлении жестких смесей для предотвращения образования воздушной пробки на ротор устанавливают вращающийся конусный штырь 6, верхний конец которого возвышается над смесью.

Процесс перемешивания протекает очень интенсивно, благодаря чему время приготовления смеси не превышает 20-30 с. Готовая смесь отличается высокой однородностью и нерасслаиваемостью. Выгружается смесь через люк. Смеситель и привод вращения ротора размещены на общей раме. В зависимости от марки смесителя объем готового замеса составляет 65 и 250 л.