Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

Раздел: Строительство

Бетонные смеси на заводах сборного железобетона готовят в бетоносмесительных отделениях. В случае большой потребности в бетоне на строительных площадках организуют специализированные заводы, производящие готовые к употреблению бетонные смеси, растворы и сухие смеси. По способу управления процессом приготовления бетонных смесей отделения, установки и заводы подразделяют на механизированные (машины и механизмы управляются вручную), автоматизированные и заводы-автоматы, а по схемам расположения бетоносмесителей — на линейные и гнездовые. Гнездовое расположение смесителей более компактно и требует меньшего числа расходных бункеров и дозаторов.

В зависимости от производительности заводов сборного железобетона бетоносмесительные отделения комплектуют из одной или нескольких типовых секций. При необходимости приготовления бетонов различных видов и марок используют цикличный способ производства, а в том случае, когда требуется большое количество од- номарочного бетона, применяют бетоносмесительные установки непрерывного действия. Технологические схемы непрерывного действия проще поддаются комплексной механизации и автоматизации.

По компоновке технологического оборудования бетоносмесительные отделения делят на горизонтальные (партерные — двухступенчатые) и вертикальные (высотные—одноступенчатые). Последние предусматривают подъем материалов на высоту до 25—30 м и последующее перемещение материалов вниз под действием сил тяжести из агрегата в агрегат. Горизонтальные схемы используют на предприятиях малой мощности (производительностью 10—15 тыс. м3/год). Наибольшее распространение на заводах сборного железобетона имеют бетоносмесительные отделения с вертикальным расположением оборудования, имеющие небольшие размеры в плане.  

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—3 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 пе 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 бетоносме- сительном 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. В нижней части сосудов имеются разгрузочные отверстия с затворами различных типов (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 ( 3.20). В устройстве, состоящем из круглого корпуса с циферблатом 2, расположены два подвесных квадранта 8, с противовесами 9, соединенных подвижной планкой 10, на осях которой квадранты могут поворачиваться. К нижней части квадрантов прикреплены стальные гибкие ленты а к их верхней части — ленты 5, передающие воздействие взвешиваемой массы через траверсу 6 и квадранты противовесам. Перемещение траверсы и закрепленной на ней зубчатой рейки 7 вызывает вращение закрепленной на оси корпуса шестерни 4 и стрелки 3, 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. Тензовесо- измерительные устройства легко поддаются автоматиза-

ции 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.

Схемы автоматических весовых дозаторов непрерывного действия показаны на  3.21. 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. На  3.22,а показан объемный дозатор с подвижной перегородкой. 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 ( 3.22, б). Аналогичным образом изменяется объем дозы с помощью телескопического желоба путем уменьшения или увеличения его высоты ( 3.22,в). На Куйбышевском ДСК было сконструировано и применено специальное приспособление в бункере дозатора керамзита. При загрузке бункера пористым заполнителем он давит на шарнирно подвешенный лист и отклоняет его до тех пор, пока нижний конец листа не упрется в концевой выключатель, прекращающий подачу материала ( 3.22,г). Указанные схемы объемного дозирования имеют существенные недостатки: плохо поддаются дистанционной и автоматической настройке на требуемый замес и не обеспечивают высокой точности дозирования.

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 ( 3.23, а). Барабан питателя имеет секторные камеры равного объема, заполняемые из расходного бункера. Барабан приводится в движение электродвигателем и оборудуется счетно-регист- рирующим прибором числа оборотов, обеспечивающим дозирование материала в любом заданном объеме. Уве-

личением 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 ( 3.23,6). 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 двухко- нусном — через два — с противоположных торцов ( 3.24). Небольшие по массе барабаны опрокидываются с помощью ручного механизма, большие — гидравлическими или пневматическими устройствами.

Цикл приготовления определяется временем на загрузку, перемешивание, разгрузку и возвращение смесителя в исходное положение.

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 ( 3.25).

По этим признакам их можно разделить на следующие: лопастные одно- и двухвальные с горизонтальным расположением вала, размещенного вдоль смесительного лотка корытообразной или цилиндрической формы ( 3.25, а—в); противоточные с неподвижной ( 3.25, ж) горизонтальной чашей и чашей, вращающейся в направлении, противоположном вращению вертикального вала с насаженными на него смесительными устройствами ( 3.25, и—л); прямоточные с вертикально расположенными валами, с неподвижной чашей ( 3.25, г) и вращающейся чашей ( 3.25,5, е); роторные турбинного типа ( 3.25, ле) с вертикальным валом и радиальными рычагами, на которых насажены лопасти; планетарно-роторные ( 3.25, я) с вертикальным валом, на котором закреплены неподвижные лопасти и планетарный механизм с вращающимися лопастями; турбулентного типа (для мелкозернистых и растворных бетон, ных смесей), в которых под воздействием быстро вращающегося ротора частицы совершают вихревые (турбулентные) перемещения; струйные смесители, перемешивающие материалы струями сжатого воздуха; вибро- смесители, 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 ( 3.26).

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 и непрерывно перемещают массу в фронтальном н радиальном направлениях, чем достигается быстрое и качественное приготовление смеси.

Для перемешивания растворных и мелкозернистых бетонных смесей весьма эффективны турбулентные смесители ( 3.27, а, б). Смеситель выполнен в виде верти-

кально расположенного бака 1, в нижней конической части которого по центральной оси размещен ротор 2 турбинного типа. Ротор состоит из ступицы 8, на которой радиально смонтированы металлические лопатки 7, 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 5. 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 4. Смеситель и привод вращения ротора размещены на общей раме 3. В зависимости от марки смесителя объем готового замеса составляет 65 и 250 л.

Разновидностью турбулентного смесителя являются струйные смесители ( 3.28). Перемешивание компонентов растворов или мелкозернистых бетонов происходит в результате воздействия на частицы смеси струй сжатого воздуха, вызывающего интенсивное их движение. Воздух в смеситель подается под давлением 0,4— 0,5 МПа через полые валы, вращающиеся навстречу друг другу со скоростью до 1500 мин-1. На валах ради- ально насажены Г-образные патрубки, через которые с большой скоростью вырываются струи воздуха.

Один из эффективных способов приготовления жестких бетонных и растворных смесей — вибросмешивание. Улучшение процесса перемешивания объясняется в первую очередь тиксотропным разжижением смеси при воздействии на нее вибрации. Кроме того, при больших амплитудах колебаний (3—5 мм) в ней возникает давление возбуждений (в 20 раз и более выше, чем при обычном виброуплотнении), уравновешивающее действие сил тяжести частиц, в результате процесс вибросмешивания приближается к условиям образования кипящего слоя в зернистой среде.

Вибросмеситель состоит из цилиндрической емкости— барабана с герметично закрывающейся крышкой. Внутри барабана несколько ниже продольной оси расположена труба, в которой на подшипниках установлен вал с дебалансами. Барабан вибросмесителя опирается на четыре пружины и имеет привод, соединенный с валом гибкой муфтой, Частота колебаний смесителя составляет 25 Гц. Под воздействием интенсивной вибрации смесь приобретает высокую подвижность, а ее частицы с большой скоростью независимо одна от другой совершают колебательные движения, которые по своему характеру приближаются к турбулентным, и движутся по пересекающимся траекториям, благодаря чему происходит их перемешивание. Смешиванию способствует реактивное перемещение всей смеси, вызываемое круговыми колебаниями корпуса смесителя. Движение смеси направлено в противоположную сторону вращения вала и у стенок барабана достигает скорости 8 см/с.

В вибросмесителях в результате многократного соударения частиц цемента разрушаются их поверхностные гидратированные оболочки, образовавшиеся в результате адсорбции влаги из воздуха, и обнажаются негидра- тированные слои, т. е. происходит активация цемента. Поверхность заполнителей в процессе виброперемешивания очищается от пленок и прослоек пылеватых, глинистых и илистых примесей, в результате чего улучшается адгезия цементного камня к заполнителям. Вибросмешивание значительно улучшает физико-технические свойства бетонов: на 30—40 % ускоряется процесс твердения в раннем возрасте; на 10—20 % повышается конечная прочность, увеличивается однородность.

Вибрирование можно эффективно использовать для приготовления жестких бетонных смесей в смесителях принудительного действия. Существуют вибросмесители, в которых лопастные смешивающие устройства или корпуса смесителей делают одновременно и вибрирующими.

Режимы перемешивания определяются длительностью, необходимой для получения однородной бетонной смеси, зависящей от скорости и характера перемещения частиц. В свою очередь, скорость и характер перемещения частиц зависят от вида перемешиваемых материалов, реологических характеристик бетонной смеси, конструктивных особенностей и принципа работы смесителей. Время перемешивания жестких бетонных смесей

устанавливается опытным путем, а для подвижных смесей установлены пределы наименьшей продолжительности смешения в зависимости от вида смесителя и объема готового замеса. Мелкозернистые и легкие бетонные смеси хуже перемешиваются, чем обычные, и требуют в 2—4 раза больше времени для приготовления.

После приготовления бетонных смесей их разгружают в промежуточные бункера, оборудованные затворами, открываемыми пневматическими цилиндрами. Из промежуточных бункеров смесь перегружают на транспортные средства. Транспортирование смеси из бетоносмеси- тельных отделений к местам формования изделий осуществляют различными способами, связанными с особенностями производства и удобоукладываемостью смесей.

Жесткие бетонные смеси транспортируют по эстакадам в раздаточных бункерах с выдвижными днищами или ленточными конвейерами. Подвижные смеси подают в рельсовых самоходных вагонетках (бункерах) с возможной последующей перегрузкой в бетоноукладчики или бадьи, а также с помощью пневматических конвейе- ров или бетононасосов по трубам-бетоноводам. На небольшие расстояния смесь можно перемещать с помощью виброжелобов, самоходных бетоноукладчиков, лотков и т. п. При подаче бетона на полигоны могут использоваться автосамосвалы.

При выборе средств доставки бетонных смесей к местам укладки в формы следует учитывать их реологические характеристики, возможное снижение удобоукладываемости, расслоение, скорость схватывания, изменение температуры. Средства транспортирования смеси должны исключать ее потери. Необходимо также учитывать, что «жизнеспособность» смесей зависит от температуры окружающей среды, удобоукладываемости, активности применяемого вяжущего и наличия в них специальных добавок — ускорителей или замедлителей схватывания.

В последние годы все чаще на заводах сборного железобетона используют автоматические системы регулирования и управления (САР) и станции управления бетонного завода (СУБЗ-1 и СУБЗ-2). Так, например, ВНИИстройдормаш разработал агрегатированную систему автоматического регулирования и управления (САР) с использованием комплекта аппаратуры АКА-бе- тои для бетоносмесительных установок (отделений) периодического действия со смесителями емкостью 250— 3000 л. Такой комплект состоит из унифицированных блоков: КАКТУС —для автоматической загрузки расходных бункеров; УНИБЛОК — для управления дозаторами, смесителями; СУЗИ — для изменения класса бетона, введения поправок, учета расхода сырья.