1.1. Классификация бетоносмесительных узлов.

Итак, начнем с рассмотрения технологии приготовления бетонной смеси в заводских условиях.

Приготовление бетонных смесей на заводах железобетонных изделий (ЖБИ) производят на специальных бетоносмесительных узлах (БСУ), в бетоносмесительных цехах или бетоносмесительных отделениях.

В состав БСУ входят: склады заполнителей, вяжущих, добавок, устройства для их подготовки, надбункерное, бункерное, дозаторное, смесительное отделения, отделение выдачи готовой смеси, система автоматики и необходимые транспортные средства.

На БСУ производятся следующие основные процессы и операции: прием исходных материалов из транспортных средств, их хранение и переработка, сортировка и распределение по отсекам, бункерам, силосам, резервуарам, при необходимости подогрев, размораживание, оттаивание, подача к расходным бункерам, определение влагосодержания материалов, дозирование, смешивание, выгрузка готовой смеси, регулярная очистка рабочих поверхностей и полостей от налипших материалов и смеси и их регенерация (восстановление).

БСУ классифицируются по ряду признаков.

По назначению: центральные районные бетонные и растворные заводы; то же, приобъектные, бетоносмесительные узлы заводов сборного железобетона; установки сухих смесей.

По принципу работы: цикличного действия (загрузка, смешивание и выгрузка проводятся периодически, причем каждая последующая порция загружается только после выгрузки предыдущей) и непрерывного действия (загрузка, смешивание и выгрузка производятся непрерывно).

По годовому объему производимой смеси: малой производительности (до 100 тыс. м3), средней (100 – 300 тыс. м3) и большой (свыше 300 тыс. м3) в год.

По компоновке оборудования:

- одноступенчатые (высотные) (рис. 1), в которых исходные материалы поднимаются однократно, а затем под действием силы тяжести опускаются. Технологический процесс приготовления бетонной смеси состоит из четырех последовательных стадий: приёмки, аккумулирования и дозировки компонентов,  приготовления и выдачи бетонной смеси. Для данной схемы предусмотрена операция механохимической активации цемента;

- двухступенчатые (партерные) (рис. 2), в которых исходные сыпучие материалы поднимаются дважды: первоначально в расходные бункера и вторично из них после дозирования в смесители. После дозирования составляющие подают конвейерами или скиповыми подъемниками. Такая компоновка требует больше механизмов, производственных площадей и обслуживающего персонала.

В настоящее время одноступенчатую компоновку используют, как правило, на БСУ большой производительности, а двухступенчатую – на установках малой производительности.

По схеме расположения смесительных машин в плане:

- линейные однорядные, когда для каждой смесительной машины, необходим один комплект дозаторов с расходными бункерами, и двухрядные, когда один комплект расходных бункеров и дозаторов обслуживает две смесительные машины;  

- гнездовые, когда вокруг вертикальной оси предприятия устанавливают 3-5 смесительных машин, обслуживаемых поочередно одним комплектом дозаторов.

По способу управления производственными процессами: на механизированные, автоматизированные и заводы автоматы.

На механизированных установках основные технологические процессы по транспортированию, погрузочно-разгрузочным операциям осуществляются машинами, управляемыми, как правило, вручную. На автоматизированных установках и в цехах все операции подачи, перегрузки, дозирования исходных материалов, приготовления и выгрузки готовых смесей полностью автоматизированы. Управление этими процессами производится дистанционно при визуальном наблюдении за течением технологического процесса. В системе автоматики предусмотрены автоблокировка и сигнальная связь. На заводах-автоматах все процессы полностью автоматизированы.

Приготовление бетонных смесей в БСУ происходит следующим образом. Прием материалов со склада и распределения по бункерам осуществляются в верхнем надбункерном этаже. Здесь размещаются разгрузочные устройства и приводы наклонных ленточных транспортеров и вертикальных ковшовых элеваторов, а также распределительные устройства – поворотные воронки для заполнителей, короткие шнеки для распределения цемента и других порошкообразных материалов по бункерам. При пневматическом транспорте цемента в надбункерном этаже располагают циклоны и матерчатые фильтры для последующей очистки воздуха от цементной пыли. Цемент, отделенный от воздуха, поступает в расходные бункеры.

Расходные бункеры разделены на отсеки по числу исходных материалов или отдельно дозируемых фракций заполнителей. Углы наклона днищ расходных бункеров обычно больше углов естественного откоса соответствующего материала и равны около 50° для крупных, 55° для мелких заполнителей и 60° для цемента.

Течки бункеров оборудуются секторными затворами, а также питателями, например, короткими шнековыми или барабанными для цемента и порошкообразных добавок. Под каждой течкой располагается дозатор, соответствующий данному материалу.

1.2. Дозирование компонентов.

Допускаемая погрешность дозирования для вяжущих, воды, добавок составляет  ± 1% по массе, для заполнителей  ± 2%.

По характеру работы дозаторы подразделяют на цикличные (периодического действия) и непрерывного действия. По принципу действия различают дозаторы объемные, весовые и смешанные (объемно-весовые). Различают дозаторы однофракционные и многофракционные (при последовательном дозировании).

При дозировании заполнителей для производства легкого бетона применяют объемно-весовые дозаторы.

По способу управления различают дозаторы с ручным, дистанционным и автоматическим управлением.

При ручном управлении цикличных дозаторов затворы бункеров открывает и закрывает вручную оператор. Производительность дозаторов непрерывного действия изменяют вручную путем регулирования высоты слоя материала при скорости его движения.

При дистанционном управлении загрузок, дозирование и выгрузку производят с пульта управления. В дозаторах непрерывного действия дистанционное управление осуществляется на расстоянии с пульта.

По схеме подвески весовых бункеров различают рычажные и безрычажные дозаторы, т.е. на тензометрических преобразователях. В безрычажных дозаторах масса материала воспринимается тензорезисторами и преобразуется в электрические сигналы, которые передаются в систему автоматики БСУ. Так как в дозаторах на тензорезисторах отсутствует весовая рычажная система, то их конструкция значительно проще и позволяет дозировать исходные материалы с меньшей погрешностью по сравнению с рычажными дозаторами.

Каждый дозатор состоит из основных узлов:

- весового бункера, в котором  отвешивается назначенная доза материала. Весовой бункер подвешен при помощи тяг и системы рычагов к расходному бункеру таким образом, что по мере загрузки в дозатор весовой бункер, перемещаясь в низ, воздействует на систему рычагов, соединенных с весоизмерительным устройством. В нижней части весового бункера предусмотрено выпускное отверстие с затвором секторного типа для выгрузки отдозированных материалов в бетоносмеситель;

- устройства для выдачи материала из расходного бункера в дозатор, в виде течки с затвором или питателем;

- весоизмерительного устройства той или иной системы, автоматически прекращающего подачу по достижению заданного веса материала в дозатор.

Схема рычажного объемно-весового дозатора для заполнителей показана на рис. 3, весового рычажного для добавок – на рис.4, а безрычажного для добавок на тензорезисторах – на рис. 5, общий вид дозатора для заполнителей показан на рис. 6 (см. приложения).

1.3. Перемешивание бетонных смесей.

Однородная бетонная смесь должна отличаться равномерным распределением всех компонентов по всему объему. Достижение однородности в процессе перемешивания зависит от сил внутреннего трения, сил сцепления между частицами, сопротивления смеси сдвигу, силы тяжести, крупности заполнителя. Например, бетонные смеси подвижные значительно легче перемешать до однородного состояния, чем тощие и жесткие, также крупнозернистые смеси перемешиваются легче, чем мелкозернистые. В связи с этим применяют различные способы перемешивания материалов при приготовлении бетонных и растворных смесей в зависимости от их вида:

- перемешивание при свободном падении материалов в барабанных (гравитационных) смесителях. Этот способ применяется при приготовлении пластичных и подвижных смесей с крупнозернистым заполнителем из крупных горных пород;

- приготовление с принудительным перемешиванием компонентов смеси в смесителях принудительного действия, обеспечивающих многократное перемещение смешиваемых материалов по сложным траекториям. Этот способ применяется для малоподвижных, жестких мелкозернистых  смесей, а так же для смесей на пористых заполнителях;

- виброперемешивание, как разновидность способа принудительного перемешивания жестких бетонных смесей.

Перемешивание при свободном падении материалов осуществляется в медленно вращающихся смесительных барабанах (рис.7) с горизонтальной или наклонной к  горизонту осью вращения. На внутренних стенках барабана насажены по винтовой линии корытообразные короткие лопасти, которые захватывая при вращении барабана отдельные порции смеси, поднимают их и при переходе через крайние верхние положения сбрасывают вниз. При этом в результате многократного подъема и падения материала происходит его перемешивание.

Приготовление бетонной смеси с принудительным перемешиванием осуществляется при помощи вращающихся лопастей, лопаток, кулачков, насаженных на приводные горизонтальные или вертикальные валы в смесителях различных систем. Распространены две основные конструкции этого вида смесителя: с горизонтальными смесительными валами и корытообразным корпусом, и вертикальными смесительными валами; цилиндрическим чашеобразным корпусом.

На рис. 8 (см. приложения) показана схема действия смесителей циклического действия. Благодаря одновременному вращению внецентренно расположенных смешивающих лопаток и встречному вращению смесительной чаши или лопастей, а также наличию гребков, отодвигающих материал от стенок чаши, частички смеси перемешиваются по очень сложным, как было замечено ранее, многократно пересекающимся траекториям. Это способствует тщательному перемешиванию бетонных смесей.

Виброперемешивание заключается в воздействии на смесь вибрационных импульсов, нарушающих силы трения и сцепления между частицами. При интенсивных колебаниях корпуса в вибросмесителе происходит циркуляционное перемещение компонентов и значительно повышается однородность жестких смесей. Кроме того происходит определенная виброактивация компонентов смеси, что приводит к повышению эксплуатационных свойств бетона. В качестве вибросмесителей применяют обычно замкнутые барабаны, совершающие круговые и эллипсоидные колебания с амплитудой 4-5 мм.

Бетоносмеситель принудительного действия показан на рис. 9 (см. приложения).

При перемешивании бетонных смесей нужно обеспечить равномерное распределение крупного (мелкого) заполнителя в цементном тесте по всему объему замеса. В зависимости от требуемой удобоукладываемости смесей, вида заполнителя и вида смесительных установок, имеются следующие рекомендации по продолжительности приготовления бетонной смеси на плотных и пористых заполнителях, которые представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Продолжительность смешивания бетонных смесей на плотных заполнителях в стационарных смесителях.

Таблица 2. Продолжительность смешивания бетонных смесей на пористых заполнителях в смесителях принудительного действия.

1.4. Приготовление бетонных смесей с использованием местных материалов и технологий.

Для повышения эффективности бетонов и решения экологических проблем нашли широкое применение в технологии бетона кремнеземистые наполнители в виде местных отходов промышленности (золы и шлаки ТЭС и ТЭЦ, доменные шлаки, горелые породы и т.п.). Некоторые виды техногенных отходов используются без предварительной обработки, например, зола-унос ТЭС для производства изделий из легкого бетона на пористых заполнителях и ячеистых бетонов.

На рис. 10 представлена технологическая схема подачи золы-уноса в бетоносмеситель.

Зола-унос поступает в вагонах типа «Хоппер» и выгружается в установки выгрузки вагонов. Пневмоподъемником зола подается в силосный склад, где при помощи распределительного устройства подается в силос. Из силосного склада зола с помощью струйных насосов по золопроводу поступает в бетоносмесительный узел в бункер - осадитель. Оттуда зола поступает в золобункер, а затем в весовой дозатор и подается в бетоносмеситель.

Многие местные материалы и отходы промышленности неоднородны. Поэтому их нельзя применять без предварительной обработки. В связи с этим на заводах ЖБИ предусматривают организацию подготовительного отделения для активации и повышения однородности местного материала или отхода промышленного производства. Это позволяет получить кондиционный кремнеземистый микронаполнитель либо многокомпонентное вяжущее.

Активацию и повышение однородности местных материалов и техногенных отходов осуществляют путем их механохимической обработки в помольных агрегатах. В случае помола указанных материалов совместно с добавками ПАВ получают органоминеральную добавку, обладающую высокой однородностью и низкой водопотребностью, которая может эффективно применяться в строительных растворах  и мелкозернистых бетонах.

При совместном помоле портландцемента, кремнеземистого компонента и ПАВ получают многокомпонентное вяжущее низкой водопотребности и высокой активности, применение которого позволяет снизить расход клинкерной составляющей в 1.5 – 2 раза при обеспечении требуемых эксплуатационных свойств бетонов.

Технологическая схема получения вяжущего низкой водопотребности представлена на рис. 11 (см. приложения).

Глава