9.2. Приготовление бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси представляет собой технологический процесс, включающий прием и хранение компонентов бетонной смеси, дозирование их в заданных количествах, перемешивание и выдачу в транспортные средства.

Современное бетонное хозяйство представляет собой довольно сложный производственный комплекс с автоматизированным управлением всеми технологическими процессами приготовления бетонной смеси.

Основным узлом бетонного хозяйства, приготавливающим и выпускающим бетонную смесь, является бетонный завод. Производительность и другие производственные параметры остальных объектов бетонного хозяйства определяются производительностью бетонного завода, режимом его работы, количеством и ассортиментом марок выпускаемой бетонной смеси. Требуемая производительность бетонного завода зависит от требуемой интенсивности производства бетонных работ. В качестве расчетной принимается максимальная месячная интенсивность укладки бетона в сооружения, которая рассчитывается по графику производства бетонных работ. Исходя из этого условия, необходимую производительность цементобетонного завода (П_цбз, м³/ч), определяют по формуле

где J_мес – максимальная месячная интенсивность бетонных работ, определяемая по календарному графику производства бетонных работ, м³/мес;

t_ч^мес – месячный фонд рабочего времени, ч/мес;

К_нер – коэффициент неравномерности бетонирования, принимаемый равным 1,3–1,4 (большее значение относится к мелким сооружениям);

К_вр – коэффициент использования рабочего времени, принимаемый равным 0,85–0,90.

Необходимая производительность бетонного завода проверяется из условия непрерывности бетонирования наибольших по площади блоков по формуле

где F – площадь одновременно бетонируемых блоков, определяемая по проекту производства бетонных работ, м²;

h_сл – толщина укладываемого слоя бетонной смеси, м (обычно не превышающая 1 м);

t_сх – время от момента затворения бетонной смеси до начала схватывания;

t_тр, t_ук – время, необходимое соответственно на транспортирование и укладку бетонной смеси, ч.

Необходимую производительность бетонного завода принимают, сопоставляя данные, полученные по формулам, при этом принимают большее значение.

На основании рассчитанной таким образом требуемой производительности по каталогам типовых проектов подбирают необходимый типовой проект бетонного завода. Промышленность выпускает бетонные заводы производительностью 16, 27, 30, 55, 60, 110, 120 и 240 м³/ч.

Для изготовления бетонного завода заводу-изготовителю достаточ-но сообщить шифр типового проекта. В гидротехническом строитель-стве типовые бетонные заводы применяют на малых и средних гидро-узлах. При этом в ряде случаев из-за необходимости использования за-полнителей с большим числом фракций требуется переустройство бун-керного отделения путем увеличения числа бункеров заполнителей и цемента. Такие изменения в типовой проект вносятся в соответствии с дополнительным проектом бункерного отделения, который передается заводу-изготовителю одновременно с заказом на изготовление бетон-ного завода.

При строительстве крупных гидроузлов с большими объемами бетонных работ основной бетонный завод, как правило, изготавливается по индивидуальному проекту. Повторное использование бетонных заводов с других объектов всегда связано со значительными переделками не только технологической части, но и конструкций. Бетонные заводы по индивидуальным проектам обычно изготавливают несколько заводов-изготовителей, при этом комплектацию элементов строительных конструкций, технологического оборудования, а также средств автоматики приходится выполнять самой строительной организации.

Существуют бетонные заводы цикличного действия, или порционной выдачи бетонной смеси, и непрерывного действия. Для гидротехнического строительства применяют бетонные заводы как цикличного, так и непрерывного действия в зависимости от требований к бетонной смеси, способов ее укладки и транспортирования или их сочетания. В состав любого бетонного завода входят: приемные и распределительные устройства компонентов бетонной смеси, бункеры для создания запаса материалов, дозировочные устройства, смесительные установки, устройства для выдачи готовой бетонной смеси на транспортные средства.

Бетонные заводы цикличного действия бывают двух типов: с одноступенчатой (вертикальной) технологической схемой и двухступенчатой.

При одноступенчатой схеме (рис. 9.1) материалы по наклонной галерее поднимаются на верхний этаж здания бетонного завода, а затем под действием собственной силы тяжести перемещаются вниз, проходя по соответствующим технологическим отделениям: бункерному, дозировочному, смесительному. В нижней части бетонного завода приготовленная бетонная смесь выдается на транспорт. Эта технологическая схема является основной для приготовления гидротехнического бетона, используется при долговременной эксплуатации в одном пункте. Отличается малой площадью застройки, требуется однократный подъем материалов.

Рис. 9.1. Бетоносмесительная установка при одноступенчатой

компоновке: 1 – наклонная галерея с транспортером;

2 – поворотная воронка; 3 – вентилятор; 4 – пневмотранспортер

для цемента; 5 – расходные бункеры; 6 – дозаторы; 7 – сборный

бункер; 8 – дозаторы для жидких добавок и воды;

9 – бетоносмесители; 10 – бункер выдачи готовой смеси;

11 – трубопровод; 12 – транспортер; а – надбункерное отделение;

б – бункерное отделение; в – дозаторное отделение;

г – смесительное отделение; д – отделение

выдачи готовой смеси

В надбункерное отделение заполнители (песок, гравий, щебень) подаются чаще всего ленточным транспортером (одним или двумя), расположенным в наклонной галерее. В расходные бункеры эти материалы загружаются посредством поворотной воронки 2. Цемент в надбункерное помещение подается ленточным элеваторным подъемником или сжатым воздухом по трубчатому цементопроводу.

Расходные бункеры должны иметь вместимость в расчете на 2–6 ч работы цементобетонного завода (ЦБЗ). В нижней части каждого бункера имеется выходное отверстие, перекрываемое затвором.

Далее твердые компоненты поступают в дозаторы и сборный бункер 7, а затем поочередно в бетоносмесители 9. Готовая смесь выгружается в бункеры 10, а из них – в транспортные средства.

Большие преимущества имеет одноступенчатая схема при размещении бетонного завода у естественного уступа местности, закрепленного подпорной стенкой. При этом склады материалов располагаются на уровне бровки уступа, а ЦБЗ – на отметках ниже его, что упрощает подачу материалов в бункерное отделение (например, непосредственной разгрузкой автомобилей-самосвалов).

В соответствии с количеством расходных бункеров, дозаторов и бетоносмесителей возможны следующие решения: на каждый бетоносмеситель отдельный комплект бункеров и дозаторов или на каждый комплект бункеров и дозаторов два и более смесителя.

Наиболее выгодно используется оборудование при одном комплекте бункеров и дозаторов на два и более смесителя. Такая компоновка обеспечивает минимальный строительный объем здания и более компактное расположение оборудования.

Количество бетоносмесителей должно быть кратным двум, что позволяет обеспечить компоновку из типовых сборно-разборных установок, имеющих по два бетоносмесителя.

Выпускаются также заводы одноступенчатой компоновки с блочным унифицированным оборудованием. Одна секция такого ЦБЗ приведена на рис. 9.2.

Заполнители со складов подаются конвейером 7 в воронку 8 и вращающимся распределительным конвейером 9 загружаются в унифицированные бункеры 6. Цемент со склада подается пневмонагнетателем в бункеры 12, а дозируется дозатором 14, в который он подается шнеком 13. Дозирование заполнителей осуществляется многокомпонентным дозатором 4, в котором ленточными питателями 5 последовательно подается каждый компонент. Отдозированные сухие составляющие поступают в роторный смеситель 18, куда также подаются вода и жидкие добавки через соответствующие дозаторы. Готовая смесь загружается в бункер выдачи 19.

В зависимости от требуемой производительности ЦБЗ может комплектоваться необходимым количеством секций.

Рис. 9.2. Бетоносмесительный узел с блочным унифицированным оборудованием:

1 – насос; 2, 3 – дозаторы жидких компонентов; 4 – дозатор; 5 – ленточные питатели;

6 – расходные бункеры; 7 – конвейер; 8 – воронка; 9 – распределительный конвейер;

10 – запасник воды; 11 – фильтр-уловитель; 12 – бункер для цемента; 13 – шнек;

14 – дозатор цемента; 15, 16 – течки; 17 – установка для подогрева воды;

18 – роторный смеситель; 19 – бункер выдачи готовой смеси

На рис. 9.3 представлена технологическая схема автоматизированной бетоносмесительной установки с турбулентными смесителями, имеющая производительность 50 м³/ч.

Цемент из емкостей 1 подается в бункер 29, а затем в дозатор 15 и далее в смеситель 9. Песок со склада 3 поступает на грохот 6 и в бункер 24, а щебень – в бункер 27, а затем в дозатор 22 и в смеситель 9. Вода в смеситель поступает из емкости 28 через клапан 17 и дозатор 16. Блочное исполнение ЦБЗ позволяет осуществлять быструю перебазировку и монтаж оборудования.

Рис. 9.3. Технологическая схема бетоносмесительного узла с турбулентным смесителем:

1 – силосы для цемента; 2 – шнек; 3 – склады заполнителей; 4 – транспортер;

5 – шахтный подъемник; 6 – грохот; 7 – элеватор; 8 – бункер для отходов;

9 – смеситель; 10, 12 – емкости для добавок; 11 – насос; 13 – бак для извести;

14, 21, 23 – питатели; 15, 16, 18, 19, 20, 22 – дозаторы; 17 – клапан;

24 – бункер для песка; 25 – пескосеялка; 26 – транспортер для щебня;

27 – бункер для щебня; 28 – емкость для воды; 29 – бункер для цемента;

30 – шнек для цемента; 31 – элеватор для цемента

При двухступенчатой схеме подъем материалов производится в два этапа: 1) первая часть установки, состоящая из бункерного и дозировочного отделений, принимает и дозирует материал; 2) отдозированный материал поднимают в смесительное отделение и узел выдачи на транспорт. На рис. 9.4 изображена двухступенчатая бетоносмесительная установка непрерывного действия производительностью 30 м³/ч, предназначенная для приготовления бетонных смесей при строительстве дорог, аэродромных покрытий и т. п. Заполнители из бункеров 1 через дозаторы 2 непрерывного действия, конвейеры 3 и 4 подаются в сборную воронку 9. Цемент из автоцементовозов поступает в силос 7, оборудованный фильтром 8, из которого через дозатор 6 подается в бетоносмеситель непрерывного действия, куда также подается вода насосом-дозатором 12.

Для контроля и настройки дозаторов непрерывного действия на откатываемой раме установлен дозатор 5 цикличного действия. Размещение бункера и дозатора цемента непосредственно над смесителем упрощает схему подачи цемента и уменьшает его потери. Управление установкой вынесено в отдельный блок 11, что исключает влияние вибрации и шума на обслуживающий персонал.

Рис. 9.4. Двухступенчатая бетоносмесительная установка непрерывного действия:

1 – бункеры для заполнителей; 2 – дозаторы непрерывного действия;

3, 4 – конвейеры; 5 – дозатор цикличного действия; 6 – дозатор для цемента;

7 – бункер для цемента; 8 – фильтр; 9 – сборная воронка; 10 – смеситель;

11 – блок управления; 12 – насос-дозатор для воды

Заводы и установки этого типа обычно выпускают небольшой производительности, в гидротехническом строительстве они используются в основном в пионерный период строительства, а также в водохозяйственном, промышленном и гражданском строительстве.

Характерным для заводов такого типа является малая высота подъема, меньшие трудоемкость и стоимость монтажа, экономичность, поэтому они предпочтительнее при частых перебазировках. На небольших объектах водохозяйственного строительства при малой потребности в бетонной смеси находит применение приобъектная бетоносмесительная установка производительностью 10 м³/ч, выполненная по двухступенчатой схеме (рис. 9.5).

Конструктивно современные бетонные заводы представляют собой сборно-разборную металлическую конструкцию с ограждением из щитов, обшитых асбофанерой или металлическим профилированным листом, утепленным войлоком или пенополистиролом. К зданию завода примыкает наклонная транспортерная галерея, имеющая угол наклона не более 18^о с ленточным конвейером, соединяющая завод со складом заполнителей. В соответствии с технологической схемой и мощностью завода в транспортерной галерее располагается один или два ленточных конвейера с шириной ленты 650, 680 или 1200 мм, обеспечивающих подачу песка, щебня или гравия различных фракций в надбункерное отделение, где размещены приемные устройства каждого расходного бункера заполнителей и цемента, а также расходный бак воды и добавок. Здесь же установлен пульт с датчиками указателей уровня материалов в бункерах, показывающими наличие материалов в каждом бункере. Заполнители с конвейера выгружают в соответствующий бункер с помощью сбрасывающей тележки и поворотной воронки, разгрузочный лоток которой устанавливается в соответствующее положение с центрального пульта управления. Цемент подают с помощью сжатого воздуха по пневмоцементопроводу.

В бункерном этаже, как правило, размещены шесть бункеров: два – для цемента, один – для песка и три – для крупных заполнителей. В гидротехническом строительстве в ряде случаев необходимо применение двух фракций песка и четырех фракций крупного заполнителя, при этом число бункеров увеличивают для песка до двух и для крупного заполнителя до четырех. Вместимость расходных бункеров рассчитана на 1,5–2,0 ч работы бетонного завода.

Разгрузочные отверстия расходных бункеров заполнителей и цемента входят в дозировочное отделение, в котором, как правило, на каждые два бункера заполнителя устанавливают по одному дозатору: один – для цемента, один – для песка и один-два – для крупного заполнителя. Дозирование всех материалов, кроме жидких, осуществляется только по массе. Здесь же установлен один дозатор для воды и один для жидких добавок.

Процессы загрузки и взвешивания материалов на современных заводах автоматизированы. Материал из расходного бункера в соответствующий бункер дозатора подается путем автоматического открывания затвора бункера и загрузки бетоносмесителей. После завершения дозирования затворы мерных бункеров открываются и отдозированные на один замес материалы поступают в сборный бункер смесительного отделения.

В смесительном отделении размещены бетоносмесители цикличного действия, сборный бункер и поворотная воронка, обеспечивающая загрузку бетоносмесителей отдозированными материалами. Перед наполнением сборного бункера загрузочный желоб поворотной воронки совмещается с загрузочным отверстием бетоносмесителя, из которой производится загрузка материалов в бетоносмеситель.

Бетоносмесители в смесительном отделении могут располагаться в одну или две линии (линейная компоновка) или в блок по четыре бетоносмесителя с выгрузкой в общий раздаточный бункер (гнездовая компоновка). При линейном расположении бетоносмесителей одновременно можно выпускать бетонную смесь различных марок. При линейной компоновке транспортные коммуникации либо прокладывают между обеими линиями бетоносмесителей (общая коммуникация), либо для каждой линии устраивают самостоятельную транспортную линию. Гнездовая компоновка более экономична, так как каждая секция завода оборудована только одним групповым бункером для сухих материалов, рассчитанным на обслуживание всех бетоносмесителей гнезда, одним общим комплектом дозировочной аппаратуры и общим бункером для выгрузки готовой смеси. Гнездовая компоновка предпочтительна для заводов, выпускающих ограниченное число марок бетонной смеси, она обеспечивает быструю загрузку транспортных средств большой грузоподъемности и наиболее распространена в крупном гидротехническом строительстве.

На небольших заводах и бетоносмесительных установках, особенно специализирующихся на производстве товарного бетона, когда одновременно приготавливаются бетонные смеси различных марок, целесообразнее линейная компоновка бетоносмесителей.

Под смесительным отделением размещен узел выдачи бетонной смеси, представляющий собой открытое помещение, в верхней части которого установлен оборудованный затворами промежуточный бункер выдачи бетонной смеси, обеспечивающий регулирование выхода бетонной смеси из бетоносмесителей и загрузку транспортных средств.

Бетоносмесители являются ведущим технологическим оборудованием бетонного завода, вместимость и число которых определяют его производительность. В настоящее время на бетонных заводах применяют бетоносмесители двух типов: гравитационные, или свободного перемешивания бетонной смеси, и принудительного перемешивания.

Гравитационный бетоносмеситель представляет собой барабан грушевидной формы, на внутренней поверхности которого установлены неподвижные лопасти. Барабан с помощью привода вращается вокруг своей продольной оси. В процессе вращения загруженные в барабан материалы, свободно падая с лопастей, перемешиваются. В этих смесителях хорошо перемешиваются пластичные смеси; приготовление жестких бетонных смесей требует увеличения продолжительности цикла перемешивания. Выпускаются бетоносмесители следующих типов: с совмещенными отверстиями для загрузки и выгрузки с вместимостью по загрузке 750, 1500 и 3000 л; с раздельными отверстиями вместимостью по загрузке 500 и 1200 л.

Типичная конструкция стационарного гравитационного бетоносмесителя, которым комплектуются ЦБЗ и БСУ, показана на рис. 9.6.

При необходимости приготовление бетонной смеси на удаленных от стационарных ЦБЗ объектах применяют передвижные бетоносмесители с вместимостью по выходу 330 л СБ-16Г (рис. 9.7), а при возведении мелких сооружений – СБ-116А (рис. 9.8).

Рис. 9.6. Бетоносмеситель

гравитационный стационарный:

1 – барабан; 2 – смесительные лопасти;

3 – облицовочные плиты; 4 – траверса;

5 – редуктор; 6 – электродвигатель;

7 – пневмоцилиндр; 8 – стойки; 9 – рама

Рис. 9.7. Бетоносмеситель СБ-16Г:

1 – стойка; 2 – дозатор для воды; 3 – правый швеллер; 4 – барабан;

5, 6 – электрооборудование; 7 – рама; 8 – левый швеллер;

9 – система подачи воды; 10 – ключ

Рис. 9.8. Бетоносмеситель СБ-116А:

1 – редуктор; 2 – кожух; 3 – клиновой ремень; 4 – двигатель;

5 – колесо; 6 – дышло; 7 – рама; 8 – барабан; 9 – лопасть

Бетоносмеситель принудительного перемешивания состоит из неподвижного цилиндрического корпуса, крышки, перемешивающего механизма с приводом и затвора с пневмоприводом. Корпус смесителя сварной конструкции выполнен из двух цилиндрических обечаек, между которыми заключено рабочее пространство. Рабочие поверхности облицованы сменной броней из износостойкого материала. В днище корпуса имеется отверстие для выгрузки готовой бетонной смеси, в крышке – отверстие с приемной воронкой для загрузки компонентов. Перемешивающий механизм состоит из привода, вращающего крестообразную траверсу с укрепленными на ней лопастедержателями: двумя подгребающими и двумя очистительными.

Бетонная смесь лопастями подается к разгрузочному отверстию. Смесители принудительного перемешивания наиболее эффективны для жестких бетонных смесей любых консистенций. Приготовленная бетонная смесь разгружается в бункер-накопитель, откуда перегружается в транспортные средства. Промышленность выпускает бетоносмесители принудительного перемешивания вместимостью по загрузке 550, 1200 и 1500 л.

Наиболее эффективно приготовление жестких бетонных смесей осуществляется в турбулентных смесителях принудительного перемешивания (рис. 9.9).

Производительность (П_э, м³/ч) бетоносмесителей цикличного действия определяют по формуле

,

где L_з – вместимость бетоносмесителя по загрузке, л;

t_з – продолжительность загрузки компонентов, с (обычно принимаемая 15–20 с);

t_п – продолжительность перемешивания, с (принимаемая для бетоносмесителей принудительного перемешивания 60 с, гравитационных в зависимости от пластичности бетонной смеси – 90–150 с);

t_р – продолжительность разгрузки, с (в зависимости от принципа опорожнения составляющая 10–20 с);

t_в – затрата времени на возврат барабана в исходное положение, с (равная 10–12 с);

К_вых – коэффициент выхода, принимаемый равным 0,67.

Рис. 9.9. Бетоносмеситель турбулентный принудительного

перемешивания: 1 – натяжной болт; 2 – электродвигатель; 3 – щиток;

4 – ротор; 5 – лопасть; 6 – крышка; 7 – бак; 8 – разгрузочное устройство;

9 – розетка; 10 – ограждение; 11 – вилка; 12 – кабель; 13 – основание

с приводным валом; 14 – стопорное кольцо; 15 – колесо;

16 – вал электродвигателя; 17 – шкив; 18 – ремень; 19 – салазки

Коэффициент выхода бетонной смеси – это отношение объема готовой смеси к суммарному объему всех компонентов на один замес. Его величина зависит от доз сухих компонентов на 1 м³ бетонной смеси и их плотностей.

Продолжительность цикла приготовления бетонной смеси обычно составляет от 1,5 до 3,5 мин.

Дозаторы компонентов бетонной смеси состоят из мерного бункера, подвешенного к весовой рычажной системе, весового шкафа и циферблатного указателя массы. В весовом шкафу имеется одно или несколько весовых коромысел с подвижными грузами, перемещение которых обеспечивает отвешивание заданных доз одного или нескольких составов бетонной смеси. Каждое коромысло имеет вывод на пульт оператора, что позволяет оператору в зависимости от заданного состава бетона с центрального пульта задействовать систему с нужным грузом. Циферблатный указатель фиксирует массу дозируемого материала.

Материалы из расходных бункеров в мерные поступают через воронки, оборудованные затворами. По мере приближения массы дозируемого материала к заданной затворы постепенно закрываются, уменьшая зазор выгрузочного отверстия. В момент достижения заданной массы затвор полностью закрывается.

В современных дозаторах, устанавливаемых на автоматизированных бетонных заводах процессы загрузки и взвешивания автоматизированы. Дозаторы для жидкостей работают по аналогичной схеме.

В соответствии с требованиями нормативных документов точность дозирования материалов установлена в следующих пределах: для цемента и тонкомолотых дозируемых в виде порошка добавок – не ниже 2 %; для песка и крупного заполнителя – не ниже 2,5 %; для воды и жидких добавок, дозируемых в виде водных растворов, – не ниже 2 %.

Рекомендуется следующий порядок загрузки компонентов: в смеситель подается вода в количестве 15–20 % от необходимого на один замес, барабан включается с одновременной подачей остальных компонентов, не прекращая подачу воды.

Бетонные заводы непрерывного действия отличаются от заводов цикличного действия тем, что процесс приготовления бетонной сме-си – дозирование, перемешивание и выдача – осуществляется непрерывно. Эти заводы отличаются высокой производительностью и находят широкое применение при больших объемах бетонных работ и при значительном объеме одномарочного бетона.

На бетонных заводах непрерывного действия материалы для бетонной смеси непрерывно поступают в расходные бункеры, размещенные в ряд на одной раме. Песок и щебень (гравий) со складов заполнителей подают с помощью ленточных конвейеров, цемент – пневмотранспортом. Под бункерами размещен сборный ленточный конвейер, на ленту которого из бункеров через специальные весовые дозаторы непрерывного действия, оборудованные ленточными питателями, подают и укладывают в виде «слоеного пирога» отдозированные материалы. Цемент во избежание распыления и потерь укладывают между слоями заполнителей.

Отдозированную сухую смесь сборным ленточным конвейером подают в бетоносмеситель непрерывного действия, куда поступают вода и жидкие добавки. Бетоносмеситель непрерывного действия представляет собой барабан длиной 3,5–4,0 м, установленный горизонтально. Вдоль барабана расположены два вала с ковшеобразными или спиральными лопатками, вращающимися в противоположных направлениях. С помощью лопаток сухая смесь перемешивается с водой и жидкими добавками и выдается в раздаточный бункер, откуда грузится в транспортные средства.

Промышленностью серийно выпускаются бетонные заводы непрерывного действия производительностью одной технологической линии 15, 30 и 60 м³/ч бетонной смеси. В гидротехническом строительстве эти заводы применяют, как правило, для строительства промышленных и гражданских объектов в подготовительный период. Для строительства гидротехнических сооружений с большими объемами бетонных работ высокой интенсивности применяют заводы непрерывного действия с двумя–тремя технологическими линиями, изготовляемыми по индивидуальным проектам. Производительность таких линий – 100–150 м³/ч. В качестве примера двухступенчатая бетоносмесительная установка непрерывного действия приведена на рис. 9.4