Теоретичний матеріал до теми 5
Процес приготування бетонних сумішей на ЦБЗ є основним, таким, що забезпечує вихід кінцевої продукції. Він складається з наступних операцій: сортування кам’яних матеріалів на фракції; дозування кам’яних матеріалів і цементу, перемішування кам’яних матеріалів з цементом, водою і хімічними добавками. Всі ці операції проводяться в цеху змішувача.
Змішувачі бувають циклічної та безперервної дії, стаціонарні і пересувні.
На рис. приведена технологічна схема приготування цементобетонної суміші на установці циклічної дії.
Рис.1 Схема технологічного процесу приготування цементобетонної суміші на установках циклічної дії:
1 - склад щебеню і піску; 2 - конвеєр;3 - приводна і розділова станція; 4 - елеватор для подачі цементу;5 - бункери для матеріалів; 6 - дозатори;
7 - подача і дозування води;8 - приймальна воронка з перекидним клапаном;
9 - подача і дозування хімічних добавок;10 - змішувач циклічної дії; 11 - роздавальний бункер;12 - шнек або аерожолоб; 13 - склад цементу
У грубо дозованому вигляді щебінь і пісок зі складу по транспортеру поступають у бункери. Сюди ж за допомогою аерожолобів, шнеків і елеватора поступає цемент. У відповідні ємності подається вода та хімічні добавки (поверхнево-активні, структуруючі, пластифікуючі та ін.). Всі компоненти суміші після дозування по вазі поступають у певній черговості через воронку в змішувач циклічної дії і далі в роздавальний бункер.
У дорожньому будівництві найбільш поширені інвентарні бетонозмішувальні установки циклічної дії типу С-243-1А продуктивністю 32 м31год і потужністю двигунів 84 квт. Для збільшення продуктивності застосовують двосекційні установки С-243-2А, обладнані однією конвеєрною транспортерною галереєю. Установки мають напівавтоматизоване управління з пульта.
Останнім часом установки С-243-1А піддалися частковій модернізації, головним чином відносно засобів автоматизації. Модернізована установка С-243-1Б конструктивно і технологічно не відрізняється від установки С-243-1А, проте при колишній потужності (84 квт) продуктивність її збільшилася до 38,4 м3/год.
Цементобетонна суміш, яка готується на установках типу С-243 хорошої якості. Металоємність на 1 м3/год суміші складає 1,63 т, енергоємність - 2,19 квт; капітальні витрати на будівництво - близько 3168 тис. грн.
У даний час промисловістю налагоджений випуск блокових заводів-автоматів 4-09-832 і 4-09-833 двосекційних періодичної дії продуктивністю відповідно 39,4 і 60 м3/год. Ці заводи баштового типу складаються з окремих блоків, які легко сполучаються між собою, вагою до 9 m кожен. Термін монтажу односекційної установки в три рази менший порівняно з установкою С-243 і складає близько 20 днів. Фундаменти збірно-розбірні. Орієнтовна кошторисна вартість 3312 тис. грн., металоємність на 1 м3/год суміші - 2,61 т, енергоємність - 2,83 квт.
Недоліком цих установок є відносно велика тривалість монтажу, а також те, що при передислокації їх залишається багато зайвих робіт. Кращі показники мають змішувачі пересувного типу безперервної дії С-543 і С-781 продуктивністю 30 м3/год. На рис. 2 приведена технологічна схема приготування цементобетонної суміші на пересувних установках безперервної дії. Пісок і щебінь із складів подаються в бункери навантажувачами. Кам’яні матеріали, віддозовані по вазі в маятникових стрічкових дозаторах безперервної дії, поступають по збираючому конвеєру на транспортер і далі - в змішувач безперервної дії. Сюди ж із дозатора подається цемент і вода.
Агрегатовані бетонозмішувальні установки С-543 і С-780 складаються з окремих пересувних агрегатів: силосного складу цементу ємністю 200 т, відділення дозування, транспортера і відділення змішувача.
Рис. 2. Схема технологічного процесу приготування цементобетонної суміші на установках безперервної дії:
1 - склад піску; 2 - склад щебеню різних фракцій;
3 - бункер для піску; 4 - бункери для щебеню;
5 - маятникові стрічкові дозатори; 6 - збираючий конвеєр;
7 - транспортер; 8 - склад цементу; 9 - ємність для води;
10 - дозатор цементу; 11 - змішувач безперервної дії
Основною технологічною операцією при приготуванні цементобетонной суміші є перемішування компонентів.
Ефективність перемішування залежить від виду бетонної суміші, її рухливості, послідовності подачі компонентів при перемішуванні, тривалості перемішування, типу змішувача.
Для приготування цементобетонної суміші застосовують три способи перемішування: вільне, примусове і вібраційне. При вільному (гравітаційному) перемішуванні компоненти, які захоплюються лопатями, укріпленими на внутрішніх стінках барабана, безперервно падають з висоти. Оскільки компоненти мають різну величину та вагу, то при падінні їх виникає нерівномірна кінетична енергія, яка забезпечує добру якість перемішування.
У разі примусового перемішування компоненти переміщаються по складніших траєкторіях, що досягається обертанням лопатей, насаджених на горизонтальний або вертикальний вал. При цьому способі досягається добра якість перемішування жорстких сумішей.
При віброперемішуванні компоненти піддаються вібрації. Суміш під впливом тиксотропних процесів переходить в розріджений стан. Тому віброперемішування навіть дуже жорстких сумішей забезпечує їх однорідність. Вібрація може здійснюватися власне барабаном або вібруючими лопатями або вібраторами, встановленими в звичайні змішувачі.
Добра якість перемішування досягається при такій послідовності подачі компонентів: спочатку перемішують щебінь з частиною води і після попереднього їх перемішування подають цемент, а після цього додають воду, яка залишилася і пісок. Різні хімічні добавки вводять з водою. Тривалість перемішування скорочується, якщо спочатку щебінь, пісок і цемент перемішувати сухими, а потім додавати воду.
Якщо тривалість перемішування буде зменшена на 10% і більше, міцність цементобетону помітно знизиться. Тривалість перемішування вище оптимальної лише не значно підвищує міцність, проте при цьому знижується продуктивність машин.
Для отримання доброякісної суміші при використанні кам’яних матеріалів дрібніших фракцій час перемішування необхідно збільшувати на 20-30%.
Однією з основних тенденцій сучасної технології цементобетонної суміші є інтенсифікація перемішування, тобто підвищення однорідності суміші не тільки в макро-, але і в мікроструктурі; активація поверхні компонентів, що дозволяє підвищити фізико-механічні властивості бетонів.
Інтенсифікація перемішування цементобетонної суміші досягається вібрацією за допомогою вмонтованих у змішувач вібраторів. Ефективність віброперемішування зростає із збільшенням жорсткості суміші. В результаті віброперемішування міцність цементобетону при стиску підвищується на 20-25%, при згині - на 10-20%.
У деяких випадках приготування цементобетонної суміші проводиться в автобетонозмішувачах у дорозі або безпосередньо на місці укладання. Тоді ЦБЗ перетворюються на заводи з дозування сухої суміші. Принципово зберігаються всі вузли ЦБЗ; немає лише лінії подачі води та хімічних добавок. Установки змішувачів на таких заводах не мають змішувачів, вони тільки дозують компоненти бетонної суміші. Віддозована суміш видається в автобетонозмішувачі. Продуктивність установки дозування сухої суміші типу С-242 - 36 м3/год.
Надто важливим при приготуванні бетонної суміші є контроль якості. На ЦБЗ його ведуть трьома ступенями - контролюють матеріали, які поступають, технологічний процес і готову продукцію.
Якість щебеню, піску, цементу і води контролює заводська лабораторія за відповідними нормативними документами.
Контроль технологічного процесу зводиться до перевірки ступеня точності дозування компонентів, тривалості перемішування, швидкості обертання барабана, частоти і амплітуди вібрації, температурного режиму, ступеня заповнення змішувача. Цей контроль здійснюють відповідно до паспортних даних устаткування і технічних вказівок.
Особлива увага приділяється контролю якості готової продукції. Якість готової суміші контролюється за відповідними нормативними документами.
2. Організація цементобетонних заводів. Призначення, види та класифікація ЦБЗ
Виготовлення цементобетонної суміші проводиться на цементно-бетонних заводах (ЦБЗ), які класифікуються на: стаціонарні та тимчасові; прирейкові і притрассові; заводди, які випускають цементобетонну суміш або віддозовану суху суміш, яка перемішується потім у дорозі автобетонозмішувачами або на місці укладання пересувними змішувачами.
Стаціонарні цементно-бетонні заводи призначені для цілорічного забез-печення бетонною сумішшю дорожньо-будівельних об'єктів в певному радіусі і на тривалі терміни. Продукцією стаціонарних цементно-бетонних заводів є го-това бетонна суміш, суха суміш, цементні розчини. Стаціонарні заводи можуть бути самостійними або входити до складу заводу залізобетонних виробів. Термін служби і виробнича потужність їх встановлюються перспективним розвитком дорожнього будівництва в даному районі. Напівстаціонарні (інвентарні) цементно-бетонні заводи призначені для обслуговування ділянки автомобільної дороги, що будується. Термін дії таких заводів на одному місці коливається від 2 до 3 років. Пересувні цементно-бетонні заводи призначені для обслуговування ділянки дороги при порівняно короткому термині дії на одному місці. Такі заводи мають мобільне устаткування, що дозволяє швидко переміщати завод з однієї стоянки на іншу при малих витратах часу і засобів. Будівельні конструкції таких заводів виконуються збірно-розбірними і транспортабельними.
Як показує вітчизняна і зарубіжна практика, стаціонарні заводи забезпе-чують високу якість приготування бетонної суміші, що в значній мірі визначає міцностні і експлуатаційні показники побудованих споруд. Проте ця перевага може бути реалізована тільки при невеликих відстанях возки бетонної суміші (10-15 км). В той же час стаціонарний цементно-бетонний завод є складним і дорогостоїть виробничим підприємством, тому звичайно прагнуть використо-вувати цементно-бетонний завод на одному місці якомога довше, але це приводить до збільшення дальності транспортування суміші, що неминуче спричиняє за собою зниження якості дорожніх споруд, а також організаційні ускладнення, що негативно позначаються на продуктивності. Проте можливе збільшення дальності возки і відповідно рентабельності роботи заводу на одному місці, але при цьому необхідні спеціальні транспортні засоби, що передбачають періодичне перемішування або домішування суміші в дорозі, Що повинне перешкоджати розшаруванню її і забезпечити рівномірну структуру до моменту укладання.
При будівництві цементно-бетонних покриттів із застосуванням сухої суміші остаточне приготування найчастіше виробляють в самохідних дорожніх бетонозмішувачах, що пересуваються по суміжній смузі земляного полотна, рідше - поряд з дорогою, що будується, або між рельсформами по основі. У останньому випадку передбачається наявність укріпленої основи, що допускає рух великовантажних автомобілів і бетонозмішувача. Перевагами організації робіт з сухою сумішшю є: можливість транспортування віддозованих сумішей на будь-які економічно виправдані відстані за наявності пристроїв, що запобігають розпилюванню цементу; можливість забезпечення на місці укладання пос-тійної удобообрабативаємості бетонної суміші. До недоліків слід віднести трудність організації робіт на дорогах з однією проїжджою частиною при ширині земляного полотна від 12 до 15 м, особливо за наявності слабкої підстави абоНа ЦБЗ є цехи - складський, транспортний, змішувальний і енергетичний. Крім того, на території заводу розміщуються контора, лабораторія, склад паливно-мастильних матеріалів і запасних частин, їдальня, медпункт, агітпункт, душові, туалетні.
Для ефективного застосування пересувних заводів час, що витрачається на розгортання і згортання цих заводів, і вартість перебазування повинні бути мінімальними. Економічна ефективність і технічна доцільність споруди стаціонарних або пересувних цементно-бетонних заводів обґрунтовуються техніко-економічним розрахунком. ЦБЗ дорожнього будівництва бувають прирейкові, у яких всі споруди розміщуються біля залізниці; притрасові, які розташовуються у автомобільної дороги, що будується. У другому випадку початкові матеріали найчастіше доставляють автотранспортом від прирейкових базисних складів або безпосередньо з кар'єрів. Залежно від виду продукції розрізняють заводи: бетонної суміші або розчинів; сухих сумішей; комбіновані, розраховані на виготов-лення бетонної суміші і розчинів.
По типу основного устаткування цементно-бетонні заводи підрозділяють на заводи циклічної (періодичного) і безперервної дії. Заводи циклічної дії обладнані машинами змішувачів з періодичним завантаженням, перемішуванням і вивантаженням матеріалів, а заводи безперервної дії - машинами змішувачів, в яких завантаження матеріалів, їх перемішування і вивантаження готової суміші виробляються безперервно. Залежно від компоновки устаткування цементно-бетонні заводи діляться на баштові і партерні. У заводах баштового типу все устаткування розташоване в одній башті. Матеріали, один раз підняті у витратні бункери, переміщаються потім зверху вниз під дією власної маси. Недоліком баштових заводів є їх велика висота (20- 30 м). Устаткування партерних заводів розташоване в горизонтальній площині, тому висота їх невелика і їх можна швидко вмонтовувати і демонтувати.
До складу сучасного стаціонарного цементно-бетонного заводу із закін-ченим технологічним циклом входять:
склади заповнювачів, навантажувально-розвантажувальні при-строї, устаткування для подачі заповнювачів на бетонозмішува-льну установку і пристрої для підігріву заповнювачів в зимовий час;
склади цементу, устаткування для розвантаження цементу з ва-гонів і подачі в силоси і від них в бетонозмішувальну установ-ку;
бетонозмішувальні установки, витратні бункери для заповню-вачів і цементу з підйомно-транспортним устаткуванням, яке подає заповнювачі і цемент у витратні бункери, резервуари для води, дозатори, бетонозмішувачі і пристрої видачі бетонної су-міші;
енергетичне і теплове господарство;
допоміжні цехи - ремонтно-механічний і ремонтно-столярний.
В деяких випадках схема цементно-бетонних заводів повинна передбача-ти можливість приготування і введення в бетонні суміші пластифікаторів, прискорювачів схоплювання бетону і тонкомолотих добавок. При поєднанні цементно-бетонного і розчину заводів їх доповнюють також складом вапна, установками для обробки вапна і приготування розчину.
При улаштуванні цементно-бетонних покриттів широке застосування одержали напівстаціонарні установки циклічної дії з автоматизованим управ-лінням. Автоматизація управління дозволяє найефективніше використати устаткування, підвищити якість бетонної суміші, що випускається, значно понизити трудомісткість приготування бетону і, отже, понизити загальну вартість будів-ництва дороги. В даний час будують такі заводи з двома основними схемами управління: автоматизованим дистанційним керуванням з центральних пультів і напівавтоматизованим управлінням, здійснюваним частково з робочих місць, а частково з пультів, розташованих у вузлових пунктах технологічної схеми (склад, дозування, відділення змішувача і т. п.). Дистанційна система дозволяє управляти механізмами і технологічними процесами з віддаленого пункту. Бло-кування забезпечує з певною послідовністю запуск окремих агрегатів, підтримку необхідних режимів і узгодження роботи машин і механізмів.