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.
3. Основне обладнання ЦБЗ
Приготування цементно-бетонних і розчинів сумішей полягає в дозуванні і перемішуванні складових бетону компонентів. Дозування компонентів (цементу, піску, щебеня, води і ПАР) здійснюють дозатори, перемішування їх бетоно-змішувальні і розчинозмішувальні установки. Технологічні схеми приготування бетонної суміші на стаціонарних заводах повинні передбачати комплексну механізацію всіх навантажувально-розвантажувальних і транспортних робіт на складах, подачу матеріалів у витратні бункери, дозування, приготування і видачу бетонної і сухої суміші при узгодженості роботи всіх виробничих і допоміж-них цехів. Собівартість приготування бетонної суміші і розчину повинна бути мінімальною, що забезпечується підвищенням коефіцієнта використовування механізмів і устаткування, скороченням обслуговуючого персоналу за рахунок централізації і часткової або повної автоматизації управління всіма виробничи-ми операціями.
До сучасних бетоно- і розчинозмішувальних установок пред'являється ряд вимог, що впливають на технологічний процес, на набір устаткування і апаратури, а також і на склад цехів. Установки змішувачів повинні безперебійно забезпечувати суміші з незмінними якісними показниками, для чого якість і спів-відношення компонентів, що поступають в змішувачі, а також режим перемішування повинні бути стабільні для всіх робочих циклів при виготовленні бетону даної марки. Постійність і однорідність складу і консистенції бетонної суміші і розчину в значній мірі залежать від стабільності сировини, точності дозування і тривалості перемішування. Необхідно, щоб перехід з однієї марки бетону або розчину на іншу відповідно до потреб споживачів здійснювався швидко, без складного переналагодження. Операції управління і контролю приготування бетонної суміші повинні бути по можливості максимально централізовані.
Бетонозмішувальні і розчинозмішувальні установки класифікують за на-ступними ознаками:
за принципом роботи машин змішувачів - на установки періодичної і безперервної дії; по потужності - на установки малої потужності з річною продуктивністю до 100 тис. м3, середньої потужності - від 100 до-300 тис. м3 і великої потужності - понад 300 тис. м3 в рік. У устано-вці періодичної дії малої потужності переважно застосовуються машини змішувачів з об'ємом готового замісу до-380 л, в установках середньої потужності - до 800 л установках великої по-тужності - вищі 800 л;
по компоновці відділень установок періодичної дії у вертикальній площині - на одноступінчаті (баштові) і двоступеневі. Будівельні і монтажні роботи при двоступеневій схемі установки змішувача простіші, ніж при одноступінчатій, оскільки відсутні споруди великої висоти, проте при двоступеневій схемі збільшується кількість підйомно-транспортних механізмів, збільшується площа забудови і об'єм будівельних робіт;
за способом дозування бетонозмішувальні установки ділять на установки з об'ємним ручним дозуванням, ваговим напівавто-матичним і автоматичним дозуванням;
за методами управління їх можна підрозділяти на установки з місцевим механічним і електричним управлінням, з дистанцій-ним управлінням, з частковою, комплексною і повною автоматизацією. По компоновці установок змішувачів щодо схем ви-вантаження суміші установки бувають: із зовнішнім односто-роннім вивантаженням на транспортні засоби; з центральним вивантаженням; з двостороннім зовнішнім вивантаженням; з комбінованим зовнішнім і внутрішнім вивантаженням
по схемі розташування машин змішувачів в плані - на лінейні однорядні, дворядні і на кубла.
Машини змішувачів при лінійній схемі встановлюють в. одну або дві лінії з одностороннім або двостороннім розташуванням бетонозмішувачів. При компоновці кубла навколо вертикальної осі установки змішувача концентрично роз-ташовуються 3-5 бетонозмішувачів і витратні бункери заповнювачів і цементу, обслуговувані одним комплектом автоматичних дозаторів. Установки по лінійній схемі мають деякі експлуатаційні переваги в порівнянні з установками по схемі кубла. У них полегшується одночасна видача сумішей різних марок, скорочуються простої, неминучі при ремонті єдиного при схемі кубла комплекту дозаторів і поворотної вирви.
Потужність установки змішувача залежить від числа і продуктивності бе-тонозмішувачів і від прийнятих для даної установки способів дозування і завантаження сировини. При виборі установок змішувачів слід враховувати, що крупні установки з бетонозмішувачами (розчинозмішувачами) великої місткості більш економічні по сумі капіталовкладень, собівартості продукції, по енерговитратах, будівельної культурі будівель і т.п. Але в той же час вони не завжди дають можливість видавати одночасно таку кількість бетонної суміші (розчину) різних видів, яка може потрібно будівництву. Для цієї мети при устаткуванні, що є на діючому заводі, і апаратурі зручніше користуватися декількома дрібнішими установками. Наявність декількох змішувачів в установці змішувача дозволяє видавати бетонну суміш (розчин) в періоди виходу з ладу одного із змі-шувачів і проводити ремонти без зупинки заводу в цілому.
У будівництві застосовують бетонозмішувачи з вільним (гравітаційним) і примусовим перемішуванням. Барабани змішувачів з вільним перемішуванням мають менший знос, але час перемішування у них більше. Змішувачі примусового перемішування витрачають велику потужність при меншому часі перемішування.
Розміри установки змішувача в значній мірі визначаються місткістю ви-тратних бункерів. Щоб компоненти добре перемішувалися, об'єм барабана по-винен бути значно більше об'єму завантажуваних матеріалів (у 2-3 рази). Змішувачі з примусовим перемішуванням як безперервної, так і циклічної дії, можна використовувати для приготування і розчинів. Типорозміри змішувачів визначають по годинній продуктивності для змішувачів безперервної дії і за об'ємом готового замісу для циклічних змішувачів. Бетонозмішувачи періодичної дії з вільним падінням перемішуваних матеріалів виготовляють по різних схемах. На практиці застосовують змішувачі з барабанами змішувачів циліндрової форми, що не нахиляються, з перекидними барабанами змішувачів грушовидної форми і з двоконусними барабанами, що нахиляються.
Барабани змішувачів циліндрової форми, що не нахиляються, в торцевих стінках мають завантажувальні і розвантажувальні отвори: таким чином, завантаження і розвантаження в них виробляється з різних сторін. Такі бетонозмішу-вачи мало придатні для жорстких і сухих сумішей. У них має місце значне налипання на стінки матеріалу і неефективна передача його з одного кінця барабана в іншій, видача готової бетонної суміші відбувається маленькими порціями, часто суміш залишається невивантаженою.
Двоконусні барабани змішувачів, що нахиляються, складаються з двох конусів, сполучених між собою циліндровою вставкою і змонтованих на тій, що повертається траверсі. У таких бетонозмішувачах барабан безперервно обертається навколо його подовжньої осі і незалежно від цього обертання повертається навколо поперечної осі для вивантаження бетонної суміші. Для перемішування компонентів бетонної суміші конусні бетонозмішувальні барабани обладнані лопастями, жорстко закріпленими на внутрішніх стінках конусів. Перемішування компонентів відбувається інтенсивніше, ніж в циліндрових барабанах з горизонтальною віссю обертання.
Бетонозмішувачи періодичної дії з примусовим перемішуванням виготов-ляють з вертикальним або горизонтальним валом. Причому змішувачі з вертикальним валом бувають з нерухомою і обертається чашею, а змішувачі з горизонтальним валом (або небагато похилим) з одним або декількома валами.
У СНД випускають протипоточні бетонозмішувачи періодичної дії з при-мусовим перемішуванням вертикальним валом і що обертаються в різні боки чашею і внутрішніми лопастями.
Найраціональнішими слід рахувати секційні установки, у яких потуж- ність може бути збільшена шляхом пристрою додаткових секцій. В цьому випадку можливе введення в експлуатацію установки по чергах. На будівництві ав-томобільних доріг терміни перебування цементно-бетонних заводів на одному місці часто обчислюються місяцями. Тому при таких коротких термінах роботи заводів на одному місці для швидкого їх перебазування з однієї будівельної ді-лянки на іншій повинна бути забезпечена максимально здійсненна збірність і розбірність, іншими словами інвентарність бетонозмішувальних і розчинозмі-шувальних установок, що дозволяє їх багатократний монтаж і демонтаж. При частому перебазуванні (через декілька місяців) заводи повинні володіти достатній мобільністю, не мати капітальних фундаментів і т.п.
Для приготування будівельних розчинів застосовують розчинозмішувачи. Основним заповнювачем розчинів є пісок (гравій або щебінь відсутні), тому знос лопастей і витрата енергії на їх обертання в розчинозмішувачах менше, ніж в бетонозмішувачах. Розчинозмішувачи працюють за принципом примусового перемішування циклічної і безперервної дії. Технологічний процес приготуван-ня будівельного розчину близький до процесу приготування бетонної суміші, тому конструкції змішувачів мають багато загального.
Бетоно- і розчинозмішувальні установки оснащаються витратними бун-керами заповнювачів і цементу. Кількість відсіків в бункерах пов'язана з сортні-стю матеріалів, а співвідношення ємностей відсіків різних фракцій щебеня по-винне відповідати співвідношенню фракцій щебеня, що приймаються при дозуванні.
Для відмірювання матеріалів, що становлять бетонну або розчин суміш, установки змішувачів обладнають дозаторами з різними способами дозування: об'ємним, ваговим і комбінованим - об'ємно-ваговим.
Об'ємне дозування, зважаючи на малу точність і велику трудомісткість, застосовується лише в невеликих установках змішувачів, при невисоких вимо-гах до якості бетонної суміші. Найпрогресивнішим є масовий (ваговий) спосіб дозування матеріалів, який відрізняється від об'ємного високою точністю і швидкістю. При комбінованому способі мінеральні матеріали і воду беруть за об'ємом, з періодичною перевіркою їх маси, а цемент зважують.
За призначенням дозатори розрізняють: для дозування води і для дозу-вання мінеральних матеріалів - піску і щебеня або гравію. Управління дозатора-ми може, бути ручне, напівавтоматичне і автоматичне. Найбільше застосування знаходять дозатори з автоматичним дистанційним керуванням, оскільки забезпечують велику точність дозування, швидкість зважування і легкість управління.
У автоматичних вагових дозаторах апаратуру на необхідну масу (вагу) встановлюють з центрального пульта. Після досягнення заданої маси (вага) за-вантаження автоматично припиняється. Вивантаження матеріалів в барабани змішувачів виробляється також автоматично.