ВВЕДЕНИЕ

     Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения  специально приготовленной смеси, состоящий  из вяжущего материала, крупного и мелкого  заполнителя и воды. При необходимости  в бетонную смесь вводят специальные  добавки, улучшающие его технологические и структурные характеристики. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

     Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Возможность получить материал с самым различным комплексом свойств, высокая архитектурно-строительная пластичность, сравнительная простота и доступность технологии, малая энергоемкость и возможность успешного использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, хорошие технико-экономические показатели, экологическая безопасность - все это вывело бетон на первое место среди строительных материалов.

     Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.

     Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток бетона устраняется в железобетоне, когда растягивающее напряжение принимает арматура. В силу этих основных преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.

     В качестве вяжущего чаще всего берут  портландцемент, но могут быть использованы и другие вяжущие: строительный гипс, битум, полимеры, вяжущие низкой водопотребности (ВНВ) и др.

     Крупный заполнитель - щебень или гравий, мелкий - песок.

     В зависимости от плотности различают  бетоны:

     - особо тяжелые бетоны - плотностью более 2500 кг/м³, изготавливаемые на особо тяжелых наполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.). Эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;

     - тяжелые бетоны - плотностью 2200-2500 кг/м³ на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;

     - облегченные бетоны - плотностью 1800-2200 кг/м³;

     - легкие бетоны - плотностью 500-1800 кг/м³.

     При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые  характеристики бетона: класс (марку) прочности  бетоны, марки морозостойкости и  водонепроницаемости. Бетон должен быть однородным - это важнейшее техническое и экономическое требование.

     Тяжелый цементный бетон идет на сооружение фундамента дома, для бетонирования погреба, овощной ямы, водоема, бассейна, устройства дорожек, ступенек крыльца и др. Плиты перекрытий, плиты дорожных покрытий, перемычки, элементы оград, подвалов и фундаментов, детали колодцев и столбы освещения также изготавливают на основе тяжелого бетона.

     Специальные виды бетонов

       Гидротехнический  бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.  

       Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости. Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 - 5,5 МПа при марках М300 - М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками МРЗ 150 и МРЗ 200.  

       Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих - белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород. Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М 150, а морозостойкость - МРЗ 50.

       Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 1770^оС, огнеупорные -1580 - 1770^оС и жароупорные - ниже 1580^оС. Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др. Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250. Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.  

       Особо тяжелые  бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений. Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды. Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/м^З. В качестве вяжущих используют портландцементы, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. С целью повысить защитные свойства гидратных бетонов (названных так в связи с большим содержанием химически связанной воды) в их состав вводят добавки: карбид бора, хлористый литий и др.

       Прочность и долговечность особо  тяжелых бетонов такие же, как  у обычных тяжелых бетонов.  Бетонополимеры представляют собой  бетоны, поры которых заполнены  полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз. Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ ОТРАСЛИ

     В современном строительстве наиболее часто используются бетонные смеси, при производстве которых используются цементы и другие неорганические вяжущие вещества, которые, при смешивании с другим активным компонентом (водой) образуют так называемый цементный камень. Заполнитель чаще всего (есть исключения) не вступает в химическую реакцию с другими ингредиентами смеси, поэтому его относят к инертным материалам. Его зерна скрепляются посредством цементного камня, благодаря чему, (при застывании массы) образуется монолит с высокими показателями прочности. Цемент составляет около 10 – 15 процентов от массы бетона, а зерна заполнителя и вода – около 85 - 90%. При изготовлении бетонной массы целесообразно (с точки зрения экономии) использовать в качестве заполнителей щебень из местных горных пород. Для этих же целей используются и отходы производства, такие как шлаки, отвалы и другие недорогие компоненты. Благодаря их использованию снижается конечная стоимость бетона.  Тенденции последних десятилетий применения материалов этого вида показывают склонность строительных кампаний к применению легких бетонов на основе пористых заполнителей искусственного происхождения. С их применением улучшаются теплотехнические свойства материала, снижается его плотность.

     Влияние современной технологии бетона на состав и характеристики оборудования для его производства.

         В настоящее время наблюдается тенденция оживления строительной деятельности в регионах России. Эффективное функционирование предприятий стройиндустрии во многом зависит от технического уровня производства, процесса обновления основных производственных фондов и, как следствие, от возможности создания конкурентоспособной продукции на рынке строительных материалов.

     Появляется  необходимость в реконструкции существующих производств сборного железобетона и строительства новых заводов товарного бетона. Современная бетонная технология в сильной степени ориентирована на монолитное домостроение, которое развивается стремительными темпами. Сегодня транспортирование бетона производится автобетоносмесителем, обеспечивающим постоянное перемешивание. Повышение сохраняемости смеси достигается использованием химических добавок-модификаторов с применением технологии их введения на БСУ.  При выборе поставщика бетона заказчик обращает внимание на его способность управлять свойствами бетона. К примеру, при укладке бетона бетононасосом на требуемую высоту должна сохраняться подвижность смеси. Не менее важно для заказчика, чтобы через сутки - двое после того, как бетон уложен, уже можно было снимать опалубку. Если же бетон твердеет медленно, то количество используемой опалубки приходится увеличивать пропорционально удлинению времени твердения бетона, что значительно удорожает строительство. То есть бетон должен успевать набрать необходимый уровень прочности за относительно короткое время. Чтобы решить задачи, поставленные перед производителем бетона современной технологией, необходимо использование бетонных добавок. В зависимости от вида используемой добавки могут целенаправленно изменяться как свойства бетонной смеси, например характеристика схватывания и удобоукладываемость, так и свойства застывшего бетона, например прочность и долговечность. Применение добавок позволяет существенно (до 15%) экономить цемент — самый дорогостоящий компонент бетонной смеси.  Кроме уже перечисленных проблем добавки позволяют решать еще целый ряд вопросов, часто возникающих у строителей. Например, проблему зимнего строительства можно решить применением специальных противоморозных добавок. Управление свойствами бетона с помощью добавок-модификаторов — довольно сложная задача, которая сегодня может решаться только квалифицированными технологами предприятий-производителей.

       Современная технология бетона налагает определенные требования к составу оборудования (3–4 линии дозирования и хранения добавок), точности систем дозирования и автоматизации технологических процессов. Причем автоматизированное управление технологическим процессом приготовления бетона играет доминирующую роль при регулировании свойств бетонной смеси. Не случайно серьезные заказчики отдают предпочтение тем бетоносмесительным установкам (БСУ), технологический процесс на которых автоматизирован. Действительно, вручную невозможно синхронное управление тремя-четырьмя линиями добавок при точности дозирования не хуже 2%.

     Кроме того, если добавка, которую в соответствии с технологией нужно ввести в  бетон, составляет по объему менее 2%, то перемешать ее однородно в смесителе  невозможно. Поэтому для таких  добавок в технологическом оборудовании должно быть предусмотрено предварительное перемешивание в реальном времени приготовления смеси, т. е. введение добавки в воду, если они водорастворимые, или в песок, если это, например, красящий пигмент.

     Качество  перемешивания смеси в смесителе является определяющим фактором, влияющим на однородность смеси. Повышение однородности смеси существенно (до 10%) увеличивает прочность бетона. Для этого применяют современные смесители с активаторами — планетарные и двухвальные. В отечественных смесителях можно улучшить качество перемешивания небольшими конструктивными изменениями и технологическими приемами. Так, применяемая в отечественной практике разовая либо струйная подача воды в смеситель — одна из основных причин снижения однородности бетонной смеси. Поэтому подача воды под давлением в процессе перемешивания смеси из многих точек по периметру смесителя и увеличение времени подачи позволяют равномерно ввести в воду бетонную смесь. От того, в какой последовательности и по какой схеме загружаются составляющие бетонной смеси в смеситель, также зависит и однородность перемешивания, и возможность экономии цемента. Очевидно, что реализация этого технологического приема существенно зависит от степени автоматизации технологического процесса, характеристик смесителя, жесткости бетонной смеси, вида заполнителей и цемента. Поэтому технологу БСУ целесообразно оценить влияние этого фактора на гомогенность смесей, время перемешивания и включить оптимальную схему последовательности загрузки смесителя в алгоритм работы линии.

     Есть  еще одна особенность современной  отечественной технологии. За рубежом  в технологическом процессе, как  правило, используются только мытые, сухие, фракционированные заполнители. В  отечественной практике подготовка заполнителей обычно не проводится, так как практически невозможно получить заполнители требуемого качества с карьера. Если сегодня лаборатория завода на входном контроле выполнит требования ГОСТа по заполнителям, то завод останется без материалов.

     Переход карьеров в руки множества мелких собственников, не имеющих возможности создания там обогатительной фабрики, приводит к выпуску сырья низкого качества, не отвечающего НТД. Оптимальным путем получения надежных параметров запроектированного бетона является применение узлов стабилизации зернового состава непосредственно на БАЗ-3. В состав обязательного технологического оборудования БАЗ-3 должен быть включен узел рассева щебня по фракциям и узел рассева песка (пескосеялка), так как в основном на БАЗ-3 используется речной или карьерный песок, не подвергавшийся переработке. При некачественных заполнителях приходится платить повышенным расходом цемента (10–20%) за нестабильность технологического процесса, вызванную изменением гранулометрического состава и загрязненностью заполнителей от замеса к замесу.

     БАЗ должен включать 3–4 бункера для разных фракций щебня, 2 бункера песка и автоматизированную дозировку отдельных фракций, что позволяет получать качественные бетонные смеси. Без дополнительных процессов по подготовке заполнителей даже на самом лучшем бетоносмесительном комплексе с импортным смесителем-активатором не удастся достичь качества бетона, получаемого на подготовленных заполнителях. Включение в технологию этапа подготовки заполнителей, автоматизация технологического процесса с алгоритмами обратной связи и оптимальных схем введения цемента, заполнителей, воды и химдобавок позволят получить качество бетонных смесей, производимых на лучших зарубежных бетоносмесительных комплексах. В связи с тем, что желания представителей региональной стройиндустрии не всегда совпадают с их финансовыми возможностями, реконструкция региональных производств продвигается крайне медленно или откладывается до лучших времен.

     Есть  еще одна особенность современной  отечественной технологии. За рубежом  в технологическом процессе, как правило, используются только мытые, сухие, фракционированные заполнители. В отечественной практике подготовка заполнителей обычно не проводится, так как практически невозможно получить заполнители требуемого качества с карьера. Если сегодня лаборатория завода на входном контроле выполнит требования ГОСТа по заполнителям, то завод останется без материалов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 ВЫБОР И ОПИСАНИЕ ОСНОВНОГО  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

     В современном строительстве приготовление  бетонной смеси в основном сосредоточено на автоматизированных бетонных заводах и в бетоносмесительных узлах предприятий.

     Рассмотрим  бетоносмесительный автоматизированный завод (БАЗ-3).

       БАЗ-3 предназначен для производства  тяжелого бетона. Одновременно может быть использован для приготовления бетонной смеси для технологических линий. Завод оснащен автоматизированной системой управления технологическими процессами приготовления бетонной смеси. Выдача бетона из бетоносмесителя предусмотрена в автобензовоз и автосамосвал.

     Процесс приготовления бетонной смеси состоит из автоматического дозирования всех компонентов бетонной смеси и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.

     Оборудование  для приготовления бетонной смеси  на данном заводе:

     - многокомпонентный  дозатор предназначен для порционной подачи нескольких компонентов (сыпучих, плохосыпучих или жидких) в общий смеситель. Особенно часто используется в технологических процессах приготовления строительных смесей и подобных типах производств.

     Особенности:

• Все операции производятся автоматически, в соответствии с заданной программой;
• В конструкции используются частотные преобразователи для подающих насосов и шнековых приводов;
• Дозатор имеет гибкую модульную структуру и проектируется под конкретные требования;

     Весовой дозатор портландцемента - дозатор предназначен для дозирования цемента заданными дозами.  Принцип действия дозатора основан на преобразовании значений силы веса дозируемого материала, находящегося в грузоприемном устройстве, с помощью тензодатчиков в электрический сигнал, пропорциональный массе груза. Электрический сигнал от тензодатчиков подается в контроллер дозирования, который, изменив его в цифровой код и после преобразования результаты взвешивания подает на мастер-контроллер. Подача цемента в грузоприемное устройство дозатора осуществляется двумя двухвинтовыми шнековыми питателями. Двухвинтовой шнековый питатель обеспечивает более точное дозирование, так как в режиме «точно» подача цемента производится шнеком малого диаметра.

     Дозатор для химических добавок - дозатор предназначен для дозирования химических добавок с концентрацией от 0,5 до 50% и удельным весом до 1000 кг/м³. Принцип действия дозатора основан на преобразовании значений силы веса дозируемого материала, находящегося в грузоприемном устройстве, с помощью тензодатчиков в электрический сигнал, пропорциональный массе груза.

     Электрический сигнал от тензодатчиков подается в  контроллер дозирования, который, изменив  его в цифровой код и после  преобразования результаты взвешивания  подает на мастер-контроллер. Дозатор изготовляется из кислостойких материалов и предназначен для работы в агрессивной среде. Подача грузоприемное устройство дозатора осуществляется одним или двумя питателями. Возможна установка на раму дозатора воды.

     Выбор бетоносмесителя

     Рассмотрим бетоносмеситель  СБ-133А и бетоносмеситель СБ -138. Бетоносмеситель  СБ-133А - циклический, турбулентный, передвижной. Смесители предназначены для приготовления бетонных смесей с осадкой

конуса 3 см и строительных растворов подвижностью 4 см. Основное оборудование бетоносмесителя: ротор, неподвижный бак, разгрузочное устройство, электродвигатель.

     Составляющие  смеси загружаются отдельными порциями через отверстие в крышке бака. Компоненты смеси перемешиваются с  помощью быстро - вращающегося ротора, вращение которого осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу. Разгрузочное устройство находится в нижней части бака. При загрузке компонентов смеси и их перемешивании оно закрывается крышкой с резиновым уплотнением. Электродвигатель крепится к основанию, что позволяет осуществлять натяжение ремней при ослабленных болтовых креплениях. Сверху электродвигатель закрыт щитком.

     Смеситель загружается при включенном электродвигателе и в строгой последовательности: вода, цемент, заполнители. Заполнители загружают равномерно в течение 30-40 с. Более быстрая их подача может привести к заклиниванию ротора.

     Бетоносмеситель принудительного типа СБ-138 Б предназначен для приготовления бетонных смесей, строительных растворов, а также сухих компонентов в технологических линиях заводов производства сборного железобетона, бетонорастворных заводов, бетонных узлов и бетоносмесительных установок. В таких смесителях перемешивание выполняют лопасти специальной формы, насаженные на вертикальный вал. Расположенный в центре цилиндрической чаши смесителя.

     Бетоносмеситель работает следующим образом: при  вращающемся роторе загружаются  дозированные сухие смеси, и одновременно по трубе подается заданная доза воды. Перемешивание материалов производится до образования однородной смеси. Готовая смесь выгружается через затвор.

     В итоге выбираем бетоносмеситель  принудительного действия СБ-138, так как вместимость по загрузке сухими составляющими больше чем у СБ-133А, объем готового замеса намного больше, крупность заполнителя до 70 мм, а в СБ-133А – только 40 мм.

     Транспортирование бетонной смеси производится автосамосвалами, ленточными транспортерами, бетононасосами, вагонетками, бадьями и др.  

     Для уплотнения бетонной смеси применяют  электромагнитные, пневматические, но чаще всего электромеханические вибраторы. По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА И СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ИЗБРАННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ

     Приготовление, транспортирование  бетонной смеси

     Приготовление бетонной смеси. В современном строительстве приготовление бетонной смеси в основном сосредоточено на автоматизированных бетонных заводах и в бетоносмесительных узлах предприятий. Процесс приготовления бетонной смеси состоит из автоматического дозирования всех компонентов бетонной смеси и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.

     Рассмотрим  бетоносмесительный автоматизированный завод (БАЗ-3).

       БАЗ-3 предназначен для производства  тяжелого бетона. Одновременно может  быть использован для приготовления  бетонной смеси для технологических  линий. Выдача бетона из бетоносмесителя  предусмотрена в автобензовоз  и автосамосвал.

     Процесс приготовления бетонной смеси состоит  из автоматического дозирования  всех компонентов бетонной смеси  и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.  

       Однородность и прочность бетона  в значительной, мере определяются качеством перемешивания смеси. Для получения однородной бетонной смеси следует строго соблюдать оптимальное время перемешивания, которое зависит от емкости барабана бетоносмесителя, подвижности бетонной смеси и других факторов и устанавливается опытным путем.

     Дозатор заполнителей применяется в двух основных вариантах:

1. В весовой бункер (сборник) поочередно подаются необходимые дозы каждого компонента. После набора в бункере в нужной пропорции всех компонентов, полученный продукт выгружается в смеситель. Точность дозирования - 0,2% или точнее.
2. Бункера и емкости, содержащие компоненты для дозирования,

 устанавливаются  на тензодатчики. Одновременно из  каждого бункера компоненты в  необходимой пропорции поступают  в общий смеситель. Точность  дозирования - 1,0% или точнее.

     В обоих вариантах из смесителя  уже готовый продукт подается на дальнейшую фасовку или на следующий  техпроцесс.

     Так же через весовой дозатор поступает  в смеситель портландцемент, по трубе  поступает в нужном количестве вода и через другой дозатор поступают добавки. 

     Транспортирование бетонной смеси в большинстве  случаев производится автосамосвалами, а на малые расстояния (в пределах строительной площадки) - ленточными транспортерами, бетононасосами, вагонетками, бадьями и др. Любой способ транспортирования должен исключать возможность расслоения и снижения степени подвижности бетонной смеси в результате испарения воды, вытекания цементного молока или начала схватывания цемента. Поэтому следует транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.)

       В случае, когда строительная  площадка находится на значительном  расстоянии от бетонного завода  для перевозки и приготовления  бетонной смеси используются  автобетоносмесители. Смесительный барабан автобетоносмесителя загружают на заводе исходными материалами, а бетонная смесь приготовляется в пути в непосредственной близости от места укладки бетона.  

     2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ  И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

     Тяжёлые бетоны изготавливаются в соответствии с ГОСТ 26633-91 «БЕТОНЫ ТЯЖЕЛЫЕ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ».

     Для приготовления тяжелого бетона необходимы следующие материалы. В качестве вяжущих материалов следует применять портландцементы и шлакопортландцементы по ГОСТ 10178. Вид и марку цемента следует выбирать в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости, величины отпускной или передаточной прочности бетона для сборных конструкций на основании требований стандартов, технических условий или проектной документации на эти конструкции с учетом требований ГОСТ 23464, а также воздействия вредных примесей в заполнителях на бетон.