Технология производства бетона

Производство бетона осуществляют на бетонных заводах, в бетоносмесительных цехах заводов ЖБИ (железобетонных изделий) или на приобъектных бетоносмесительных узлах.

Технология производства бетона состоит из нескольких последовательных этапов:

• подготовки материалов,
• дозирования,
• перемешивания.

В большинстве случаев все основные операции по подготовке материалов, такие, например, как дробление заполнителей, удаление загрязняющих примесей, осуществляют на предприятиях, выпускающих сами материалы. На бетонных заводах и стройках проводятся только некоторые особые мероприятия, если в них имеется необходимость. К подготовительным операциям относятся активация (дополнительный помол) цемента, изготовление растворов химических добавок и подогрев заполнителя в зимний период.

Активация цемента

Под активацией цемента чаще всего подразумевают его дополнительный помол. Увеличение удельной поверхности на 15-30% не только повышает активность цемента, но также ускоряет его твердение. Прочность бетона, возраст которого соответствует 1 суткам, возрастает на 30-100%. Дополнительный помол цемента проводят сухим или мокрым способом, который зачастую сочетают с применением химических добавок с целью получения быстротвердеющих бетонов. Однако активация цемента применяется только в особых случаях, т.к. требует специального оборудования и значительных дополнительных затрат энергии.

Приготовление раствоар химических добавок

Процесс приготовления раствора химических добавок - это растворение добавок в воде с последующим доведением растворов до заданной концентрации. Для проведения данной процедуры используют специальные емкости с системой трубопроводов, предназначенной для перемешивания раствора химических добавок с помощью сжатого воздуха, а при необходимости - паровых регистров для подогрева. Готовый раствор химических добавок подается в расходную емкость, оснащенную датчиком уровня, а затем по мере необходимости подается в бетоносмесительную установку через дозатор.

Способы подогрева заполнителей

Подогрев заполнителей обычно проводится в бункерах и в редких случаях - на крытых складах. Для этого существует два способа:

• контактный способ подогрева паровыми трубами и гребенками, размещенными в бункерах,
• пропускание пара, горячего воздуха или газа непосредственно через заполнитель.

Последний способ экономичнее по энергозатратам, однако требует проведения специальных мероприятий по уменьшению потерь пара.

Дозировка материалов для производства бетона

Важным этапом технологии производства бетона является дозирование материалов, т. е. отмеривание расхода материалов на замес бетоносмесительной установки. На бетонных заводах применяются весовые дозаторы, которые дозируют воду, цемент и добавки с высокой точностью до одного процента, заполнители - с точностью до двух процентов.

Точность дозирования определяет требуемую точность расчетов состава бетона: воды указывают с точностью до двух литров (для полевых составов до пяти литров), расход цемента - с точностью до пяти кг, щебня и песка - с точностью до десяти кг. При этом расход воды округляют обычно в меньшую сторону, а расход цемента - в большую. Большая точность назначения состава бетона не требуется, так как существующие дозаторы не могут ее обеспечить.

В полевых условиях для отмеривания заполнителей иногда применяют объемные дозаторы. При этом при дозировании по объему обязательно учитывают влажность заполнителей, особенно песка, так как увлажнение значительно влияет на увеличение его объема.

Предположим, что заполнители в бетоне (цемент : вода : песок : щебень = 330 : 178 : 600 : 1270) дозируют по объему без учета влажности песка (3%), которая увеличивает его объем на 30%. Тогда при отмеривании прежнего объема песка (как для сухого материала) в бетонную смесь в действительности будет введено 460 кг (П вл.п =600/1,3=460), а с учетом содержания в песке влаги - 446 кг (460(1- 0,03) = 446). Абсолютный объем песка составит 170 литров (Vвл.п = 446/2,63= 170) вместо абсолютного объема сухого песка равного 228 литров (Vсух.п = 600/2,63=228), т. е. объем, занимаемый частицами песка, уменьшится на 58 литров (228-170=58). Для замещения этого объема потребуется дополнительный расход цемента, воды и заполнителей. Перерасход цемента составит 19 кг (Ц = 330*58/1000=19 ).

Кроме того, изменится подвижность бетонной смеси, соотношение между песком и щебнем. В результате, нарушение состава бетона может привести к ухудшению его свойств.

Объемное дозирование заполнителя

Объемное дозирование заполнителя применяется для приготовления легкобетонных смесей, т. е. при больших колебаниях насыпной массы пористого заполнителя. В этом случае точность дозирования по объему пористых заполнителей будет составлять ±30 л/куб.м. Возможно также использование объемно-весового дозирования, когда крупный заполнитель дозируют по объему, а песок - по весу с точностью ±1-2%.

Третьим этапом технологии производства бетона является его перемешивание. В процессе перемешивания материалы равномерно распределяются во всем объеме бетонной смеси. Цемент с заполнителями смачивается водой, в результате чего получается однородная масса, с одинаковыми свойствами в любом месте объема.

Существенное влияние на требования к перемешиванию оказывают вид и состав бетона:

• подвижные смеси легче перемешиваются, чем жесткие,
• жирные смеси - лучше, чем тощие,
• крупнозернистые - лучше, чем мелкозернистые или тонкозернистые.

В зависимости от вида и характеристик бетонной смеси применяют различные способы перемешивания. При использовании крупнозернистых подвижных смесей с заполнителем из плотных и твердых пород применяют гравитационные бетоносмесительные установки свободного падения. В таких бетоносмесителях перемешивание происходит в результате многократного подъема и сбрасывания материалов с определенной высоты при вращении барабана-смесителя. Перемешивание жестких мелкозернистых и легкобетонных смесей с пористым заполнителем осуществляют в бетоносмесителях принудительного смешивания, где энергичное перемешивание достигается путем взаимного перемещения материалов с помощью вращающихся лопастей и других подобных устройств. Одной из разновидностей принудительного перемешивания является виброперемешивание, когда материалы в процессе перемешивания подвергаются вибрированию. Такой способ обеспечивает некоторое увеличение активации цемента, что способствует повышению прочности бетона, особенно в раннем возрасте.

Таблица 1. Продолжительность перемешивания тяжелых бетонных смесей, с

Объем приготовляемой бетонной смеси, л	Осадка конуса, см
	2-6	более 6
300	60	45
800	120	90
1600	150	120

Качество перемешивания бетона

Качество перемешивания бетона во многом зависит от его продолжительности. В бетоносмесителях цикличного действия она определяется с момента загрузки используемых компонентов до момента их выгрузки. Недостаточная продолжительность перемешивания приводит к ухудшению однородности бетона и понижает его прочность. Увеличение продолжительности перемешивания сверх оптимального периода почти не отражается на свойствах бетонной смеси (прочность бетона повышается, но крайне незначительно). Оптимальная продолжительность перемешивания напрямую зависит от состава и характеристик бетонной смеси, а также от типа применяемой бетоносмесительной установки. При приготовлении тяжелых бетонных смесей (с плотностью более 2200 кг/м³) в смесителях свободного падения продолжительность перемешивания должна составлять 1-2 мин. При перемешивании малоподвижных и умеренно жестких смесей время перемешивания необходимо увеличивать до 1,5-2 раз. В смесителях принудительного действия перемешивание крупнозернистых смесей обычно продолжается две-три минуты, мелкозернистых - три-пять минут. Продолжительность перемешивания легкобетонных смесей зависит от вида бетона, качества заполнителя, консистенции бетонной смеси.

Ориентировочно продолжительность перемешивания бетонной смеси можно назначать, ориентируясь на данные табл. 2. При применении тонкомолотых добавок, предварительно не перемешанных с цементом, время перемешивания увеличивают до 1,5-1,8 раз.

Таблица 2. Продолжительность перемешивая легкобетонных смесей, мин

Объемная насыпная масса крупного заполнтеля, кг/м3	Смесь
	для плотного бетона с жесткостью 20-60 с при предельной крупности зерен заполнителя, мм			для поризованного бетона при предельной крупности зерен заполнителя, мм		для крупнопористого бетона
	10	20	40	20	40
До 300	6	5	4	6	5	5
300-700	5	4	3	5	4	4
Более 700	4	3	2	4	3	3