Свойства и область применения цементобетонных смесей

В транспортном строительстве цементобетон применяется для устройства верхних и подстилающих слоев твердого покрытия автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов, облицовки и укрепления дорожных откосов и порталов туннелей, отмостки опор мостов и путепроводов, а также при возведении фундаментов, стен и перекрытий зданий и других сооружений. Цементобетон - это твердый кристаллический материал, получающий-

: ся в результате созревания цементобетонной смеси, гомогенизированной смеси цемента, нескольких фракций щебня, песка и воды. Прочность и долговечность цементобетона определяются качеством цемента и каменных материалов, чистотой воды, водоцемен-тным отношением, тщательностью перемешивания, степенью уплотнения и соблюдением технологии ухода за цементобетоном в период созревания.

Наиболее важными для прочности цементобетона свойствами исходной цементобетонной смеси являются ее подвижность и жес-

'' ткость. Подвижность определяют стандартным методом осадки конуса. Цементобетонную смесь укладывают в стальную коническую форму тремя слоями с уплотнением каждого из них штыкованием 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. После уплотнения форму со смесью переворачивают, ставят основанием на ровную поверхность и строго вертикально снимают. Цементобетонная смесь начинает оседать под действием силы тяжести, сохраняя коническую форму.

После окончания осадки ее величину измеряют и используют в качестве показателя подвижности смеси. Для жестких смесей осадка равна 0, для малоподвижных - 3 см, для подвижных - от 4 до 15 см и для литых - более 15 см. Степень жесткости смеси измеряют временем, необходимым для того, чтобы конус смеси под действием вибрации с амплитудой 0,35 мм и частотой 50 Гц расплылся и за-

	о
	Я
	К
	ft
	о


	я
(L)	ft
ж	н
g
о	^g
&Ч	^д

полнил цилиндрический сосуд технического вискозиметра. Жесткость цементобетонных смесей для дорожных бетонов составляет от 10 до 40 с. Жесткие смеси более экономичны, лучше переносят морозы и дают более качественный цементобетон, но требуют более тщательного и интенсивного перемешивания и применения вибромашин при укладке.

Таблица 7.1 Назначение дорожных цементобетонов различной прочности

Место применения	Предел прочности, МПа
при изгибе	при сжатии
Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия Нижний слой двухслойного покрытия Основание усовершенствованного капитального покрытия	4; 4,5; 5; 5,5 3,5; 4; 4,5 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5	30; 35; 40; 50 25; 30; 35 7,5; 10; 15; 20; 25

Дорожные цементобетоны делятся на марки по пределу прочности при изгибе и сжатии и применяются в соответствии со своей прочностью (табл. 7.1).

7.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Бетоносмесительная установка - это комплект оборудования, предназначенного для подготовки компонентов цементобетонной смеси, их перемешивания и отгрузки готовой смеси (рис. 7.15).

В двухступенчатых бетоносмесительных установках (рис. 7.16) каркасные металлоконструкции, несущие расходный бункер с дозаторами и смеситель, устанавливаются рядом. Щебень и песок загружаются с уровня земли в расходный бункер для дозирования (1-я ступень), после чего снова с уровня земли загружаются в смеситель (2-я ступень). В одноступенчатых установках расходный бункер, дозаторы и смеситель размещены друг над другом на перекрытиях одной каркасной металлоконструкции, поэтому щебень и песок поднимаются однократно.

Стационарные установки рассчитаны на постоянную эксплуатацию на одном месте в течение длительного времени. Поэтому установки подключаются к стационарным телефонным, электрическим, газовым, водопроводным и канализационным сетям, все их агрегаты монтируются на капитальных фундаментах, а персо-

Бетоносмесительные установки

Сомпоновка

Перемешивание

Режим работы

Мобильность

гЧ

О? (Я И

к S се

и О ж

<и о л

JiS

'Я

О)

"л

сЗ ж

ft Bj

>-,

Р, <L> ft

CQ я

о J5

С5

ft [ч

О. С

и X

1) с


и
со
у		S
		о
V		к
о	о	CQ
м
со	со	Ј
ft	ft	я
[н
я	§	о ft
и	и

Рис. 7.15. Классификация бетоносмесительных установок

нал включается в муниципальные системы медицинского и страхового обслуживания на постоянной основе.

Агрегаты инвентарных бетоносмесительных установок объединены в блоки, размеры которых не превышают ограничений на транспортные габариты. Блоки приспособлены к быстрому монтажу из них бетоносмесительной установки или ее демонтажу и погрузке на транспортные средства. Инвентарные установки используются в случаях, когда потребность в цементобетоне сохранится не более 2... 3 лет. Обычно инвентарные установки также подключаются к стационарным муниципальным сетям, но на временной основе.

Агрегаты передвижных бетоносмесительных установок монтируются на прицепных или полуприцепных пневмоколесных шасси,

I ГТД:?^ ~~\t~\~~ ~~i iS-~~

Рис. 7.16. Схема двухступенчатой бетоносмесительной установки:

1 - приемный бункер; 2 - дозатор песка и щебня; 3 — расходный бункер; 4 - многоковшовый конвейер; 5 - поворотная воронка; б - силосы цемента; 7 - дозатор цемента; 8 - бетоносмеситель; 9 - кабина управления; 10 - скиповый подъемник

комплектуются собственной электростанцией, резервуарами и бункерами для хранения запаса воды и сухих компонентов смеси. Передвижные установки целесообразно использовать, когда скорость перемещения фронта укладки цементобетона делает убыточной доставку его с инвентарных и стационарных установок.

Бетоносмеситель состоит из смесительного барабана, дозаторов сухих материалов и воды, привода смесителя и системы управления им.

В гравитационном смесительном барабане, вращающемся вокруг горизонтальной или наклонной оси, компоненты смеси перемешиваются лопастями, расположенными на внутренней поверхности барабана, за счет подъема и последующего падения. Гравитационные барабаны отличаются простотой, малой энергоемкостью и нечувствительностью к крупному щебню, но плохо перемешивают жесткие смеси с водоцементным отношением менее 0,5.

Опрокидывающийся гравитационный барабан смесителя периодического действия (рис. 7.17). Барабан смесителя состоит из нижней цилиндрической части и верхней в виде усеченного конуса. Их соединяет цилиндрическая обечайка, охватываемая зубчатым венцом, перекатывающимся по двум диаметрально противоположно расположенным шестерням, одна из которых является опорной, а вторая вращается электродвигателем через редуктор. Барабан вращается на короткой цапфе, приваренной в центре его днища и зак-

Рис. 7.17. Опрокидывающийся гравитационный смесительный барабан:

1 - рама; 2 - электрооборудование; 3 - штурвал опрокидывания барабана; 4 - скиповый

ковш; J - червячный редуктор; 6 - подъемник ковша; 7 - двигатель; 8 - водяной дозатор;

9 - зубчатый приводной венец; 10 - барабан; 11 - рама; 12 - ось вращения барабана;

13 - перемешивающая лопасть

репленной в подшипниковой опоре, установленной на перекладине П-образной опрокидывающейся рамы между ее стойками. К стойкам крепятся опорная и ведущая шестерни, а сами стойки проходят с двух диаметрально противоположных сторон барабана и крепятся к станине смесителя подшипниковыми опорами, позволяющими наклонять раму вместе с барабаном.

Внутри барабана по всей его длине укреплены 2... 3 лопасти, перемешивающие материал при вращении барабана. Барабан загружается через открытый торец конической части и через это же отверстие готовая смесь выгружается из барабана под собственным весом при его наклоне.

Наклоняющийся конусный барабан стационарного гравитационного бетоносмесителя (рис. 7.18). Конусный барабан состоит из короткого и длинного усеченных конусов, основания которых соединены цилиндрической обечайкой. На обечайке смонтирован обод с зубчатым венцом, передающим на барабан вращение от ведущей шестерни. Барабан опирается на ролики, установленные в полу-

8 13

10 12

Рис. 7.18. Гравитационный смесительный барабан:

/ - станина; 2 - стойка; 3 - пневмоцилиндр наклона барабана; 4 - кронштейн; 5 - шип

траверсы; 6 - барабан; 7 - обод; 8 - зубчатый венец; 9 - двигатель; 10 - опорные

ролики; 11 - упорный ролик, удерживающий барабан при наклоне; 12 - траверса;

13, 14 - перемешивающие лопасти

круглой траверсе, охватывающей барабан снизу. Шипами траверса опирается на подшипники в стойках П-образной станины. Загружается барабан в горизонтальном положении через горловину длинного конуса, а разгружается при наклоне барабана через нее же. В коротком конусе устанавливаются более глубокие цилиндрические лопасти, а в длинном - более пологие, чем обеспечивается не только подъем и сбрасывание смеси, но и ее циркуляция вдоль оси барабана.

Существуют конструкции барабанов, в которых спиральные разгрузочные лопатки выгружают готовую смесь при обратном вращении барабана без наклона его оси.

Гравитационный барабан непрерывного действия (рис. 7.19). Гравитационный барабан имеет цилиндрическую форму, загрузочный и разгрузочный люки в противоположных торцах и установлен горизонтально. Лопасти на внутренней поверхности барабана установлены по винтовой линии, что улучшает перемешивание материала и помогает перемещать его к разгрузочному люку. Изнутри корпус барабана облицован износостойкими пластинами марганцовистой стали или белого чугуна.

Корпус барабана охватывается двумя бандажами, каждый из которых опирается на два опорных ролика. Вращение от ведущей шестерни передается на барабан через зубчатый венец, прикрепленный к одному из бандажей. Сухие компоненты смеси подаются в загрузочный люк через загрузочную воронку. Вода и добавки

разбрызгиваются внутри первой трети барабана из струйно-рас-пылительного устройства, соединенного с дозаторами. Лопасти, установленные в конце барабана, повернуты таким образом, что выгружают готовую смесь из барабана через разгрузочный люк в распределительный лоток.

Лопастные лотковые бетоносмесители принудительного перемешивания (рис. 7.20). Бетоносмесители с двумя горизонтально расположенными валами и выгрузкой через люк применяются для приготовления смесей с заполнителями не крупнее 40 мм, так как более крупные включения, попадая между корпусом и жестко закрепленной лопаткой, могут вызвать ее поломку. В зависимости от требований к качеству смеси применяют смесители циклического или непрерывного действия, причем конструктивные схемы тех и других идентичны схемам аналогичных асфальтосмесителей.

Лопастные лотковые бетоносмесители принудительного перемешивания с одним горизонтальным валом и выгрузкой опрокидыванием используются, главным образом, для приготовления строительных цементных растворов (смесей цемента, песка и воды), так как их шнековые лопасти двигаются близко к стенкам смесителя и легко заклиниваются щебнем. Цилиндрический корпус смесителя расположен горизонтально и открыт сверху.

1 2345

Рис. 7.20. Двухвальный смеситель циклического действия с принудительным

перемешиванием: 1 - привод валов; 2 - корпус; 3 - вал; 4 - лопасть; 5 - разрузочный люк

Подшипниковые опоры вала крепятся на станине смесителя, а корпус своими подшипниковыми опорами крепится на валу и может поворачиваться вокруг него независимо от его вращения. На валу установлена ленточная лопасть в виде цилиндрической спирали, расположенной между торцами корпуса. Загружается смеситель через открытый верх, а выгружается поворотом корпуса вокруг вала вверх дном.

Чашеобразный смеситель роторного типа-(рис. 7.21). Смеситель состоит из кольцевой смесительной камеры, открытой сверху (чаши), и двигающихся в ней по кругу лопастей. Выпускаются модели с неподвижной чашей и чашей, вращающейся навстречу движению лопастей. Кроме перемешивающих лопастей, в

чаше установлены скребки, отбрасывающие смесь от наружной и внутренней стенок камеры, и подгребающие лопасти, не дающие наполнителю осесть на дно чаши.

Лопасти и скребки через пружины крепятся на рычагах, отходящих под прямым углом от ведущего вала, проходящего через центр чаши. Пружины играют роль амортизаторов, предохраняющих рычаги от поломки при попадании щебня между лопатками или скребками и стенкой чаши. Загружается смеситель через верх, а разгружается через донный люк, управляемый пневмоци-линдром.

В планетарно-роторных смесителях лопатки не только ходят по кругу в кольцевой смесительной камере, но и вращаются вокруг собственной оси.

Автобетоносмесители. Этот тип передвижных установок (рис. 7.22), используют для перевозки готовой цементобетонной смеси или приготовления ее в пути.

Смесительный барабан гравитационного перемешивания с циклическим режимом работы устанавливается на шасси грузового автомобиля (рис. 7.23) и комплектуется приводом, обычно гидрообъемным, расходным водяным баком с дозатором и загрузочным, разгрузочным и направляющим лотками.

Смесь перемешивается спиральными лопастями, а при обратном вращении барабана эти лопасти поднимают смесь к горловине барабана и выгружают в разгрузочный лоток. Продолжительность перемешивания обычно составляет от 15 до 20 мин, поэтому

218 7 Рис. 7.21. Роторный бетоносмеситель с чашеобразным корпусом: 1 - разгрузочный люк; 2 - чаша смесителя; 3 — перемешивающая лопасть; 4 — вал привода кронштейнов лопастей; 5 - несущие кронштейны лопастей; 6 - лопасть, зачищающая стенки чаши; 7 — лопасть, зачищающая стенки стакана; 8 — внутренний стакан

Рис. 7.22. Автобетоносмеситель

при использовании автобетоносмесителей на коротких расстояниях их целесообразно загружать уже готовой смесью (табл. 7.2).

Производительность бетоносмесителя зависит от вместимости барабана, которая должна быть в 2... 3 раза больше объема смеси при загрузке, и продолжительности перемешивания, которая определяется относительным количеством воды и цемента в смеси. Продолжительность приготовления обычной бетонной смеси составляет от 60 до 150 с, а для жесткой смеси - до 240 с.

Производительность бетоносмесителя периодического действия (П_б) можно рассчитать по формуле

(7.4)

^б ~ 'зам'^вых'^в/ V заг ^пер """ 'выг "*" 'под J>

где К_зам - вместимость барабана по загрузке, т. е. объем сухих компонентов смеси, загружаемых в барабан; &_вых - коэффициент выхода, т. е. отношение объема готового бетона к объему сухих компонентов, загруженных в барабан (для бетонов Ј_вых= 0,67...0,7, для растворов k_sba = 0,85... 0,95); А:_в - коэффициент использования времени смены (k_s = 0,85... 0,95); (_заг - продолжительность загрузки смесителя (при загрузке из дозаторов /_заг = 10... 15 с, при загрузке скиповым подъемником /_заг = 15... 30 с);?_пер - продолжительность перемешивания смеси (табл. 7.3); /_выг - продолжительность выгрузки готового замеса (для опрокидного или наклоняющегося барабана ^выг ⁼ Ю...30 с, для неопрокидного барабана /_выг = 30...60 с);

^гпо_д - продолжительность процесса подготовки барабана к загрузке новой порции смеси.

Таблица 7.2 Характеристики отечественных автобетоносмесителей

Марка	Базовое шасси.	Объем перевозимой смеси, м³	Частота вращения барабана, мин~'	Высота выгрузки, м	Масса полная, т
СБ-227	ЗИЛ 433362	2,5	0...14	1,05	11,5
СБ-230	МАЗ 5337	4,0	0...18	0,05... 1,20	16,0
СМБ-049А	МАЗ 53373	4,0	0...16	1,9	16,0
АБС-4	МАЗ 5337	4,0	0...14	1,9	16,0
СБ-92В-2	КамАЗ 551 11	5,0	6...16	1,9	19,15
СБ-159Б-1	ЗИЛ 133Д4	5,0	0...20	2,2	18,625
СБ-159Б-1	Урал 4320-30	5,0	0...12	1,9	20,6
АБС-5	КамАЗ 551 11	5,0	0...12	1,9	19,425
СБ- 172-2	КрАЗ-250	5,8	0...18	2,2	24,0
АБС-6	КрАЗ-65101	6,0	0...18	1,9	24,0
СБ- 172-1	КамАЗ 551 11	6,0	-	2,2	22,2
СМБ-070	МАЗ-63035	6,0	10...16	-	24,0
СБ-214	КамАЗ-5410	6,0	0...18	-	18,0
АБС-7	КрАЗ-65101, Tatra	7,0	0...18	1,9	24,0
СБ-211	МАЗ-5433	8,0	0...12	-	25,59
СБ-234	МЗКТ-69237 '	8,0	0...12	0,05... 2,20	30,0

Производительность бетоносмесителя непрерывного действия (Пб._н.д) можно рассчитать по формуле

(7.5)

П_б.„._д =

где k_cll - коэффициент снижения производительности из-за частичного заполнения поперечного сечения барабана материалом и замедления движения смеси вдоль барабана из-за трения о лопасти (Ј_сн - 1,9...2,3); Ј>ба_Р - диаметр барабана; я_лоп - шаг установки лопастей; k_s - коэффициент использования времени смены; ю_ба - угловая скорость барабана.

Производительность автобетоносмесителя (П_а) может быть рассчитана по формуле

^v V /

(7.6)

_ ^r зам ^л

+ Сан

+ С„^Р

^гД^е ^зам - объем перевозимой смеси; k_e - коэффициент использования времени смены; г_зап - время заполнения барабана и водяного бака; L₃ - дальность перевозки смеси; С/_гр - средняя скорость груженного автобетоносмесителя (максимальная скорость, как правило, не превышает 60 км/ч); /_выг - время выгрузки смеси;?^гр_ман -время маневрирования при подаче под загрузку и выгрузке смеси; ^пор - средняя скорость порожнего автобетоносмесителя;?^пор_ман -время маневрирования после выгрузки.

Таблица 7.3