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

гЧ

гЧ

О? (Я И

к S се

и О ж

<и о л

JiS

'Я

<D

я

О)

5"

о

а

л

я

>4

ж

В

0>

!4

ft

ж

и

Я

"л

И

к

сЗ ж

ft Bj

6'

И

н

>-,

Р, <L> ft

CQ я

о J5

u

>*

Ж

Е

С5

И

ft

PJ

m

%

(5

ft [ч

О. С

и X

S

1) с

и

S

 

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

14

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

я

^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