Технологія виробництва бетону. Обладнання для виробництва бетону

Бетон є провідним матеріалом в будівництві і, на думку вчених, залишиться такою ще як мінімум 40-60 років. При цьому технологія виробництва бетону за останні півстоліття мало змінилася. Хоча процес його виготовлення є трудомістким, вживане обладнання конструктивно досить просте і недороге. Це дозволяє налагодити випуск популярного будівельного матеріалу без великих витрат.

Історична довідка

Технологія виробництва бетону була відома ще древнім шумерам, широко применявшим його 4000-5000 років тому. Пізніше технологію перейняли вавилоняни, єгиптяни та інші цивілізації. Нещодавно у Сербії виявили будівництво віком 7600 років, підлога якої залитий 25-сантиметровим шаром бетону на основі вапняку. Стародавній будматеріал, безумовно, відрізняється від сучасного, але принцип залишається тим самим: в’яжучий матеріал допомогою впливу води скріплює балластовый наповнювач (пісок, камені, солому). Після висихання суміш стає дуже міцною.

Через тисячоліття стародавні римляни удосконалили технологію. Вони виявили, що у великій кількості міститься на Апеннінах вулканічний матеріал (туф, пемза, попіл) в поєднанні з водою, піском, щебенем після трамбування і висихання стає твердою, як камінь. У Римській імперії з бетону масово будувалися громадські заклади, акведуки, каналізації, приватні будинки. Досі найбільшим спорудою, купол якого цілком виконаний з неармованого бетону, залишається Пантеон, побудований римлянами багато століть тому. В певній мірі Велика Китайська стіна також нагадує бетонну конструкцію.

Після падіння Риму в епоху Середньовіччя, технологія була втрачена. Тільки в XVII-XVIII століттях почалися спроби відродити забуті секрети стародавніх будівельників. Джеймс Паркер у 1796 році запатентував рецепт виготовлення «римського цементу» на основі пуццоланов. Паралельно вчені шукали альтернативні зв’язувальні речовини, які здатні замінити вулканічні матеріали.

Важливий внесок зробив французький інженер-мостобудівник Луї Віка. Він виявив, що при суміші вапняку і глини виходить ефективне речовину. У 1828 році він спорудив міст із застосуванням цементу, а в 1840 році представив громадськості доопрацьований матеріал – портландцемент, який масово застосовується до цих пір.

Опис

Бетон – поширений штучний будівельний матеріал, який при застиганні набуває каменнообразную форму. Відомі різні способи виробництва бетону, але більшість з них зводиться до змішування в певних пропорціях сполучного речовини (як правило, цементу), заповнювачів (піску, гравію, бута і т. д.) і води. Для поліпшення якості суміші можуть використовуватися різні добавки: гідрофобізатори, пластифікатори та інші. При виготовленні асфальтобетону замість води застосовують бітум.

Склад

Хоча компонентів бетону не так багато, у світі існують тисячі торговельних марок, що відрізняються процентним співвідношенням матеріалів і використовуваними добавками. Класичний склад бетону виглядає наступним чином:

• цемент;
• пісок;
• заповнювач (гравій, щебінь, галька, керамзит тощо);
• вода;
• додатки (необов’язково).

Процентне співвідношення цих компонентів залежить від потрібної марки бетону, характеристик цементу, коефіцієнта вологості піщано-гравійної суміші, властивостей добавок. Рекомендовані пропорції при застосуванні цементу М500 представлені в таблиці.

Найважливішим чинником є кількість води. Зазвичай воно складає 0,5-1 частина, однак має вираховуватися виходячи з вологості суміші, бажаної міцності, ступеня плинності, часу схоплювання, застосовуваних добавок. Коефіцієнт водоцементного співвідношення в ідеалі має становити 0,3-0,5. При надлишку води міцність готового цементу знижується.

Виробництво добавок в бетон

Одним із стратегічних напрямків розвитку технології бетонів є застосування добавок. Їх у світі використовуються близько 50 видів, при цьому торгових марок – більше 50 000. Кожна речовина (навіть курячі яйця і сечовина) можуть розглядатися як добавки до бетонів та розчинів. Щоб поліпшити склад бетону, вчені розробляють поліфункціональні добавки, які викликають синергічний ефект.

В кінці XX століття були винайдені і впроваджені суперпластифікатори – багатокомпонентні універсальні добавки, які володіють пластифицирующими і водоредуцирующими властивостями. Це дозволило будівництва перейти на масове застосування високорухливих, литих бетонних сумішей та високоміцних бетонів за міцністю на стиск до 80 МПа і до 4 МПа на розтяг.

Ущільнення бетонних сумішей

Технологія виробництва бетону в промислових масштабах включає етап ущільнення бетонних сумішей. Як правило, робиться це за допомогою вібрації, під час якої заповнюються мікроскопічні порожнечі. Також досить поширеним є відцентровий спосіб (безвибрационный) формування залізобетонних виробів, особливо при обробці бетону для виготовлення безнапірних труб.

Віброущільнення

Процес виробництва бетону високої якості, як правило, передбачає використання надалі вібраційних установок. Найбільш поширеним видом вібраційного формування є стендове (станкове) віброущільнення. В даному випадку форми з бетонною сумішшю встановлюють на виброплощадку, яка підлягає коливанням від вібруючого механізму.

Для стендової вібрації застосовуються віброплощадки різного виду, в цьому полягають технологічні особливості методу. Їх класифікують за компонуванні столу та вібруючого органу, вантажопідйомності та основними параметрами вібрації. По компоновці розрізняють:

• механізми, що мають один стіл з розташованим знизу вибровозбудителем;
• віброплощадки блочного типу, що складаються з уніфікованих блоків з одним вибровозбудителем, розташованим під столом одного з блоків.

Вантажопідйомність майданчиків визначається потужністю приводних двигунів. Найбільш поширені віброплощадки вантажопідйомністю 3, 5, 7, 10 і 15 т, рідше – 20 і 25 т. Вантажопідйомність блочних механізмів знаходиться в межах 2-24 т.

Технологія вибровакуумирования

Найбільш складна технологія виробництва бетону – вибровакуумирование сумішей. Вона характеризується поєднанням періодичного вакуумування з вібруванням. Вібрації здійснюються для укладання та ущільнення бетонної суміші. В процесі вакуумування вібрація включається на досить короткий термін для того, щоб локалізувати тертя між частинками суміші, сприяти кращому заповненню парогазового простору.

Величина вакуумного розрідження становить 75-80 % від абсолютного значення. В результаті утворюється градієнт тиску, під дією якого надмірна вода, повітря, пароповітряна суміш направляються із зон з атмосферним тиском у вакуум-джерела і видаляються з бетону.

Вібропресування застосовується для формування багатьох виробів, зокрема для виробництва тротуарних плит і дорожніх елементів, при виготовленні напірних залізобетонних труб та інших виробів з жорстких, в основному дрібнозернистих сумішей.

Метод відцентрового ущільнення

Сутність відцентрового формування полягає в тому, що при обертанні форматора з рівномірно розподіленим шаром бетонної суміші виникає відцентрова тиск, під дією якого відбувається сепарація частин твердої фази за величиною і їхнє зближення, що супроводжується витісненням води зі зваженими в ній дисоційованими іонами і високодисперсними фракціями цементу.

Для усунення структурної і текстурної неоднорідності, знижує міцність бетону, запропоновано спосіб пошарового ущільнення бетонної суміші. Завдяки цьому способу формується однорідна текстура бетону по всьому перерізу стінки виробу. З метою підвищення фізико-механічних властивостей центрифугированного бетону застосовується повторне центрифугування після розпушення ущільненої суміші.

Обладнання

Обладнання для виробництва бетону варіюється в найширших межах: від найпростіших ручних бетономішалок до промислових багаторівневих комплексів. Для приватного будівництва зручно використовувати невеликі механізовані (електричні, дизельні) бетономішалки. Їх вартість починається від 5-6 тис. рублів. Завантаження компонентів проводиться вручну. Суттєвими недоліками є складність точного дозування доданих матеріалів, відсутність механізмів для ущільнення суміші, низька продуктивність.

Якщо стоїть мета організувати невеличке приватне підприємство, то оптимальним варіантом стане мобільний завод з виробництва бетону. Обладнання для міні-заводу коштує відносно недорого – від 400 тис. рублів, що дешевше легкового автомобіля. При цьому прибутковість підприємства щомісяця може сягати 1 млн рублів.

Дорожче коштують автоматизовані лінії з потужною установкою змішування компонентів, вибросистемой, конвеєрної завантаженням матеріалу в бетоновоз. При вартості від 1,5 млн рублів вони демонструють відмінну продуктивність для забезпечення бетоном приватних клієнтів і невеликих будівельних фірм.

Промислове виробництво

Особливості виробництва бетону на спеціалізованих підприємствах полягають у використанні потужного багаторівневого устаткування, вібраційних, вибровакуумных або відцентрових установок, різних присадок, пластифікаторів. Тут виготовляють не тільки бетон, але і кінцеві вироби з нього – від тротуарної плитки, бордюрів та каналізаційних кілець до сходових прольотів, збірних конструкцій для панельного домобудівництва, елементів мостів і промислових споруд.

На великих підприємствах кількість і якість компонентів розраховується в заводських лабораторіях до десятих відсотків. Професійне обладнання дозволяє використовувати мінімально допустима кількість води, що значно покращує якість готового матеріалу, а застосування добавок збільшує час схоплювання і ступінь плинності бетону. Бетонозмішувальні установки суміш розмішують до однорідної маси з якістю, недосяжним для дешевих бетономішалок.