Для определения метода смешивания, наиболее подходящего для конкретного применения, необходимо учитывать такие факторы, как местоположение строительной площадки (расстояние от дозирующей установки), необходимое количество бетона, график строительства (объем бетона, необходимый в час) и стоимость. Однако основным фактором является качество производимого бетона. Это качество определяется производительностью бетона и однородностью материала после смешивания и укладки. Должна быть методология определения качества производимого бетона, но в литературе было найдено лишь несколько методов и только одна попытка стандартизации. Методология определения качества смешанного бетона часто упоминается как измерение эффективности смесителя. На параметры эффективности смесителя влияют порядок, в котором различные компоненты бетона вводятся в смеситель, тип смесителя и используемая энергия смешивания (мощность и продолжительность).
2. Оборудование: смесители
Существует две основные категории смесителей: смесители периодического действия и смесители непрерывного действия. Первый тип смесителя производит бетон одной партией за один раз, в то время как второй тип производит бетон с постоянной скоростью. Первый тип необходимо полностью опорожнять после каждого цикла смешивания, очищать (если это возможно) и загружать материалами для следующей партии бетона. Во втором типе компоненты непрерывно вводятся с одного конца, когда свежий бетон выходит с другого конца. Теперь будут рассмотрены различные конструкции каждого типа смесителей — на этом ресурсе Вы найдете прокат бетономешалок.
2.1 Смесители периодического действия
По ориентации оси вращения можно выделить два основных типа смесителей периодического действия: горизонтальные или наклонные (барабанные смесители) или вертикальные (лотковые смесители). Барабанные смесители имеют барабан с неподвижными лопастями, вращающийся вокруг своей оси, в то время как лотковые смесители могут иметь либо лопасти, либо поддон, вращающийся вокруг оси.
2.1.1 Барабанные смесители
Все барабанные смесители имеют емкость с поперечным сечением, аналогичным показанному на рис. 1. Лопасти прикреплены к внутренней части подвижного барабана. Их основное назначение-поднимать материалы при вращении барабана. При каждом вращении поднятый материал падает обратно в смеситель в нижней части барабана, и цикл начинается снова. Параметрами, которые можно контролировать, являются скорость вращения барабана и, в некоторых смесителях, угол наклона оси вращения. Существует три основных типа барабанных смесителей:
-
не опрокидывающийся барабан;
-
реверсивный барабан;
-
опрокидывающийся барабан.
Поперечное сечение барабанных смесителей.
Не наклоняющийся барабанный смеситель подразумевает, что ориентация барабана фиксирована. Материалы добавляются с одного конца и выгружаются с другого (рис. 2).
Поперечное сечение не опрокидывающегося смесителя [1].
Реверсивный барабан (рис. 2) аналогичен не опрокидывающемуся смесителю, за исключением того, что одно и то же отверстие используется для добавления компонентов и выгрузки бетона. Барабан вращается в одном направлении для смешивания и в противоположном направлении для выгрузки бетона. Существует два типа лопастей, прикрепленных к внутренним стенкам барабана. Один набор тянет бетон вверх и к центру смесителя, когда барабан вращается в одном направлении; второй набор лопастей толкает бетон к отверстию, когда барабан вращается в другом направлении. Лопасти имеют спиральное расположение для получения желаемого эффекта при выгрузке и перемешивании. Реверсивные барабанные смесители обычно используются для партий до 1м3 [1].
Автобетоносмесители относятся к реверсивной категории барабанных смесителей. Водитель грузовика может контролировать скорость вращения с помощью сцепления в кабине. Скорость зависит от того, был ли бетон хорошо перемешан перед помещением в грузовик или грузовик должен сделать большую часть смешивания. Обычно скорость смешивания составляет 1,57 рад/с (15 об/мин), в то время как транспортировка предварительно смешанного бетона использует только 0,2 рад/с (2 об / мин) до 0,6 рад / с (6 об / мин) [1]. В Соединенных Штатах большинство готовых бетонных смесей смешивается в грузовиках [2], а не предварительно смешивается на заводе.
В наклонном барабанном смесителе (рис. 3) наклон можно изменять. Когда барабан почти горизонтален (наклон ≈ 0°), бетону предоставляется больше энергии, потому что больше бетона поднимается на полный диаметр барабана перед падением. Именно во время падения бетон вяжется и смешивается. Поэтому, чем выше падение, тем выше энергия, передаваемая бетону. Если ось вращения почти вертикальна, лопасти не могут поднять бетон, и бетон плохо перемешивается. Ось барабана обычно остается под углом около 15° от горизонтали во время смешивания. Для выгрузки бетона барабан наклоняется вниз (рис. 3) ниже горизонтальной плоскости. Опрокидывающийся барабан является наиболее распространенным типом барабанного смесителя для небольших партий (менее 0,5м3) как в лаборатории, так и в полевых условиях [1].
Поперечное сечение наклонного смесителя.
2.1.2 Смесители для поддонов
Все смесители работают по одному и тому же принципу [3]: цилиндрический поддон (неподвижный или вращающийся) содержит бетон для смешивания, в то время как один или два набора лопастей вращаются внутри поддона для смешивания материалов, а лезвие царапает стенку поддона. Формы лопастей и осей вращения различаются. На рисунке 4 показаны различные комбинации конфигураций лопастей и поддона. Другим элементом смесителя является скребок. Иногда ось вращения лопастей совпадает с осью поддона (однолопастный смеситель, рис. 4а и б). Другие лотковые смесители имеют смещение оси [планетарный смеситель движения и противоточное движение (рис. 4d и e)]. В этих случаях (рис. 4d и e) имеется два вращения: лопасти вращаются вокруг своих осей и вокруг оси поддона (стрелки 2 на рис. 4d и e). Другой возможностью является наличие двух валов, которые вращаются синхронно [двойной вал (рис. 4c)]. Это лезвие, которое подвешено под углом возле внутренней стенки поддона. Его роль заключается в том, чтобы соскоблить бетон, который имеет тенденцию застаиваться у стенки поддона, со стены и подтолкнуть его внутрь, чтобы он столкнулся с вращающимися лопастями. Если поддон вращается, скребок можно просто зафиксировать, т. Е. подвесить у стенки поддона и не двигать. Если поддон неподвижен, скребок должен двигаться, чтобы подтолкнуть бетон к лопастям. Обычно отдельные движущиеся части, т. Е. лопасти, поддон и скребок, имеют независимое питание.
Различные конфигурации для смесителей поддонов. Стрелки указывают направление вращения поддона, лопастей и скребка.
Для разгрузки смесителя поддон обычно опорожняется через ловушку на дне. Для небольших смесителей (менее 20 л или 0,02м3) лопасти поднимаются, и поддон можно снять, чтобы опорожнить смеситель.
2.2 Непрерывные смесители
Вторая категория смесителей-непрерывные смесители [4]. Как следует из названия, материалы непрерывно подаются в смеситель с той же скоростью, что и бетон. Они обычно представляют собой не наклоняющиеся барабаны с винтовыми лопастями, вращающимися в середине барабана. Барабан наклонен вниз к разгрузочному отверстию. Время смешивания определяется наклоном барабана (обычно около 15°).
Эти смесители используются для применений, требующих короткого рабочего времени, длительного времени разгрузки, удаленных участков (не подходит для готовой смеси) и/или небольших поставок. Основное применение этих типов смесителей-для бетонов с низким осадком (не текучих [5]) (например, тротуаров). Из-за короткого времени смешивания содержание воздуха нелегко контролировать даже с добавлением воздухововлекающих примесей [6].
3. Способ смешивания
При описании процесса смешивания оборудование смесителя является только одним из нескольких компонентов. Процесс смешивания также включает в себя метод загрузки, метод выгрузки, время смешивания и энергию смешивания.
3.1 Загрузка, смешивание и выгрузка
Способ загрузки включает в себя порядок загрузки компонентов в смеситель, а также продолжительность периода загрузки. Продолжительность этого периода зависит от того, как долго компоненты смешиваются сухими перед добавлением воды и как быстро компоненты загружаются. Период загрузки продлевается с момента введения первого компонента в смеситель до момента, когда все компоненты находятся в смесителе. RILEM (Réunion Internationale des Laboratoires d’Essais et de Recherches surles Matériaux et les constructions) [8] делит период загрузки на две части: сухое смешивание и влажное смешивание (рис. 5). Сухое смешивание-это смешивание, которое происходит во время загрузки, но до введения воды. Влажное смешивание-это смешивание после или во время введения воды, но все же во время загрузки. Это означает, что материалы вводятся в любое время в течение периода загрузки: все до воды, все после воды, частично до и частично после.
График смешивания [8] (см. Раздел 3.1 для дальнейшего обсуждения этого графика).
Период загрузки важен, потому что некоторые свойства бетона будут зависеть от порядка, в котором компоненты вводятся в смеситель. Хорошо известно, что замедленное добавление высокодиапазонной смеси для восстановления воды (HRWRA) приводит к лучшей дисперсии цемента. Таким образом, та же обрабатываемость может быть достигнута при более низкой дозировке HRWRA [7]. К сожалению, насколько нам известно, нет систематического исследования, в котором изучалось бы влияние порядка загрузки компонентов на свойства бетона. Большинство операторов полагаются на опыт и метод проб и ошибок, чтобы определить порядок загрузки своего смесителя.
Очень часто время смешивания определяется как время, прошедшее между загрузкой первого компонента до окончательной выгрузки бетона. RILEM [8] использовал другой подход, определяющий время смешивания как время между загрузкой всех компонентов и началом выгрузки бетона (см. рис. 5). Следует отметить, что твердые компоненты могут быть добавлены на различных стадиях периода загрузки: во время сухого смешивания, после добавления воды, после второго периода смешивания (третий наклон на рис. 5). Оба определения приемлемы. В любом случае важно, чтобы процесс смешивания был полностью описан для каждой партии бетона.
Выгрузка из смесителя должна быть организована таким образом, чтобы она повышала производительность (быстрая выгрузка) и не изменяла (медленная выгрузка) однородность бетона. Например, если сброс включает внезапное изменение скорости—как при падении на большое расстояние на жесткую поверхность—может произойти разделение компонентов по размеру или, другими словами, сегрегация [8].
3.2 Энергия смешивания
Энергия, необходимая для смешивания бетонной партии, определяется произведением энергии, потребляемой во время цикла смешивания, и продолжительностью цикла. Это часто считается, ненадлежащим образом, хорошим показателем эффективности смесителя [9, 10]. Причина, по которой это не является хорошим показателем, заключается в высокой зависимости потребляемой мощности от типа смеси, размера партии и способа загрузки [11]. Например, смеситель с мощным двигателем можно использовать для смешивания менее работоспособных или более вязких бетонов. Энергия смешивания может быть аналогична энергии менее мощного смесителя, но заполнена более работоспособным бетоном.
4. Эффективность смесителя
Как уже отмечалось, переменные, влияющие на способ смешивания, многочисленны, не всегда контролируются и не являются надежным показателем качества производимого бетона. Поэтому существует необходимость в методологии определения качества производимого бетона как внутренней меры эффективности смесителя. Понятие “эффективность смесителя” используется для определения того, насколько хорошо смеситель может производить однородный бетон из его компонентов. RILEM [8] определяет, что смеситель эффективен, “если он равномерно распределяет все компоненты в контейнере, не отдавая предпочтение одному или другому”. Поэтому при оценке эффективности смесителя следует контролировать такие свойства, как сегрегация и сортировка заполнителя по всей смеси.
4.1 Эксплуатационные характеристики как показатели эффективности
Поскольку макроскопические свойства бетона зависят от его состава, возможно, что однородность полученного бетона может контролироваться путем измерения производительности образцов, подготовленных с бетоном, взятым из разных частей смесителя или в разное время во время разгрузки. Свойства, которые часто рассматриваются
-
Обрабатываемость свежего бетона, определяемая падением;
-
плотность бетона;
-
содержание воздуха;
-
прочность на сжатие.
Недостатком этого способа является то, что он является косвенным. Он не показывает непосредственно, что бетон однороден, а только предполагает, что любая потенциальная неоднородность влияет на рассматриваемые свойства. Кроме того, возможно, что либо выбранные методы измерения недостаточно чувствительны к локальным изменениям состава, возможно, потому, что образцы слишком большие, либо что выбранные свойства по своей сути не подвержены влиянию неоднородности. Консистенция свойств является полезным руководством, но не окончательным показателем однородности продукта. Это может дать ложное чувство безопасности в отношении используемого метода смешивания.