Метод ручного мокрого анализа чрезвычайно трудоемкий и продолжительный. Это связано с особенностями методики, предусматривающей последовательное взвешивание составляющих в нескольких различных контейнерах, особую тщательность при взвешивании контейнера со смесью внутри бака с водой и нeoбходимость крайне осторожного совмещения уровней воды в баке и контейнере. Опыт показал, что двум лаборантам за рабочую смену удается испытать не более двух проб. К слову, если перейти на сайт, можно ознакомиться с журналом бетонных работ!
Ряд методов анализа разработан специально для определения содержания цемента в пробах бетонной смеси. Один из этих методов заключается в промывке пробы через сито N 100, последующем разбавлении де- флокулированной суспензии точно отмеренным количеством воды и определении плотности разведенной суспензии ареометром. Содержание цемента определяется по тарировочной кривой.
Ассоциация цемента и бетона Великобритании выпустила малой серией прибор для анализа содержания цемента в бетоне путем размыва бетонной смеси. Длительность анализа пробы массой 8—10 кг составляет всего 5 мин. Среднеквадратическая ошибка определения содержания цемента составляет 6—10 кг/м3.
Р. Виллис и В. Хайм предложили метод анализа путем разделения бетонной смеси в тяжелой жидкости плотностью 3,1—3,2 — плотность распространенных заполнителей. Цемент в такой жидкости садится на дно, а заполнители всплывают. За рубежом выпускается аппаратура для проведения таких анализов.
Процедура анализа следующая. Проба смеси массой 1,6—2,0 кг промывается на сите с отверстиями размером 0,5 мм над контейнером. Прошедший через сито в контейнер материал осаждается, а излишек воды сливается. Осадок переносится в специальную чашу для просушки в течение 30 мин. Просушенный материал взвешивается, после чего от него отбираются две пробы, которые разделяют в тяжелой жидкости. Возможные включения органики испаряются при высокотемпературной сушке. Опыт показал, что описанный метод позволяет определить содержание цемента в смеси с погрешностью около 25 кг/м3. Имеются данные о хорошей воспроизводимости метода, но не о его точности. Следовательно, этот метод можно применять для определения вариации содержания цемента в пробах, но не для точного определения его количества.
Экспрессное определение содержания цемента в отсеянной из бетонной смеси растворной части можно выполнять с помощью рентгеновского спектрометра Этот метод основан на определении в пробе количества кальция — основной составляющей цемента, поэтому он не годится для бетонных смесей, содержащих карбонатные заполнители. Для получения удовлетворительных результатов анализа в заполнителях должно содержаться не более 10% оксида кальция. Продолжительность проведения анализа — около 5 мин.
Ковальт и Пувей предложили применять для определения содержания цемента метод нейтронной активации. Количество цемента определяется с помощью тарировочной кривой по интенсивности гамма- распада кальция — 49 при бомбардировке пробы медленными нейтронами. Для уменьшения эффекта содержания в пробе оксида кальция крупный заполнитель перед проведением анализа отсеивается, однако, если бетон приготовлен на известняке, то точность анализа все же падает. Погрешность определения содержания цемента в бетонной смеси, не содержащей известнякового заполнителя, — около 25 кг/м3.
По данным Т. Митчелла радиационный метод позволяет определить содержание цемента пробы бетона 30 л за 15 мин со среднеквадратической ошибкой 13—18 кг/м3. Метод требует предварительной тарировки. По данным индийских исследователей точность радиационного метода определения содержания цемента составляет 18% при длительности определения 28 ч.
Разработан также ряд химических методов определения содержания цемента в бетонной смеси. В частности, большой интерес представляет применяемый в Японии метод определения содержания цемента по тепловыделению при введении в пробу соляной кислоты.
Существует ряд методов определения содержания воды в бетонной смеси. Простейший из них — высушивание. Точность этого метода невысока — 5—12 л воды на 1 м3 смеси. Большая точность достигается с увеличением массы высушиваемой пробы.
Весьма грубые результаты (ошибки в определении водоцементного отношения — около 0,08) получаются при определении содержания воды по результатам измерений электрического сопротивления бетонной смеси. На правильность результатов оказывают существенное влияние температура смеси, содержание раз личных химических элементов.
Более высокая точность определения содержания воды достигается при анализе методом добавления в пробу спирта. При этом с помощью ареометра определяют плотность фильтрата и по заранее построенной тарировочной кривой вычисляют содержание воды. Несмотря на некоторое влияние температуры, погрешность определения составляет около 2 л воды на 1 м3 бетонной смеси.
В последние годы получает распространение нейтронный метод. Бетонная смесь бомбардируется нейтронами высокой энергии. Скорость обратного рассеивания тепловых нейтронов является функцией содержания атомов водорода. Водород в бетонной смеси находится только в воде. Эти испытания непродолжительны и просты.
Особая группа методов предусматривает определение однородности смесей по содержанию в отобранных пробах специально вводимых в смеситель дополнительных ингредиентов. К этой группе можно отнести не используемую в настоящее время оценку однородности смесей по содержанию в отобранных пробах рисовых зерен, цветных стеклянных шариков либо кусочков цветного камня. Такая оценка весьма примитивна и, несмотря на большую сложность анализа, не имеет преимущества перед обычным методом определения содержания в пробах бетонной смеси крупного заполнителя.
Интерес представляют люминесцентный и изотопный методы анализа однородности. Оба они заключаются во введении в перемешиваемый состав веществ, контрастных в определенных условиях основным используемым в бетоне материалам.
При люминесцентном методе наибольшая часть (0,05—0,2%) одного или нескольких компонентов смеси окрашивается люмогенами и вводится вместе с основной массой материалов в бетоносмеситель при загрузке. Проще всего вводить в смеситель сам люмоген (0,005—0,01% массы сухих составляющих) вместе с дозируемым цементом. Равномерность распределения люмогена в смеси предлагается принять за оценку ка чества перемешивания.
Однако рассмотрение распределения в большом объеме смеси ничтожно малого объема меченого компонентя, введенного концентрированно в одну ’’точку”, в качестве количественной характеристики качества перемешивания неправомерно. Даже при отличном распределении по объему основных компонентов смеси для равномерности распределении столь малых добавок требуется значительно большее время.
Метод определения однородности бетонной смеси с иомо\щ>юрадиоактивных изотопов основан на вычислении вариации радиоактивности в 20—40 пробах смеси, содержащей какой-либо из изотопов (натрий 24, углерод 14, сера 35, кальций 45, кобальт 60 и др.). Изотоп вводится в бетоносмеситель с водой затворения либо с одним из компонентов. Этот метод требует привлечения специалистов и может выполняться только при соблюдении специальных правил по охране труда при работе с радиоактивными веществами.
Изложенное позволяет заключить, что большинство методов анализа однородности бетонной смеси (по надежности, плотности бетонной смеси и ее растворной части, по содержанию цемента и воды) не позволяет добиться необходимой точности измерений, обеспечив, при этом, высокую чувствительность. Методы оценки содержания в пробах отдельных компонентов не позволяют, кроме того, судить о качестве перемешивания в целом, но могут быть полезны для исследования особенностей технологии и оборудования. Для этих целей можно рекомендовать применение методов, основанных на введении в бетонную смесь «меток” (цветных материалов зернистых, люминофоров, радиоактивных добавок и пр.).
В производственных условиях целесообразно применять метод оценки однородности бетонной смеси по результатам мокрого отсева крупного заполнителя, характеризуемый достаточной точностью и сравнительно малой трудоемкостью.
Оценка качества перемешивания смеси по результатам испытаний затвердевшего бетона. В отличие от методов испытания бетонной смеси исследование бетона позволяет получить сведения не только в части однородности приготовленного материала, но и его средней прочности после затвердения.
Выявление зависимости показателей качества бетона (прочности Я и среднеквадратического отклонения прочности 8) от продолжительности перемешивания может быть проведено по результатам обычных контрольных испытаний в процессе нормальной эксплуатации бетонного завода. При подобного рода исследованиях на показатели качества влияют не только изменчивость интересующего экспериментатора фактора (в данном случае продолжительность перемешивания), но и флуктуация множества других, иногда остающихся неизвестными, причин. В связи с этим для выявления исследуемого эффекта требуется, как правило, продолжительное накопление результатов многих десятков испытаний. Длительность подобных исследований не позволяет рекомендовать этот подход как основу для проведения сравнительных или приемочных испытаний бетоносмесителей. В этих случаях необходима постановка специально направленных опытов, позволяющих получить результаты в короткие сроки.
Следует отметить, что определение оценки среднеквадратического внутризамесного отклонения прочности бетона по результатам текущих испытаний, проводимых заводской лабораторией с целью контроля прочности бетона, связано с существенными неточностями.
Первая из них — неточность вычисления внутризамесного среднеквадратического отклонения по малому числу контрольных образцов, характеризующих исследуемый замес (обычно одной серии из трех образцов). Вторая неточность заключается в том, что на практике, как правило, три контрольных образца не характеризуют разброса прочности всего замеса, так как изготавливаются из одной пробы смеси, отобранной в одном месте в замесе. Для уточнения методики оценки качества перемешивания по результатам испытаний контрольных образцов бетона были проведены дополнительные расчетные и экспериментальные исс ледования.
Значения X 2 — распределения для различных уровней вероятности Р табулированы. Число степеней свободы для определения по таблицам X.2 и X 2 следует принимать равным / = л — 1. В табл. 3.2 приводится пример вычисления доверительных интервалов для истинной величины среднеквадратического отклонения 5ВНЛ при выборочной ее оценке о®“-3 = 2,0 МПа и принятом уровне вероятности Р = 0,8, допускающем возможность выхода истинных значений в 10% случаев за нижнюю и в 10% за верхнюю границу вычисленного интервала.
Достоинствами вертикальной компоновки являются сокращение в 2—3 раза площади застройки при одинаковой производительности, а так-
же однократный подъем составляющих материалов в расходные бункера с последующим гравитационным прохождением вплоть до выгрузки готовой бетонной смеси в транспортные средства. Сокращение площади застройки весьма существенно при сооружении установок в черте города. Заводы и установки, выполненные по партерной схеме, имеют меньшую высоту, что облегчает их монтаж. В то же время число единиц подъємного оборудования для материалов и число точек пе регрузок при партерной компоновке больше, чем при вертикальной. БСУ, рассчитанные на долговременную эксплуатацию в одном пункте, обычно выполняют по вертикальной схеме. Компактность сооружения в данном случае оказывается важнее, чем разовое увеличение продолжительности или даже стоимости монтажа. Напротив, последние качества оказываются определяющими для мобильных бетонных заводов, которые вы полняются, как правило, партерными.
Партерные установки предпочтительны также в пионерный период строительства, когда нужно быстро ввести их в эксплуатацию. Характерным для современных бетоносмесительных установок партерного типа является ступенчатое расположение только технологического оборудования для подачи и дозирования заполнителей. Оборудование линии цемента компонуется по вертикальной схеме, что позволяет подавать цемент из расходного бункера в смеситель сверху вниз без промежуточных устройств.
В партерных установках преобладают многокомпонентные дозаторы заполнителей. При этом практикуется использование ковша скипового подъемника в качестве весовой емкости дозатора или весового сборного ленточного конвейера, что позволяет уменьшить технологически необходимую высоту и избежать проме жуточных транспортных операций.
Заполнители в партерных установках помещаются в расположенных линейно расходных бункерах или в радиальном складе с центральным распределителем. В его нижней части имеются затворы или питатели, через которые материал поступает в многокомпонентный дозатор. К центральному распределителю материалы из радиального склада подаются стреловым скрепером.
Линейные бункера загружают чаще всего колесным погрузчиком непосредственно при небольшой их высоте или через промежуточные наклонные конвейеры. Под бункерами располагается весовой ленточный конвейер, подвешенный на месдозах с тензодатчика ми, который служит многокомпонентным дозатором заполнителей.
На рис. 1.5 дана схема партерной бетоносмесительной установки с линейным расположением расходных бункеров заполнителей и расходными бункерами це мента над дозировочно-смесительным отделением.
При создании современных бетонных заводов ’’башенного” типа также наблюдается тенденция более рационального и компактного размещения технологического оборудования. Так, в ряде современных башенных бетоносмесительных установок наиболее насыщенное технологическим оборудованием дозировочно-смесительное отделение размещается на одном этаже, вместо двух, как в установках ранних конструкций. Это было достигнуто благодаря применению многокомпонентных дозаторов заполнителей и бетоносмесителей принудительного действия с небольшим перепадом по высоте между загрузочными и разгрузочными отверстиями.
Компоновка бетоносмесительных установок во многом определяется характером расстановки бетоносмесителей. Их расположение может быть линейным или гнездовым. Преимуществом гнездового расположения является возможность загрузки до трех — пяти бето- носместителей из одного комплекта дозаторов, так как центры загрузочных отверстий бетоносмесителей располагаются симметрично относительно центра загру
зочной сборной воронки. При линейной схеме загрузка более двух бетоносмесителей из одного комплекта дозаторов осложнена.
Линейная схема расположения предусматривает для каждого бетоносмесителя самостоятельное разгрузочное отверстие, в то время как при гнездовой схеме разгрузка может осуществляется в одну общую воронку либо в один бункер готовой бетонной смеси.
Гнездовая компоновка удобна для убыстрения загрузки транспортных средств большой грузоподъемности и при ограниченном количестве выпускаемых одновременно составов бетонной смеси. Такая схема применяется для бетонных заводов крупных гидротехнических строительств. Интересно отметить, что применяющиеся в США особо крупные бетоносмесители (объемом 6—9 м3), загружающие одним замесом крупно- тоннажные бетоновозы, устанавливаются по линейной схеме. При этом загрузка транспортных средств каждым бетоносмесителем происходит независимо друг от друга.
Бетонные заводы бывают стационарными, инвентарными и передвижными (мобильными). Стационарные заводы сооружают в районах долговременного строительства, а также в блоке цехов постоянно действующих заводов железобетонных изделий.
Отечественной машиностроительной промышленностью серийно выпускается и централизованно поставляется технологическое оборудование стационарных бетоносмесительных установок с двумя смесителями с объемами (по загрузке) 750, с одним 1500 лис четырьмя смесителями 3000 л, на базе которых по типовым проектам сооружаются бетонные заводы башенного типа. При этом технологическое оборудование поставляется россыпью, доукомплектовывается при строительстве завода, что приводит к увеличению продолжительности строительства.
В последние годы для использования как в качестве стационарных, так и инвентарных все шире применяют бетонные заводы, скомпонованные из объемных блоков транспортных габаритов.
Комплексные монтажные блоки состоят из несущих стальных конструкций, стеновых панелей, технологического оборудования и необходимых коммуникаций (электрических, сантехнических, воздушных и пр.). Максимальная заводская готовность подобных
блоков позволяет осуществлять монтаж бетонного завода в сжатые сроки. Так, например, блочный бетонный завод «башенного” типа производительностью 60 м3/ч конструкции Оргэнергостроя, состоящий из 17 пространственных и 52 плоских блоков, может быть смонтирован за 2 недели при двухсменной работе. Перевозка блоков такого завода может осуществляться на при- цепе-тяжеловозе грузоподъемностью 20 т.
Зарубежные фирмы также идут по пути сооружения башенных бетонных заводов из объемных блоков. На рис. 1.6 показана схема монтажных блоков бетоносмесительной установки башенного типа.
Блочное исполнение быстромонтируемых установок с высокой степенью заводской готовности блоков является прогрессивным направлением не только для «башенных”, но и «партерных» БСУ.
В настоящее время практически все «партерные» бетоносмесительные установки как в нашей стране, так и за рубежом выпускаются только в блочном исполнении. На месте эксплуатации осуществляется только монтаж блоков и стыковка коммуникаций, для чего достаточно нескольких рабочих смен.
Отечественной промышленностью серийно выпускаются три типоразмера партерных бетоносмесительных установок СБ-140, СБ-134, СБ-145 с цикличными смесителями с объемами (по загрузке) соответственно 375, 750×2 и 1500 л и бетоносмесительная установка непрерывного действия СБ-109А производительностью 135 м/ч. Установка СБ-145-2 производительностью до
ЗО м3/ч с бетоносмесителем принудительного переме шивания СБ-138А (объемом готового замеса 100 л) состоит из 7 технологических блоков, блока бункеров-заполнителей и двух силосов для цемента. Доставка блоков на объект предусматривается на железнодорожных платформах или полувагонах. Аналогичная бетоносмесительная установка ПМ-1 выпускается Минтрансстро- ем по лицензии фирмы Штеттер, ФРГ. Отдельные модули этой установки перевозят на буксире.
Затраты на демонтаж и монтаж заводов могут существенно отразиться на себестоимости конечной продукции при кратковременной эксплуатации завода на каждой площадке. В этом случае, например, для небольших объектов и сельских строек оказывается выгодным применять мобильные бетонные заводы, не требующие для перемонтажа разборки на элементы, несмотря на более высокую их первоначальную стоимость. В практике крупного дорожного строительства применяются мобильные бетоносмесительные установки производительностью до 100 М3/ч и более.
Мобильные БСУ бывают как моноблочные, так и состоящие из нескольких самостоятельно перемещаемых модулей. Мобильные БСУ в отличие от блочных перемещаются на собственной колесной базе на буксире и, как правило, не требуют для монтажа применения грузоподъемных механизмов, а перевод мобильных установок из транспортного в рабочее положение занимает несколько часов.
В СССР серийно выпускается мобильная бетоносмесительная установка СБ-140 производительностью 12 м3/ч. Установка СБ-140 самомонтирующаяся с цикличным бетоносмесителем оснащена радиальным складом заполнителей. Для ее перебазирования используют подкатной одноосный прицеп.
Ряд моделей передвижных бетоносмесительных установок разработан и изготовлен для собственных нужд Минпромстроем БССР.
За рубежом мобильные бетоносмесительные установки применяют весьма широко. Например, фирма «Эльба” (ФРГ) выпускает мобильные установки широкой номенклатуры (10-15, 25, 35, 45, 60 м3/ч). Монтаж такой установки производится за несколько часов. Для открытого склада заполнителей устраивают бетонную площадку. В крупном дорожном строительстве в 52
США применяют еще более мощные мобильные бете носмесительные установки. Фирма «Кёриг” (США) вы пускает бетоносмесительную установку, оснащенну* двумя бетоносмесителями с объемом готового замеса п< 7,6 м3 каждый. Производительность этой установк! 630 м3/ч.
Мощные отечественные бетоносмесительные уста новки для дорожного строительства СБ-109А произво дительностью 135 м?/ч и СБ-118 производи тельностью 240 м3/ч монтируют кранами. Установк» оснащены оборудованием непрерывного действия.
