Транспортирование бетонной смеси с помощью ленточных конвейеров, насосами, пневмотранспорт
С увеличением производительности смесительных установок все большее значение приобретает транспортирование смеси. Это ведет к развитию эффективных транспортных средств наряду с ленточными, цепными, ковшевыми транспортерами и трубопроводами широкое применение в последние годы находит ее транспортирование специальными транспортными средствами.
Общие технические условия.
Каждый метод транспортирования предъявляет к свойствам бетонной смеси и тем самым к составу бетона специфические требования. Принципиальная пригодность обычных методов транспортирования бетонной смеси характеризуется «транспортирующей готовностью». Бетон и бетонная смесь должна обладать хорошей стабильностью при транспортировании, т. е. не должна при этом расслаиваться. Транспортными средствами с незначительной производительностью (таблица).
Таблица. Производительность и область применения средств для транспортирования бетонной смеси.
Транспортные средства | Производительность, м3/ч | Консистенция смеси |
Тачка | 2—3 | V1-V5 |
Тележка | 4—6 | V1-V5 |
Кран с кюбелем | 6—12 | (V1, V2) V3 (V4) |
Бетононасос | 10—60 (150) | V3 V4 |
Как правило, можно транспортировать как жесткие, так и пластичные смеси. С увеличением производительности этих средств ужесточаются требования к консистенции смесей.
Во время транспортирования смесь может расслаиваться вследствие колебаний, сдвигов перемещений и других причин При этом обычно легкое цементное тесто (плотность =1,82 кг/дм3 при В/Ц =0,5) всплывает, а тяжелые заполнители (плотность в среднем 2,65 кг/дм3) оседают. Кроме того, нежелательно отделение воды из смеси. Этого расслоения можно избежать с помощью специальных мероприятий.
Особые трудности доставляют, как правило, экстремальные погодные условия. При солнечной инсоляции бетонная смесь вследствие потери воды и ускоренно протекающей гидратации цемента может во время транспортирования так загустеть, что будет не пригодна для переработки. Дождь наряду с вымыванием и расслоением приводит к потере прочности бетона из-за повышенного водо-цементного отношения. Мороз может полностью исключить возможность транспортирования смеси благодаря технологическим устройствам и срочным мерам удается уменьшить влияние экстремальных погодных условий.
Рисунок. 21. Влияние поверхностно-активной добавки замедляющего действия (Rodosal) на консистенцию бетонной смеси и прочность бетона на сжатие 1. По сравнению с бетоном без добавки 2 возможно более длительное время переработки смеси без потери прочности
Рисунок. Средние значения времени схватывания цементов, поставляемых различными заводами-поставщиками бетона.
Время относится к нормальным условиям испытаний и может сократиться при повышенных температурах и удлиниться при низких. Важное значение имеет и сокращение времени транспортирования, чтобы избежать загустевания смеси в результате начавшейся гидратации. В зависимости от вида цемента и состава бетона с помощью осторожного встряхивания или введения добавок, замедляющих процесс гидратации, можно значительно увеличить время переработки смеси На рисунке показано на примере бетона марки 225, который был изготовлен на портландцементе марки PZ загустевания ни в коем случае нельзя переносить на бетон другого состава или с другим цементом. Следовательно, время транспортирования должно быть установлено только после достаточно серьезных исследований.
Транспортирование с помощью ленточных конвейеров
Установленные на строительстве ленточные конвейеры также пригодны для транспортирования бетонной смеси. Обычная их скорость 1 — 2 м/с, при стационарных установках она может достигать 4 м/с. Если составлены подряд несколько ленточных конвейеров, то следует обеспечить им одинаковую скорость с тем, чтобы избежать подпора материала. Допустимый уклон транспортеров смотрите таблицу зависит от угла естественного откоса свежеприготовленной смеси и соответственно от ее консистенции.
Пояс с выступами делает возможным монтаж с большим углом наклона. Однако при этом нельзя чистить ленту транспортера скребками: после короткого срока эксплуатации она так сильно загрязняется, что дальнейшее транспортирование смеси исключается. Сухие смеси мало пригодны для такого транспортирования из-за возможности расслоения. Пластичные смеси текучи, а следовательно, также склонны к расслоению и, кроме того, загрязняют установки.
Если бетонная смесь падает с ленты, то происходит разделение заполнителя, как и при его рассеивании за счет центробежной силы, так что крупные фракции оказываются на периферии. Чтобы избежать расслоения, особенно в случае применения сухих смесей, можно оборудовать ленточный конвейер воронкой или направляющей трубой.
Транспортирование по трубопроводам
Трубопроводный транспорт приобретает на строительстве все большее значение. Это касается как объема применения, так и производительности. В мировой практике при использовании бетононасосов достигается подача смеси максимально на высоту до 270 м при радиусе действия 700 м. и производительности 150 м2/ч.
Вследствие этого, как правило, возрастает расход цемента, что сужает значение консистенции и повышает требования к однородности состава бетонной смеси Поэтому подача смеси по трубам по сравнению с другими способами транспортирования невыгодна. Но при общем экономическом балансе достоинства трубопроводного транспорта перекрывают его недостатки. Пневмотранспорт, развивавшийся еще в 50-х годах, находит сегодня применение в особых случаях для специальных условий.
Таблица. Соотношение между консистенцией смеси и углом наклона ленты транспортера.
Консистенция | Максимальный угол наклона ленты при транспортировании, град | |
вверх | вниз | |
V1 | 30 | 15 |
V2 | 25 | 12 |
V3 | 20 | 10 |
V4, V5 | Для ленточного транспортера не пригодны | |
Технологические особенности бетонной смеси.
Благодаря текучести пластичной бетонной смеси соответствующего состава возможно ее транспортирование по трубам. Бесперебойная работа предполагает образование на стенках трубы слоя смазки и возникновение пробки, чтобы свежеприготовленная бетонная смесь под влиянием действующих на нее сил могла продавливаться через трубопровод без расслоения Однако этот необходимый слой смазки образуется только тогда, когда смесь содержит достаточное количество цементного теста или мелкой растворной части и меж зерновое пространство бетонной смеси заполняется ими уже при транспортировании.
При недостаточном количестве мелкой растворной части заполнители не «плавают» в растворе. Крупные зерна взаимно «подпираются», и давление передается через зерна заполнителя на стенки трубы. В результате смазочный слой оказывается недостаточным, возрастает сопротивление трения и трубопровод закупоривается. К сожалению, в практике такие технологические трудности часто исправляют лишь за счет повышения расхода цемента и воды, что недопустимо из-за возможного снижения качества бетона (низкой морозостойкости, повышенных деформаций усадки), но и по экономическим соображениям.
Хорошие транспортные характеристики позволяют гарантировать значительное удешевление бетона при соблюдении соответствующих требований в отношении зернового состава, содержания тонких зерен и консистенции бетонной смеси Оптимальный зерновой состав ограничен предельными кривыми рассева.
Таблица. Ориентировочные значения содержания тонкомолотых зерен при транспортировании по трубам.
Максимальный размер зерен, мм | Содержание тонко молотых зерен, кг/м3 |
8 | 475 — 525 |
16 | 400 — 450 |
31,5 | 325 — 375 |
Тонкомолотые зерна содержат цемент и заполнитель 0 — 0,25 мм.
Особую важность имеет достаточное содержание тонкомолотых зерен (цемент и заполнитель с размером до 0,25 мм), которые вместе с водой образуют как слой смазки, так и пробку, сотрите таблицу.
Как уже объяснялось, при подборе состава бетона необходимое содержание тонкомолотых зерен повышается при пониженной максимальной крупности зерен. Однако избытка мелкомолотых зерен следует избегать, так как это, как и высокое содержание цемента, осложняет транспортирование. Пластинчатый материал или щебень как заполнитель в бетонной смеси вследствие ее плохой транспортировки насосом требует больше мелкомолотых зерен, поэтому необходимо применять различную гравийно-песчаную смесь с окатанной формой зерен. Смесь с консистенцией (V= 1,23 — 1,12) считается надежной для перекачки насосами. При пластичной консистенции смеси (V4 и V3) увеличивается ее склонность к расслоению и к засорению трубы.
В практике строительства поведение бетонной смеси при транспортировании насосом рассматривают как форму непосредственного контроля ее качества, так как ошибки в составе смеси приводят к ее закупорке. Добавки для разжижения и порообразования смеси улучшают, как правило, ее способность транспортироваться насосом. При этом порообразователи можно вводить лишь в небольшом количестве во избежание нежелательных амортизирующих усилий в столбе бетонной смеси.
Рисунок. 23. Образование пробки при транспортировании бетонной смеси по трубам
а — непрерывное транспортирование смеси с помощью насоса и сжатого воздуха, б — пор ционное транспортирование сжатым воздухом, в — слои «смазки»
Рисунок. Кривые рассева душ зерна бетона с крупностью 32 мм.
Зерновой состав при подаче бетонной смеси насосом должен лежать в заштрихованной области При крупности зерен 8 или 16 мм таким же образом выбирают область ниже кривой рассева В Размер отверстий сит, мм смазки, а в центре — «пробка» из движущейся бетонной смеси;
Краткие выводы: при транспортировании смеси по трубам заполнитель должен «плавать» в растворной части с тем, чтобы на стенке трубы возник слой при проектировании бетонной смеси определенной консистенции для ее транспортирования по трубам следует добиваться оптимального содержания мелкомолотых зерен и предельных кривых рассева, это значительно экономичнее, чем повышение расхода цемента и воды.
Подача бетонной смеси насосами.
Машиностроительная промышленность предлагает широкий ассортимент бетононасосов различных конструкций. Если радиус действия и производительность насосов в значительной степени типовые, то связь между режимом их работы и составом бетонной смеси остается общепринятой (рисунок).
При работе насоса преодолеваются силы трения между бетонной смесью и стенками трубы. Необходимое рабочее давление, например при вертикальном транспортировании на 10 м, складывается из:
- 0,23 МПа (масса столба бетона высотой 10 м)
- 0,02 МПа (усредненное сопротивление трения)
Итого: 0,25 МПа
Отсюда можно было бы вывести отношение радиуса действия насоса при горизонтальном и вертикальном перемещениях смеси, как 10:1. Однако жесткая консистенция смеси и высокая скорость транспортирования должны значительно повысить сопротивление трению (напор), так что в практике подача смеси в длину на 5 — 6 м эквивалентна ее подаче на высоту 1 м. Наличие колен в трубопроводах создает дополнительные трудности. Причем изменение направления на 10° по горизонтали соответствует прямому участку трубы длиной около 1 м (90° колено равно 9 м)
Из условий эксплуатации водопроводных сетей известно, что маленькое поперечное сечение трубы приводит к высоким потерям давления. Это относится также к бетонным смесям и ведет к выбору оптимального диаметра труб не только ради повышения мощности, но прежде всего для обеспечения требуемого напора и экономии энергии. Кроме того, следует учитывать максимальный размер зерен заполнителя: номинальный внутренний диаметр трубы должен быть диаметров максимального зерна. Из-за частого применения бетонных смесей с максимальным размером зерен 32 мм необходимо иметь номинальный внутренний диаметр трубы 150 мм и для автоматических бетонных насосов 100 мм (максимальный размер заполнителя 16 мм). При незначительном диаметре трубы (80 мм) или при уменьшении численного отношения ее диаметра к максимальному диаметру зерна значительно возрастут силы трения, что повлечет за собой увеличение подпора, снижение радиуса действия трубы и ее возможную закупорку.
Для эксплуатации насоса благоприятно, если непосредственно следующий за ним участок трубы прямой и горизонтальный. Нагнетательный трубопровод располагают по возможности дальше от насоса, потому что он при этом меньше нагружает шибер насоса. Так как наклонный нагнетательный трубопровод способствует расслоению, то предпочтение отдают вертикальному трубопроводу.
Гораздо сложнее решается вопрос о нисходящей подаче смеси Вследствие недостаточного давления столба бетонной смеси пробкообразование оказывается несовершенным. Пластичные смеси при этом имеют склонность к быстрому расслоению, так что даже установленное количество пылеватых частиц (которые должны воспрепятствовать срыву столба бетонной смеси) не обеспечивает полной безопасности проведения работ. Поэтому на сверхбольшие расстояния можно качать насосом вниз лишь относительно жесткие бетонные смеси.
В случае эксплуатации протяженных насосных линий при нормальном составе бетонной смеси, подаваемой насосом, мелкозернистого раствора недостаточно, чтобы создать слой смазки на стенках трубы. Для этого пригодны смеси с 50%- ным содержанием раствора повышенной тонкости. При экстремальных температурах среды теплоизоляция трубы обязательна для безопасной эксплуатации, поскольку при высоких температурах смесь густеет, а зимой возникает опасность ее замерзания. Особое значение это обстоятельство приобретает при запусках насосов и кратковременных перерывах в подаче смеси. До — 10° С рекомендуется устройство теплоизоляции, при — 15° С она обязательна.
На стройках нельзя забывать, что в магистрали протяженностью 300 м типа NW150 находится 6 м3 бетонной смеси, поэтому насос должен быть рационально использован при повреждениях системы или наслоениях смеси.
Пневмотранспорт для бетонной смеси.
При пневматическом транспортировании смесь через ресивер доставляется в магистраль и затем с помощью сжатого воздуха подается к месту укладки.
Такой вид подачи смеси может быть порционным или непрерывным. При непрерывной подаче бетон и бетонная смесь из ресивера продавливается в магистраль. В этом случае ее транспортирование по трубам мало чем отличается от транспортирования с помощью насоса.
При порционной доставке в трубах происходит постоянная перегруппировка пробок и остаются большие скопления смеси, которые в последующем снова собираются в пробки.
При эксплуатации установок сжатого воздуха, особенно при порционной доставке, часто происходят расслоения смесей и поломки. Так, при подаче воздуха с запаздыванием крупный заполнитель уносится из отложений в трубы (очевидно, происходит акустический удар камня возле стенок трубы) и ведет себя как крупнозернистая смесь. Напротив, при ранней подаче воздуха его расширяющая сила недостаточна. Она уносит лишь мелкие частицы, в то время как крупный заполнитель снова оседает. Для уменьшения расслоения часто рядом с местом укладки бетонной смеси устраивают промежуточный накопительный силос. Особенности порционной подачи будут уравновешивать отклонения от расчетной консистенции благодаря перемешиванию, и поэтому требования к составу бетона могут быть не такие жесткие. Этим способом удается также транспортировать вниз почти текучие смеси, если, например, отказаться от бетононасоса.
В отличие от насосных установок при пневмотранспорте нагнетательные трубопроводы следует располагать сразу же за ресивером. Порционная подача может прерываться, так как труба не засоряется. Местонахождение засорения устанавливается простукиванием трубы и ликвидируется без больших трудностей.
Транспортирование с помощью кюбеля.
На строительстве можно транспортировать в кюбелях лишь пластичные и сильно пластичные бетонные смеси. При этом раздаточный бункер должен быть расположен отвесно, чтобы готовая смесь полностью вытекала из него самотеком. Ширина (самый меньший размер) раздаточного бункера должна составлять минимум трехкратный диаметр наибольшего зерна с тем, чтобы не возникал подпор.
Используемые в бетонном производстве жесткие смеси (консистенции V1 и V2) проявляют себя при транспортировании в кабелях весьма неблагоприятно из-за высокой вязкости цементного теста, что прежде всего ведет к трудностям при разгрузке кабеля. Эти смеси могут быть приведены в текучее состояние с помощью наружных вибраторов, устанавливаемых в зоне люка кюбеля. Однако перед включением вибратора следует на всякий случай открывать люк кюбеля, чтобы бетонная смесь в кюбеле не расслаивалась. До сих пор лишь в редких случаях удается сконструировать такие широкие и отвесные раздаточные люки кюбеля, чтобы при очень жесткой если можно было обойтись без вибратора.
Транспортирование в авто бетоносмесителях бетона
Изготовление бетона на централизованных смесительных установках способствует значительным успехам в строительстве из монолитного бетона как в отношении производительности труда и экономии, так и качества бетона. Предпосылкой этого является развитие соответствующих транспортных средств, которые могли бы бетонную смесь заводского изготовления транспортировать на сверхбольшие расстояния в течение длительного времени без расслоения. При транспортировании смеси, приготовляемой в автосмесителе на ходу, централизованно дозируются лишь цемент и заполнитель. Вода добавляется во время движения автобетоносмесителя или на месте строительства.
В связи с тем что в практике строительства при обеспечении товарным бетоном зачастую встречаются неполадки, ниже излагаются технологические требования, которые нужно соблюдать для получения бетона высокого качества.
Требования к условиям перевозки смеси.
Товарную бетонную смесь можно доставлять как со стационарных бетонных заводов, так и со специальных заводов товарного бетона. При этом заводы должны выпускать широкий ассортимент бетонных смесей, так как на строительстве используются различные по консистенции смеси и марки бетона. Консистенция смеси определяет вид транспорта и время транспортирования, а также метод последующей транспортировки на стройке (трубный, кюбельный или ленточный конвейеры) и вид укладки и уплотнения.
Если переработка на строительстве пластичных смесей (консистенции V3 и V4) представляет собой весьма удобное решение, то из соображений экономии цемента и лучшей стабильности при транспортировании следует пытаться применять возможно более жесткие смеси.
В качестве исходного материала нужно применять как минимум четыре различных по крупности заполнителя, поставляемого с одного и того же завода-поставщика, чтобы можно было удовлетворить относительно широкие запросы потребителя при экономически оправданном составе бетона. Следует считаться с возрастающим значением добавок, которые используются в минимальных количествах.
