Теория и практика корректировки состава бетона на линиях безопалубочного формования. Как измерить подвижность бетона в смесителе во время перемешивания
Предприятия отечественной промышленности бетона и сборного железобетона, использующие приобретенные за рубежом линии непрерывного формования изделий на длинных стендах, оказываются в сложном положении при проведении пуско-наладочных работ.
Зарубежные фирмы, выпускающие указанные линии, работают в совершенно иных условиях: на заполнителях и цементах со стабильными характеристиками.
Поэтому поставщик иностранного оборудования при проведении пусконаладочных работ, изготавливая опытные образцы конструкций, не ставит своей задачей подбор составов бетона, а лишь демонстрирует работоспособность машин и передает технологической службе предприятия имеющиеся составы бетона, а также требуемые характеристики заполнителей и цемента.
Отечественная промышленность поставляет на предприятия материалы совершенно иного качества.
Песок. Карьерный или добытый со дня водоемов песок в большинстве случаев не подвергается предварительной обработке. Как правило, он засорен глинистыми примесями, находящимися как в межзерновом пространстве, так и в виде пленок на зернах песка, пленок, препятствующих сцеплению цементного теста с его поверхностью.
Пески имеют случайную (неоптимальную для данного бетона) гранулометрию, меняющуюся от замеса к замесу, в том числе и в результате сегрегации в процессе погрузочно-разгрузочных работ. Пески имеют случайную влажность, усугубляющуюся хранением материала на открытых складах.
В зарубежной практике песок моют, классифицируют (делят на фракции), обезвоживают, сушат, контейнизируют и, в таком виде, раздельно по фракциям, поставляют на предприятия.
Щебень. Поступающий на отечественные предприятия щебень должен имееть фиксированные размеры. Однако, как правило, он имеет значительные отклонения от требований стандарта, в первую очередь, засоренностью другими, в том числе, более крупными фракциями. Это может привести к получению брака при формовании изделия или к поломке оборудования, поэтому крупные фракции с частью лещадки на предприятиях необходимо отсеивать.
В процессе приготовления (дробления) образуется каменная мука, которая концентрируется, в основном, в мелкой фракции щебня, используемой в технологии непрерывного формования. При хранении ее на открытых складах эта мука превращается в «грязь», попадающую в смеситель.
Цемент. Желательно использовать чисто клинкерные цементы. Цементы, с минеральными добавками имеют менее стабильные характеристики, зависящие от типа добавки. Стоимость добавок в разы ниже стоимости цемента, поэтому предприятия по производству цемента насыщают его дешевыми добавками и в большинстве своем даже не указывают в паспорте их название.
Отечественные заводы по производству сборного железобетона не имеют приборов для экспресс-оценки качества поставляемого цемента и поэтому, чаще всего оказываются в положении «бери, что дают».
Суммируя убытки от приведенных выше особенностей использования отечественных заполнителей и цемента, следует оценивать их в увеличении расхода цемента — так как это практически единственный способ борьбы персонала предприятия за требуемые прочностные и структурные характеристики бетона.
Экспертная оценка авторов: перерасход цемента составляет не менее 20%.
В ряде нормативных документов зарубежных стран использование природных песков вместо фракционированных оценивается в дополнительном увеличении расхода цемента на 15-20%.
Отработка технологии на линиях непрерывного формования достаточно сложный процесс. Небольшие изменения величины ОК в 1÷1,5 см, которые, вполне допустимы при агрегатно-поточной технологии, при безопалубочном формовании являются определяющими качество изготовления, например плит перекрытий, которые являются наиболее распространенной номенклатурой изделий на этих линиях.
В процессе формования пустотных плит и ригелей при несоответствии величин ОК происходит или затекание бетона в отверстия пустотных плит, или разрушение стенок при изготовлении ригелей (Рис.1,2,3).
Рис. 1. Превышение подвижности смеси (ОК) приводит к затеканию бетона в пустоты плит перекрытий
Рис. 2. Превышение подвижности смеси (ОК) приводит к разрушению стенок ригеля
Рис. 3. Низкая величина ОК приводит к недостаточному уплотнению стенок ригеля и их разрушению в процессе формования
Стандартная методика измерения ОК проводится на двух пробах бетона, извлеченных из смесителя, и занимает в среднем 10 минут.
Теперь необходимо откорректировать состав (например, введением воды, если ОК ниже требуемой), продолжить перемешивание и т.д.
По существу, необходима иная методика, позволяющая осуществлять корректировку состава в процессе перемешивания бетонной смеси.
Многочисленные систематические эксперименты показали, что на конкретных материалах и конкретном оборудовании расходы цемента, песка, щебня и водоцементного отношения для бетонных смесей, предназначенных для изготовления многопустотных плит перекрытий, при изменении подвижности смеси изменяются незначительно. Относительно значимо меняются три параметра: величина ОК бетонной смеси, количество воды затворения и величина силы тока двигателя смесителя в амперах (Табл.1).
Таблица 1.
| Значимые показатели | Сила тока (А) | ОК (см) | Вода (л/м³) |
| Минимальные и максимальные величины | 28,45 | 1,0 | 125 |
| 25,05 | 4,0 | 130 | |
| Разница | 3,40 | 3.0 | 5 |
Показано, что основным критерием качества результатов подбора состава бетона (при постоянной величине В/Ц) является визуальная оценка состояния изделия (ленты) после завершения процесса формования. Испытания 14 проб с различным количеством воды затворения в бетонной смеси подтвердили высокую степень корреляции между показателями визуальной оценки качества формования плит перекрытий и изменениями силы тока двигателя смесителя.
В итоге, влияние изменения силы тока на качество виброформования плит перекрытий (для конкретного предприятия и установки) оказалось:
Ниже 27,05А –низкое качество изделий из-за высокой подвижности смеси.
Выше 28,20А –низкое качество изделий из-за недостаточной подвижности смеси.
От 27,15до 27,80А –хорошее качество изделий.
Было показано, что изменение величины силы тока мотора бетоносмесителя позволяет установить время завершения процесса перемешивания (Рис.4).
Рис. 4. Зависимость величины силы тока от времени перемешивания для бетонной смеси с ОК=3,0см (планетарная бетономешалка 2250/1500л).
На графике показана S-образная зависимость «насыщения процесса» перемешивания бетонной смеси. Так, при перемешивании свыше 90 секунд величина силы тока практически не изменялась. Стабилизация величины силы тока характеризует минимальные затраты энергии при достижении требуемой подвижности.
Для других величин ОК были получены аналогичные зависимости (Рис.5).
Рис. 5. Зависимость величин силы тока от времени перемешивания
для подвижности (ОК=1,0; 2,1; 3,0см).
Нижний график: при ОК=3,0см;
достаточное время перемешивания t- 90 сек.;
необходимая подвижность (НП) — 37,0А.
Средний график: при ОК=2,1 см;
t-126 сек.;
НП — 40,4 А.
Верхний график: при ОК=1,0см;
t-141 сек.;
НП- 46,1А.
На рис.6 приведена практически линейная зависимость между величинами НП (А) и ОК(см).
Рис.6. Зависимость между величинами силы тока (А) при оптимальном времени перемешивания бетонных смесей (с рис.5)
Разумеется, данные, приведенные на рис. 3-5 справедливы только для конкретного БСУ, конкретных материалов и составов бетона. При изменении условий перемешивания, характеристик материалов и др. характер графика сохраняется.
На рис. 7 приведены зависимости для других видов смесителей с различной мощностью и схемах перемешивания.
Рис. 7. Зависимость НП(А) от величин ОК(см) для других смесителей
Анализ приведенных графиков позволяет установить надежную корреляцию между необходимой подвижностью (НП) бетонной смеси, определяемой по величине силы тока двигателя смесителя, и величиной ОК и это, в свою очередь, означает возможность измерения ОК по величине НП.
Приведенные результаты исследований позволяют определять ОК бетонной смеси в процессе перемешивания и, следовательно, осуществлять корректировку состава бетона без перерыва в процессе перемешивания.
Пример из практики. Было получено, что при ОК=3,0см время необходимого перемешивания составило 90 секунд. После завершения перемешивания в течение этого времени показатель НП должен был равен 37,0А. При выполнении очередного замеса показатель НП был равен 37,8А, т.е. бетон оказался менее подвижным, чем требовалось. Для получения требуемой НП оператор БСУ добавил 2,0л воды в имеющуюся смесь и продолжил перемешивание в течение 30 секунд. Показатель СП стал равным 37,1 А. Это позволило прекратить перемешивание и передать бетонную смесь на формовочную машину.
У оператора БСУ имеется инструкция, указывающая какие действия он должен выполнить при несовпадении требуемой НП с величиной силы тока (А).
Дополнительную воду оператор БСУ во избежание излишней погрешности должен добавить не из общего дозатора воды объемом 100-150л, а специального дозатора объемом 5л, используемого для корректировки состава, чтобы обеспечить требуемую точность дозирования 1%.
Показатель НП достаточно чувствителен к влиянию ряда различных факторов, но он суммирует их воздействие на бетонную смесь. Это означает, что перед началом каждой смены оператору БСУ следует заново строить график, приведенный на рис. 4. Получение этого графика не требует существенных затрат времени. Операция может быть выполнена в процессе подготовки первого замеса.
При выполнении повторных замесов необходимо контролировать величину НП и при совпадении этого показателя с показателем предыдущих замесов, оператор вправе считать, что бетонная смесь по величине ОК такая же, как и у прежних замесов.
Возможность корректировки режима формования имеется и у оператора формовочной машины, который на основе визуального контроля процесса формования, может улучшить его качество изменяя соотношение частоты вибрационных воздействий и скорости передвижения формовочной машины.
Разработка механизма внесения изменений в характеристики НП в процессе перемешивания позволяет подготовить компьютерную программу автоматизации процесса корректировки состава бетонной смеси при изготовлении широкой номенклатуры железобетонных конструкций на линиях непрерывного безопалубочного виброформования.
Автор: Заикин Виктор Александрович,
Генеральный директор ООО «Строительные технологии и машины-М»
+ 7 903 722 02 98 (WhatsApp, Telegram);
+ 7 705 801 88 88
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.