Технология приготовления тяжелого бетона

    ВВЕДЕНИЕ

     Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения  специально приготовленной смеси, состоящий  из вяжущего материала, крупного и мелкого  заполнителя и воды. При необходимости  в бетонную смесь вводят специальные  добавки, улучшающие его технологические и структурные характеристики. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

     Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Возможность получить материал с самым различным комплексом свойств, высокая архитектурно-строительная пластичность, сравнительная простота и доступность технологии, малая энергоемкость и возможность успешного использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, хорошие технико-экономические показатели, экологическая безопасность - все это вывело бетон на первое место среди строительных материалов.

     Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.

     Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток бетона устраняется в железобетоне, когда растягивающее напряжение принимает арматура. В силу этих основных преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.

     В качестве вяжущего чаще всего берут  портландцемент, но могут быть использованы и другие вяжущие: строительный гипс, битум, полимеры, вяжущие низкой водопотребности (ВНВ) и др.

     Крупный заполнитель - щебень или гравий, мелкий - песок.

     В зависимости от плотности различают  бетоны:

     - особо тяжелые бетоны - плотностью более 2500 кг/м³, изготавливаемые на особо тяжелых наполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.). Эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;

     - тяжелые бетоны - плотностью 2200-2500 кг/м³ на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;

     - облегченные бетоны - плотностью 1800-2200 кг/м³;

     - легкие бетоны - плотностью 500-1800 кг/м³.

     При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые  характеристики бетона: класс (марку) прочности  бетоны, марки морозостойкости и  водонепроницаемости. Бетон должен быть однородным - это важнейшее техническое и экономическое требование.

     Тяжелый цементный бетон идет на сооружение фундамента дома, для бетонирования погреба, овощной ямы, водоема, бассейна, устройства дорожек, ступенек крыльца и др. Плиты перекрытий, плиты дорожных покрытий, перемычки, элементы оград, подвалов и фундаментов, детали колодцев и столбы освещения также изготавливают на основе тяжелого бетона.

     Специальные виды бетонов

       Гидротехнический  бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.  

       Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости. Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 - 5,5 МПа при марках М300 - М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками МРЗ 150 и МРЗ 200.  

       Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих - белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород. Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М 150, а морозостойкость - МРЗ 50.

       Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 1770^оС, огнеупорные -1580 - 1770^оС и жароупорные - ниже 1580^оС. Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др. Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250. Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.  

       Особо тяжелые  бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений. Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды. Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/м^З. В качестве вяжущих используют портландцементы, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. С целью повысить защитные свойства гидратных бетонов (названных так в связи с большим содержанием химически связанной воды) в их состав вводят добавки: карбид бора, хлористый литий и др.

       Прочность и долговечность особо  тяжелых бетонов такие же, как  у обычных тяжелых бетонов.  Бетонополимеры представляют собой  бетоны, поры которых заполнены  полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз. Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ ОТРАСЛИ

     В современном строительстве наиболее часто используются бетонные смеси, при производстве которых используются цементы и другие неорганические вяжущие вещества, которые, при смешивании с другим активным компонентом (водой) образуют так называемый цементный камень. Заполнитель чаще всего (есть исключения) не вступает в химическую реакцию с другими ингредиентами смеси, поэтому его относят к инертным материалам. Его зерна скрепляются посредством цементного камня, благодаря чему, (при застывании массы) образуется монолит с высокими показателями прочности. Цемент составляет около 10 – 15 процентов от массы бетона, а зерна заполнителя и вода – около 85 - 90%. При изготовлении бетонной массы целесообразно (с точки зрения экономии) использовать в качестве заполнителей щебень из местных горных пород. Для этих же целей используются и отходы производства, такие как шлаки, отвалы и другие недорогие компоненты. Благодаря их использованию снижается конечная стоимость бетона.  Тенденции последних десятилетий применения материалов этого вида показывают склонность строительных кампаний к применению легких бетонов на основе пористых заполнителей искусственного происхождения. С их применением улучшаются теплотехнические свойства материала, снижается его плотность.

     Влияние современной технологии бетона на состав и характеристики оборудования для его производства.

         В настоящее время наблюдается тенденция оживления строительной деятельности в регионах России. Эффективное функционирование предприятий стройиндустрии во многом зависит от технического уровня производства, процесса обновления основных производственных фондов и, как следствие, от возможности создания конкурентоспособной продукции на рынке строительных материалов.

     Появляется  необходимость в реконструкции существующих производств сборного железобетона и строительства новых заводов товарного бетона. Современная бетонная технология в сильной степени ориентирована на монолитное домостроение, которое развивается стремительными темпами. Сегодня транспортирование бетона производится автобетоносмесителем, обеспечивающим постоянное перемешивание. Повышение сохраняемости смеси достигается использованием химических добавок-модификаторов с применением технологии их введения на БСУ.  При выборе поставщика бетона заказчик обращает внимание на его способность управлять свойствами бетона. К примеру, при укладке бетона бетононасосом на требуемую высоту должна сохраняться подвижность смеси. Не менее важно для заказчика, чтобы через сутки - двое после того, как бетон уложен, уже можно было снимать опалубку. Если же бетон твердеет медленно, то количество используемой опалубки приходится увеличивать пропорционально удлинению времени твердения бетона, что значительно удорожает строительство. То есть бетон должен успевать набрать необходимый уровень прочности за относительно короткое время. Чтобы решить задачи, поставленные перед производителем бетона современной технологией, необходимо использование бетонных добавок. В зависимости от вида используемой добавки могут целенаправленно изменяться как свойства бетонной смеси, например характеристика схватывания и удобоукладываемость, так и свойства застывшего бетона, например прочность и долговечность. Применение добавок позволяет существенно (до 15%) экономить цемент — самый дорогостоящий компонент бетонной смеси.  Кроме уже перечисленных проблем добавки позволяют решать еще целый ряд вопросов, часто возникающих у строителей. Например, проблему зимнего строительства можно решить применением специальных противоморозных добавок. Управление свойствами бетона с помощью добавок-модификаторов — довольно сложная задача, которая сегодня может решаться только квалифицированными технологами предприятий-производителей.

       Современная технология бетона налагает определенные требования к составу оборудования (3–4 линии дозирования и хранения добавок), точности систем дозирования и автоматизации технологических процессов. Причем автоматизированное управление технологическим процессом приготовления бетона играет доминирующую роль при регулировании свойств бетонной смеси. Не случайно серьезные заказчики отдают предпочтение тем бетоносмесительным установкам (БСУ), технологический процесс на которых автоматизирован. Действительно, вручную невозможно синхронное управление тремя-четырьмя линиями добавок при точности дозирования не хуже 2%.

     Кроме того, если добавка, которую в соответствии с технологией нужно ввести в  бетон, составляет по объему менее 2%, то перемешать ее однородно в смесителе  невозможно. Поэтому для таких  добавок в технологическом оборудовании должно быть предусмотрено предварительное перемешивание в реальном времени приготовления смеси, т. е. введение добавки в воду, если они водорастворимые, или в песок, если это, например, красящий пигмент.

     Качество  перемешивания смеси в смесителе является определяющим фактором, влияющим на однородность смеси. Повышение однородности смеси существенно (до 10%) увеличивает прочность бетона. Для этого применяют современные смесители с активаторами — планетарные и двухвальные. В отечественных смесителях можно улучшить качество перемешивания небольшими конструктивными изменениями и технологическими приемами. Так, применяемая в отечественной практике разовая либо струйная подача воды в смеситель — одна из основных причин снижения однородности бетонной смеси. Поэтому подача воды под давлением в процессе перемешивания смеси из многих точек по периметру смесителя и увеличение времени подачи позволяют равномерно ввести в воду бетонную смесь. От того, в какой последовательности и по какой схеме загружаются составляющие бетонной смеси в смеситель, также зависит и однородность перемешивания, и возможность экономии цемента. Очевидно, что реализация этого технологического приема существенно зависит от степени автоматизации технологического процесса, характеристик смесителя, жесткости бетонной смеси, вида заполнителей и цемента. Поэтому технологу БСУ целесообразно оценить влияние этого фактора на гомогенность смесей, время перемешивания и включить оптимальную схему последовательности загрузки смесителя в алгоритм работы линии.

     Есть  еще одна особенность современной  отечественной технологии. За рубежом  в технологическом процессе, как  правило, используются только мытые, сухие, фракционированные заполнители. В  отечественной практике подготовка заполнителей обычно не проводится, так как практически невозможно получить заполнители требуемого качества с карьера. Если сегодня лаборатория завода на входном контроле выполнит требования ГОСТа по заполнителям, то завод останется без материалов.