Как сделать бетономешалку

бетон

Фон

Бетон. это закаленный строительный материал, созданный путем объединения химически инертного минерального заполнителя (обычно песка, гравия или щебня), связующего (природного или синтетического цемента), химических добавок и воды. Хотя люди обычно используют слово «цемент» в качестве синонима для бетона, на самом деле эти термины обозначают различные вещества: цемент, который включает в себя широкий спектр тонкоизмельченных порошков, которые затвердевают при смешивании с водой, представляет собой лишь один из нескольких компонентов в современном бетон. Когда бетон высыхает, он приобретает каменную консистенцию, что делает его идеальным для строительства дорог, мостов, систем водоснабжения и канализации, заводов, аэропортов, железных дорог, водных путей, систем общественного транспорта и других сооружений, которые составляют значительную часть США. богатство. По данным Национального института стандартов и технологий (NIST), строительство таких объектов само по себе является одной из крупнейших отраслей промышленности страны и составляет около 10 процентов валового национального продукта. В Соединенных Штатах ежегодно производится более 4 миллиардов долларов гидравлического цемента, разновидности которого затвердевает под водой, для использования в бетонных конструкциях стоимостью 20 миллиардов долларов. Стоимость всех цементных конструкций в Соединенных Штатах исчисляется триллионами долларов, что примерно соответствует ожидаемой стоимости ремонта этих конструкций в течение следующих двадцати лет.

Слова «цемент» и «бетон» имеют латинское происхождение, что отражает вероятность того, что древние римляне первыми использовали эти вещества. Многие примеры римского бетонного строительства остаются в странах, которые окружают Средиземное море, где римские строители имели доступ к многочисленным месторождениям природного цемента. Природный цемент состоит в основном из извести, полученной из известняка и часто в сочетании с вулканическим пеплом. Он составлял основу большинства гражданского строительства до восемнадцатого века, когда были разработаны первые синтетические цементы.

Самый ранний искусственный цемент, называемый гидравлической известью, был разработан в 1756 году, когда английскому инженеру по имени Джон Смитон понадобился прочный материал для восстановления маяка Эддистоун у побережья Девона. Хотя римляне использовали гидравлический цемент, эта формула была утрачена после распада их империи в пятом веке до нашей эры, пока Смитон не изобрел ее заново. В начале девятнадцатого века несколько других англичан внесли свой вклад в переработку синтетического цемента, особенно Джозеф Аспдин и Исаак Чарльз Джонсон. В 1824 году Аспдин получил патент на синтетическую смесь известняка и глины, которую он назвал портландцементом, потому что он напоминал известняк, добываемый на английском острове Портленд. Однако продукт Аспдина был не таким сильным, как продукт, выпущенный в 1850 году Джонсоном, чья формула послужила основой для портландцемента, который до сих пор широко используется в наши дни. Бетон, изготовленный из портландцемента, считается превосходящим бетон, изготовленный из натурального цемента, потому что он прочнее, долговечнее и более стабильного качества. По данным Американского общества по испытанию материалов (ASTM), портландцемент изготавливается путем смешивания известкового (состоящего в основном из карбоната кальция) материала, такого как известняк, с материалами, содержащими оксид кремния, оксид алюминия и оксид железа. Эти вещества затем сжигаются до тех пор, пока они не сплавляются друг с другом, и получающаяся в результате смесь, или клинкер, размалывается с образованием портландцемента.

Хотя портландцемент быстро вытеснил природный цемент в Европе, технология производства бетона в Соединенных Штатах значительно отставала. В Америке природная цементная порода была впервые обнаружена в начале 1800-х годов, когда она использовалась для строительства канала Эри. Строительство таких внутренних водных путей привело к созданию ряда американских компаний, производящих природный цемент. Однако из-за большей прочности портландцемента многие инженеры-строители предпочли заказать его в Европе, несмотря на дополнительное время и затраты. Томас Эдисон был очень заинтересован в портландцементе и даже литых кабинетах фонографа материала. Когда в начале 1870-х годов промышленность Соединенных Штатов выяснила, как производить портландцемент, производство натурального цемента в Америке стало сокращаться.

После переработки портландцемента следующая крупная инновация в технологии бетона произошла в конце девятнадцатого века, когда был изобретен железобетон. Хотя бетон легко сопротивляется сжатию, он плохо переносит растяжение, и эта слабость означала, что его нельзя использовать для строительства конструкций, таких как мосты или здания с арками, которые могут подвергаться изгибающему воздействию. Французские и английские инженеры впервые исправили этот недостаток в 1850-х годах, внедрив стальные стержни в те части бетонной конструкции, которые подвержены растягивающему напряжению. Хотя сам бетон не укреплен, конструкции, построенные из железобетона, могут лучше противостоять изгибу, и эта технология была использована на международном уровне в начале двадцатого века.

Другой вид железобетона, предварительно напряженного бетона, был выдан в США в 1888 году. Однако он широко не использовался до Второй мировой войны, когда было построено несколько больших доков и мостов, которые его использовали. Вместо того, чтобы укреплять стальную часть железобетонной конструкции с высоким напряжением, инженеры теперь могут сжимать бетонную часть перед тем, как подвергать ее воздействию напряжения, тем самым повышая ее способность выдерживать растяжение.

Сегодня различные виды бетона классифицируются в зависимости от способа их укладки. Готовый или предварительно смешанный бетон упаковывают и смешивают на центральном заводе перед его доставкой на площадку. Поскольку этот тип бетона иногда транспортируется в грузовике с мешалкой, он также известен как бетон с транзитной смесью. На центральном заводе частично смешивается термоусадочный бетон, а затем завершается его смешивание по пути к участку.

Сырье

Конструкционный бетон обычно содержит одну часть цемента на две части мелкого минерального заполнителя на четыре части грубого минерального заполнителя, хотя эти пропорции часто варьируются для достижения прочности и гибкости, требуемых в определенных условиях. Кроме того, бетон содержит широкий спектр химических веществ, которые придают ему характеристики, необходимые для конкретных применений. Портландцемент, который чаще всего используется в бетоне, изготавливается из комбинации известкового материала (обычно известняка) и кремнезема и глинозема в виде глины или сланца. В меньших количествах он также может содержать оксид железа и магнезию. Агрегаты, которые содержат 75 процентов бетона по объему, улучшают образование и текучесть цементного теста и улучшают структурные характеристики бетона. Мелкий сорт содержит частицы до. 20 дюймов (пять миллиметров), в то время как грубый сорт включает частицы из. 20 к. 79 дюймов (20 миллиметров). Для массивной конструкции совокупный размер частиц может превышать 1,50 дюйма (38 миллиметров).

Агрегаты также могут быть классифицированы в зависимости от типа породы, из которой они состоят: базальт, кремень и гранит, среди прочих. Еще один тип агрегата горшочки, кремнеземистый и глиноземистый материал, часто получаемый из вулканического пепла. Химически реагируя с известняком и влагой, он образует гидраты силиката кальция, которые являются основой цемента. Pozzolana обычно добавляют в портландцементную пасту, чтобы усилить ее уплотнение. Один тип вулканического минерала, силикат алюминия, был объединен с кремнеземистыми минералами с образованием композита, который уменьшает вес и улучшает сцепление между бетонными и стальными поверхностями. Его применение включает сборные железобетонные формы и асфальтобетонное покрытие для автомобильных дорог. Летучая зола, побочный продукт электростанции, работающей на угле, которая содержит алюмосиликат и небольшое количество извести, также тестируется в качестве возможного пуццоланового материала для цемента. Объединение летучей золы с известью (CaO) в гидротермальном процессе (в котором используется горячая вода под давлением) также дает цемент.

Широкий спектр химических веществ добавляется к цементу в качестве пластификаторов, суперпластификаторов, ускорителей, диспергаторов и восстановителей воды. Эти добавки, называемые примесями, могут быть использованы для повышения обрабатываемости цементной смеси, все еще находящейся в нерабочем состоянии, прочности цемента после нанесения и водонепроницаемости материала. Кроме того, они могут уменьшить количество воды, необходимое для обеспечения работоспособности, и количество цемента, необходимого для создания прочного бетона. Ускорители, которые сокращают время схватывания, включают хлорид кальция или сульфат алюминия и другие кислотные материалы. Пластифицирующие или суперпластифицирующие агенты увеличивают текучесть свежей цементной смеси при том же соотношении вода / цемент, тем самым улучшая обрабатываемость смеси, а также ее простоту размещения. Типичные пластификаторы включают поликарбоновые кислоты; Суперпластификаторы представляют собой сульфатированные меламиноформальдегидные или сульфатированные нафталинформальдегидные конденсаты. Setretarders, другой тип добавки, используются для задержки схватывания бетона. К ним относятся растворимые соли цинка, растворимые бораты и материалы на основе углеводов. Газообразующие добавки, порошкообразный цинк или алюминий в сочетании с гидроксидом кальция или перекисью водорода, используются для образования газобетона путем образования пузырьков водорода или кислорода, которые попадают в цементную смесь.

Цемент считается хрупким материалом; другими словами, это легко ломается. Таким образом, многие добавки были разработаны для повышения прочности бетона на растяжение. Одним из способов является объединение полимерных материалов, таких как поливиниловый спирт, полиакриламид или гидроксипропилметилцеллюлоза, с цементом с получением так называемого цемента, не содержащего макродефектов. Другой метод заключается в добавлении волокон из нержавеющая сталь, стекло или карбон. Эти волокна могут быть короткими, в форме пряди, листа, нетканого материала или тканого материала. Как правило, такое волокно составляет только около одного процента от объема фибробетона.

Производство
Процесс

Изготовление бетона довольно просто. Сначала готовят цемент (обычно портландцемент). Затем другие ингредиенты. заполнители (такие как песок или гравий), добавки (химические добавки), любые необходимые волокна и вода. смешиваются вместе с цементом с образованием бетона. Затем бетон отправляется на рабочую площадку и укладывается, уплотняется и отверждается.

Подготовка портландцемента

  • 1 Известняк, кремнезем и глинозем, составляющие портландцемент, представляют собой сухой молотый порошок в очень тонкий порошок, смешанный в заданных пропорциях, предварительно нагретый и прокаленный (нагретый до высокой температуры, которая сгорит примеси без слияния ингредиентов). Затем материал сжигается в большой вращающейся печи при температуре 2,550 градусов по Фаренгейту (1400 градусов по Цельсию). При этой температуре материал частично плавится в вещество, известное как клинкер. Современная печь может производить до 6200 тонн клинкера в день.
  • 2 Затем клинкер охлаждают и измельчают до мелкого порошка в трубчатой ​​или шаровой мельнице. Шаровая мельница представляет собой вращающийся барабан, заполненный стальными шариками разных размеров (в зависимости от желаемой тонкости цемента), которые измельчают и измельчают клинкер. Гипс добавляется в процессе измельчения. Конечный состав состоит из нескольких соединений: трикальциевого силиката, двухкальциевого силиката, трикальцийалюмината и тетракальцийалюмоферрита.

смешивание

  • 3 Затем цемент смешивают с другими ингредиентами: заполнителями (песок, гравий или щебень), примесями, волокнами и водой. Агрегаты предварительно смешиваются или добавляются на заводе по производству готовых бетонных смесей при нормальных условиях эксплуатации. Операция смешивания использует вращение или перемешивание, чтобы покрыть поверхность заполнителя цементной пастой и смешать другие ингредиенты равномерно. Используются различные смесители периодического или непрерывного действия.
  • 4 Волокна, при желании, можно добавлять различными способами, включая прямое распыление, предварительное смешивание, пропитку или укладку вручную. Дым кремнезема часто используется в качестве диспергирующего или уплотняющего агента.

Транспорт на работу сайта

  • 5 Как только бетонная смесь готова, она транспортируется на рабочую площадку. Существует много способов транспортировки бетона, в том числе тачки, ковши, ленточные конвейеры,

Размещение и сжатие

  • 6 После того, как на месте, бетон должен быть помещен и уплотнен. Эти две операции выполняются практически одновременно. Размещение должно быть сделано таким образом, чтобы избежать разделения различных ингредиентов и достигнуть полного уплотнения. с удалением всех пузырьков воздуха. Независимо от того, используются ли желоба или коляски, положение важно для достижения этих целей. Темпы размещения и уплотнения должны быть одинаковыми; последнее обычно выполняется с использованием внутренних или внешних вибраторов. Внутренний вибратор использует покер, в котором расположен вал с приводом от двигателя. Когда покер вставляется в бетон, возникает контролируемая вибрация для уплотнения бетона. Внешние вибраторы используются для сборных или тонких секций на месте, имеющих форму или толщину, непригодные для внутренних вибраторов. Эти типы вибраторов жестко закреплены на опалубке, которая опирается на упругую опору. Форма и бетон вибрируют. Вибрационные столы также используются, когда стол создает вертикальную вибрацию, используя два вала, вращающихся в противоположных направлениях.

вулканизация

  • 7 После укладки и уплотнения бетон должен быть отвержден до его завершения, чтобы быть уверенным, что он не высыхает слишком быстро. На прочность бетона влияет уровень его влажности в процессе твердения: при затвердевании цемента бетон сжимается. Если ограничения на площадке мешают бетону сжиматься, растягивающие напряжения будут развиваться, ослабляя бетон. Чтобы свести к минимуму эту проблему, бетон должен оставаться влажным в течение нескольких дней, необходимых для схватывания и затвердевания.

Контроль качества

Производители бетона ожидают, что их поставщики сырья будут поставлять стабильный, однородный продукт. На заводе по производству цемента пропорции различных сырьевых материалов, которые входят в цемент, должны быть проверены, чтобы обеспечить постоянную подачу в печь, а образцы смеси часто проверяются с помощью рентгенофлуоресцентного анализа.

Прочность бетона, вероятно, является наиболее важным свойством, которое необходимо проверить на соответствие спецификациям. Чтобы достичь желаемой прочности, рабочие должны тщательно контролировать производственный процесс, что они обычно делают, используя статистический контроль процесса. Американский стандарт материалов для испытаний и другие организации разработали различные методы испытаний на прочность. Диаграммы контроля качества широко используются поставщиками товарного бетона и инженером на месте для постоянной оценки прочности бетона. Другие свойства, важные для соответствия, включают содержание цемента, соотношение вода / цемент и обрабатываемость, и для них также были разработаны стандартные методы испытаний.

Будущее

Хотя Соединенные Штаты лидировали в мире по совершенствованию цементных технологий с 1930-х по 1960-е годы, Европа и Япония с тех пор продвинулись вперед с новыми продуктами, исследованиями и разработками. Стремясь восстановить американское лидерство, Национальный научный фонд учредил Центр науки и технологии современных материалов на основе цемента в Северо-Западном университете. Центр ACBM будет развивать науку, необходимую для создания новых материалов на основе цемента с улучшенными свойствами. Они будут использоваться в новом строительстве, а также при восстановлении и ремонте автомобильных дорог, мостов, электростанций и систем удаления отходов.

Ухудшение инфраструктуры США сместило акцент индустрии дорожного строительства с строительства новых дорог и мостов на содержание и замену существующих конструкций. Поскольку для сокращения затрат необходимы более совершенные методы и материалы, Стратегическая программа исследований автомобильных дорог (SHRP), 5-летняя исследовательская программа стоимостью 150 миллионов долларов США, была основана в 1987 году. Целевыми областями были асфальт, эксплуатационные характеристики дорожного покрытия, бетонные конструкции и работы на шоссе.

Центр строительных технологий в NIST также проводит исследования для повышения производительности бетона. Проекты включают несколько, которые разрабатывают новые методы полевых испытаний бетона. Другие проекты включают компьютерное моделирование свойств и моделей для прогнозирования срока службы. Кроме того, было разработано несколько экспертных систем для проектирования бетонных смесей и диагностики причин разрушения бетона.

Другой тенденцией в цементной промышленности является концентрация производства в меньшем количестве производственных систем большей мощности. Это было достигнуто либо путем замены нескольких старых производственных линий одной линией с высокой пропускной способностью, либо путем модернизации и модернизации существующей линии для повышения производительности. Автоматизация будет продолжать играть важную роль в достижении этих увеличенных урожаев. Использование побочных продуктов отходов в качестве сырья также будет продолжено.

Где узнать больше

книги

Американский институт бетона. Терминология цемента и бетона. 1967.

Mindess, S. Достижения в цементных материалах. Американское Керамическое Общество, 1991. Том. 16: Керамические Сделки.

Невилл, А. М. и Дж. Дж. Брукс. Бетонные технологии. Джон Вили Sons, Inc., 1987.

Скальный, Ян П. Материаловедение бетона I. Американское Керамическое Общество, 1989.

Скальный, Ю. и С. Минессы. Материаловедение бетона II. Американское Керамическое Общество, 1991.

периодические издания

Холтерхофф, А. «Внедрение SPC в производстве алюминатных цементов кальция». Керамический вестник, 1991.

Цзян У. и Д. Рой. «Гидротермическая переработка нового зольного цемента». Керамический вестник, 1992.

Шеппард, Л. «Цементные ремонтные работы улучшают долговечность бетона». Керамический вестник, 1991.