Бетонные и растворные заводы и установки

1. Процесс приготовления бетонов и растворов

Технологический процесс производства бетонных смесей и строительных растворов на современном уровне представляет собой цепь взаимосвязанных механизированных и, в большинстве случаев, автоматизированных операций: складскую переработку материалов, включающих погрузочно-разгрузочные и штабелировочные работы; транспортирование компонентов в расходные бункера смесительного узла; дозирование компонентов; приготовление (перемешивание) смеси; выгрузку готовой смеси.

2. Основные типы бетонных и растворных заводов

В зависимости от назначения, мощности и особенностей объектов-потребителей существуют постоянно действующие стационарные, приобъектные бетонные и растворные заводы и передвижные смесительные установки.

Постоянно действующие стационарные заводы выпускают товарный бетон (раствор) для различных потребителей или для завода железобетонных сборных конструкций.

Приобъектные заводы сооружают для строительства конкретных объектов с учетом их эксплуатации в течение нескольких лет. Для лучшего использования такие заводы должны иметь возможность быстрой перебазировки на другие объекты, без больших затрат на монтаж-демонтаж оборудования и стационарные сооружения.

Передвижные бетонные и растворные смесительные установки представляют собой агрегаты, смонтированные на прицепах, или состоят из блоков, перевозимых транспортными средствами. Эти установки предназначены для обслуживания рассредоточенных объектов.

В состав завода или установки входят: склады заполнителей и цемента, имеющие машины для штабелирования и подъемнотранспортное оборудование для подачи их в смесительное отделение; смесительное отделение с дозировочным оборудованием, расходными бункерами, смесительными машинами и устройствами для приема готовой смеси и выдачи ее потребителю.

Бетоно- и растворосмесительные заводы и установки классифицируют по следующим признакам: режиму работы — периодического и непрерывного действия; схеме компоновки — высотные и ступенчатые. При высотной схеме осуществляется однократный подъем компонентов на полную высоту, после чего они в течение всего технологического цикла движутся только под действием сил тяжести.

При ступенчатой (двухступенчатой) схеме компоновки компоненты бетонной смеси последовательно поднимают сначала в расходные бункера, затем, после дозирования, в смесительную машину. Независимо от назначения и мощности (производительности) в состав технологических линий входят: приемные и складские устройства для хранения сырьевых компонентов смеси (щебня, песка, добавок, упаковочных средств и т.п.); расходные бункеры для образования определенного запаса материала; транспортное оборудование; погрузочно-разгрузочное оборудование; оборудование для дозирования компонентов; смесительное оборудование; обеспыливающее оборудование; оборудование для выдачи готовой смеси; упаковочное оборудование (для сухих смесей); грузоподъемное и монтажное оборудование; энерго-паросиловое оборудование; оборудование для контроля и управления; строительные сооружения и т.п.

Инвентарные и передвижные установки могут включать только часть из перечисленных устройств и сооружений.

На рис. 1 показан бетоносмесительный узел с четырьмя гравитационными бетоносмесителями, скомпонованный по высотной схеме. Объем готового замеса каждого бетоносмесителя 1600 л.

Заполнители подаются со складов ленточным транспортером 11 через поворотную воронку 10 в отсеки расходных бункеров. Цемент подается пневмотранспортом в циклон 8, из которого по аэрожелобу направляется в бункер 7. Окончательная очистка воздуха производится в рукавном фильтре 9. Из расходных бункеров цемент через дозатор 12, а заполнители через дозатор 13 поступают в сборный бункер 4 с поворотной воронкой 3, по которой ссыпаются в бетоносмесители 2. Вода через дозатор 6 и жидкие добавки через дозатор 5 по трубопроводу поступают непосредственно в поворотную воронку. Готовая смесь из бетоносмесителей разгружается в раздаточные бункера 1. Управление работой оборудования осуществляется с пульта 14, помещенного в дозаторном отделении.

Рис. 1. Схема бетоносмесительного узла с четырьмя гравитационными смесителями

Растворосмесительные узлы высотного типа по компоновке аналогичны рассмотренным бетонным заводам. На рис. 2 показана технологическая схема приготовления строительного раствора и бетона на автоматизированном узле конструкции Главмосстроя, в котором применены турбулентные смесители. Цемент из силосов 1 шнеками 2 и 30, элеватором 31 подается в бункер 29. Из бункера цемент питателем 14 подается в дозатор 15, из которого поступает в смеситель 9. Заполнители со складов 3 подаются транспортером 4 на грохот 6. Просеянный песок элеватором 7 подается в барабанную пескосеялку 24 и далее в бункер 25. Крупные включения с грохота 6 подаются шахтным подъемником 5 в бункер для отходов 8. Щебень со склада транспортируется этой же цепочкой машин и транспортером 26 в бункер 27. Из бункеров песок и щебень питателями 21 и 23 подаются в дозатор 22 и далее в смеситель. Вода в смеситель подается из емкости 28 через клапан 17 и дозатор 16. Известь из бака 13 и добавки из баков 12 и 10 насосами 11 подаются в соответствующие дозаторы 18, 19 и 20, из которых сливаются в смеситель.

Рис. 2. Технологическая схема бетонорастворного узла с турбулентным смесителем

Завод выполнен в блочном исполнении, что позволяет осуществлять быстрый монтаж и перебазировку оборудования. Смесительное отделение собирается из пятнадцати объемных секций, в которых смонтировано все оборудование. Масса каждого элемента не превышает 10 т, что позволяет осуществлять их перевозку автомобильным и железнодорожным транспортом.

Схема размещения оборудования в смесительном отделении показана на рис. 3. Растворный завод полностью автоматизирован. При этом без существенной переналадки оборудования можно выпускать смеси двенадцати марок. Производительность завода по раствору 50 м³/ч, по бетону 35 м³/ч.

Рис. 3. Схема расположения оборудования в бетонорастворном узле: 1 — бункер для песка; 2 — пескосеялка; 3, 5 — транспортеры; 4 — бункер для щебня; 6 — шнек для подачи цемента; 7 — бункер для цемента; 8 — питатель для песка; 9 — питатель для щебня; 10 — щит с приборами; 11 — дозатор заполнителей; 12 — дозатор воды; 13 — емкость для воды; 14 — шнек подачи цемента; 15 — дозатор добавок; 16 — дозатор щелока; 17 — дозатор цемента; 18 — дозатор нитрита натрия; 19 — пульт управления; 20 — смеситель; 21, 22 — элеваторы; 23 — емкость для извести; 24 — емкость для щелока; 25 — пульт приема перфокарт; 26 — бак для добавок

На рис. 4 представлена схема двухступенчатого бетонного завода непрерывного действия (типа СБ-75), производительностью 30 м³/ч, предназначенного для приготовления бетонов на открытых площадках при строительстве дорог, аэродромов и т.п.

Завод состоит из трех основных блоков: дозаторного блока для заполнителей, смесительного отделения с бункером цемента и блока управления. Заполнители из бункеров 1 через дозаторы непрерывного действия 2 по транспортеру 3 подаются на наклонный транспортер 4 и в сборную воронку 9. Цемент из автоцементовозов направляется в бункер 7, оборудованный фильтром 8, и далее дозатором 6 в сборную воронку. Завод может производить готовую смесь смесителем непрерывного действия 10, куда также подается вода насос-дозатором 12 из бака, расположенного под блоком управления 11, или отгружать в автобетоносмесители отдельно отдозированные сухие компоненты и воду. Установка имеет тарировочный дозатор циклического действия (АВДУ-1200Ф) 5, смонтированный на откатной раме. В рассматриваемой установке дозатор цемента размещен над смесителем, что исключает потери цемента. Кроме того, устранено влияние вибрации и шума на обслуживающий персонал, так как управление вынесено в отдельный блок.

Рис. 4. Схема бетонного завода непрерывного действия

Бетонно-растворные технологические линии должны обеспечить бесперебойное производство смеси с ее качественными показателями как по составу, так и по марочности или классу.

Рис. 5. Технологическая схема производства бетонных и растворных строительных смесей

Рис. 6. Схемы условных обозначений оборудования бетонных и растворных заводов

Процесс производства бетонных и растворных смесей наглядно можно представить на технологических схемах и схемах цепей оборудования. Для разработки технологических схем используются обозначения технологических операций, а для применяемого оборудования — условные обозначения.

В общем виде технологическая схема производства бетонных и растворных строительных смесей представлена на рис. 5. В технологической схеме указываются перечень и состав технологических операций, последовательность из выполнения.

Для обозначения оборудования, применяемого при производстве бетонных растворных смесей, на схемах используют условные обозначения, представленные на рис. 6.

Рис. 7. Схема цепей оборудования односекционной бетоносмесительной установки циклического действия: I — отделение для выдачи готовой смеси; II — смесительное отделение; III — дозаторное отделение; IV — бункерное отделение; V — надбункерное отделение; 1 — наклонный ленточный конвейер; 2 — воронка поворотная; 3 — грузоподъемное устройство; 4 — рукавный фильтр; 5 — винтовой конвейер; 6 — циклон; 7 — указатель уровня материала; 8 — бункер; 9 — сводообрезатель; 10 — бак для воды и жидких добавок; 11 — дозатор циклического действия; 12 — сборная воронка; 13 — смеситель; 14 — бункер выдачи готовой смеси; 15 — обрушитель песка вибрационного типа; 16 — воронка загрузочная

Схема цепей оборудования односекционной установки циклического действия представлена на рис. 7.

Схемы расположения смесителей в смесительных отделениях бетоносмесительных установок представлены на рис. 8.

Рис. 8. Схемы расположения смесителей: а — линейное однорядное; б — линейное двухрядное; в — секционное; 1 — монтажный проем; 2 — роторный смеситель; 3 — гравитационный смеситель; 4 — растворосмеситель

Схема цепей оборудования бетоносмесительной установки непрерывного действия, выполненной по ступенчатой схеме, представлена на рис. 9.

Рис. 9. Схема цепей оборудования бетоносмесительной установки непрерывного действия ступенчатой компоновки: 1 — склад щебня, песка; 2 — погрузочное устройство; 3 — указатель уровня материала; 4 — бункер (силос) цемента; 5 — бак для воды и жидких добавок; 6 — дозатор; 7 — смеситель; 8 — конвейер для сухих смесей; 9 — воронка загрузочная; 10 — автобетоносмеситель; 11, 12 — конвейер; 13 — питатель; 14 — бункер; 15 — обрушитель песка вибрационного типа; 16 — грузоподъемное устройство

3. Автоматизация смесительных заводов и установок

Цель автоматизации установок — обеспечить автоматическое управление технологическим процессом, контроль за качеством смеси и учет работы линии и выхода продукции.

Рис. 10. Структурно-элементная схема автоматизации бетонного завода

На рис. 10 показана структурно-элементная схема автоматизации бетонного завода, режим работы которого зашифрован на перфокартах. Перфокарта, на которой зашифрованы состав смеси и требуемое ее количество, вводится в блок приема ППК. Считывающие устройства этого блока подают сигналы в блоки управления бункером выдачи готовой смеси УРБ, управления смесителем УМ и блок задания рецептуры ЗР, регулирующий режим работы дозаторов 7. Собственная масса автомобиля фиксируется датчиком ДВ и учитывается при выдаче смеси. После подготовки агрегатов к пуску автоматически в работу включаются смеситель 6 и дозаторы 7. Управление подъемно-транспортными машинами осуществляется указателями нижнего НУ8 и верхнего ВУ8 уровней наполнения бункеров 8. При израсходованных запасах материалов указатель нижнего уровня НУ8 дает команду блоку УТ4 на включение последовательно транспортирующих машин 4 и 1 и затворов 2 бункеров склада 3 через соответствующие блоки управления агрегатами УТ1 и УЗ3. В схеме управления предусматривается блокировка работы смесителя при помощи указателей верхнего ВУ5 и нижнего НУ5 уровней смеси в раздаточном бункере 5.

Работа входного ВЗ и разгрузочного НЗ затворов дозатора также взаимно заблокирована и функционально связана с работой смесителя.

4. Выбор смесительного оборудования завода. Выбор типа и схемы бетонорастворосмесительного завода

Выбор типа и схемы бетонорастворосмесительного завода определяется следующими факторами: потребным количеством смеси — производительностью завода; способом транспортировки смеси; климатическими условиями.

Крупные центральные и районные заводы имеют меньшие удельные капиталовложения по сравнению с группой мелких заводов с той же суммарной производительностью. Сметная стоимость децентрализованных хозяйств на 20…30 % превышает стоимость центрального завода. На крупных заводах снижаются эксплуатационные расходы и трудоемкость. Однако в каждом конкретном случае целесообразность того или иного типа завода должна быть выявлена в результате тщательного технико-экономического анализа. В отдельных случаях при больших расстояниях может ухудшиться качество смеси, а расходы на транспортирование могут превзойти экономию, достигнутую при централизации. В этом случае применяют схему заводов с перемешиванием компонентов в пути следования (в автобетоносмесителях) или в приобъектных смесительных установках, а на центральном заводе остается складское хозяйство с дозировочным блоком.

Для обслуживания мелких объектов строительства при непродолжительных сроках работ экономически выгодно применять передвижные бетоно- и растворосмесительные установки.

Опыт работы крупнейших строительных организаций показал, что в условиях массового жилищного строительства целесообразнее применять районные растворные заводы производительностью 12…90 тыс. м³ в год. На таких заводах можно полностью механизировать и автоматизировать процесс производства. Выбор типа смесительной машины определяется свойствами смеси и, в частности, зависит от крупности заполнителя и пластичности (водоцементного фактора В/Ц). Рекомендации по выбору типа смесителя приведены на рис. 11. Кроме технологических соображений необходимо учитывать и технико-эксплуатационные показатели машин: энергоемкость, металлоемкость и др.

Рис. 11. Смесители, рекомендуемые для приготовления бетонов и растворов в зависимости от крупности заполнителей и водоцементного отношения: 1 — роторный; 2 — планетарный; 3 — противоточный; 4 — с горизонтальными валами; 5 — гравитационный конусный; 6 — гравитационный цилиндрический; 7 — с винтовыми лопастями

Растворосмесители с малым объемом 80 и 150 л и бетоносмесители объемом 100 и 250 л применяют, как правило, на приобъектных, построечных установках.

Число смесительных машин, их тип и конкретная марка определяются заданной производительностью и режимом работы предприятия.

Требуемый производственный объем (в литрах по выходу) смесительных машин V_п рассчитывается по формуле

(1)

где Пг — годовая производительность завода, м³/год; z — число замесов в час смесительной машины; t_год — годовой фонд рабочего времени, ч.

Число смесительных машин

(2)

где Vо — производственный объем принятого смесителя (объем готового замеса), л.

Производительность (мощность) завода или установки циклического действия определяется по формуле

(3)

где V_см — вместимость смесителя по загрузке, м³; K_в — коэффициент выхода готовой смеси: K_в.б = 0,65…0,7; K_в.р = 0,8…0,9; Z_см — количество смесителей; n_ц — количество циклов (замесов) в час; n_цр = 30…40 (для роторных смесителей) и 15…30 (для гравитационных); K_н — коэффициент неравномерности выдачи готовой смеси, K_н = 0,8…0,9; T_год — годовой фонд времени работы предприятия, ч/год.

Из формулы годовой производительности (мощности) при заданных значениях параметров можно определить количество соответствующих смесителей:

(4)

Коэффициент эксплуатации смесителя не должен превышать 0,95. Производительность (мощность) установок непрерывного действия при K_н = 1 рассчитывается по формуле

(5)

где K_Q — коэффициент снижения паспортной производительности смесителя, K_Q = 0,95; Q_п — паспортная производительность смесителя, м³/ч; Z_см — количество смесителей; T_год — годовой фонд рабочего времени установки, ч/год.

Количество смесителей соответственно определяется из выражения

(6)