CC BY
1
УДК 681.5.693.546.3
doi: 10.55287/22275398_2023_4_134
АВТОМАТИЗАЦИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ
Б. А. Кайтуков Д. О. Горяйнова
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Ключевые слова
бетононасос, бетоносмеситель, торкрет-установка, торкрет-бетон, автомобильная платформа
Дата поступления в редакцию
02.11.2023
Дата принятия к печати
05.11.2023
Аннотация
В статье обоснована технология торкретирования, методика автоматизации и механизации производства торкрет-бетонов. Повышение физико-механических свойств торкрет-бетонов нашли применение при строительстве резервуаров для нефтепродуктов, а высокая прочность поверхностей конструкции способствует повышению восприятия ударных нагрузок, и хорошо реагировать на процессы изгиба и растяжения. Важно при производстве этих бетонов автоматизировать контроль процентного содержания компонентов, что в итоге повышает качество продукции. Решая эту задачу, на корпусе смесителя принудительного действия установили виброакустические датчики. Датчики передавали на пульт управления характеристики состава смеси, фиксируя в автоматическом режиме влажность, причем в случае, когда она оказывается меньше фактической, происходит добавление воды в смеситель. Такой подход снижает расход цемента и повышает прочность поверхностей конструкции. Логическая цепь соединения оборудования в технологическом процессе, предполагает применение бетононасоса. Проведен анализ производства отечественных и зарубежных бетоносмесителей, выявлены наиболее оптимальные типоразмеры, представлены графики производительности от давления и высоты подачи от давления, которые позволили выбрать требуемые характеристики для процесса торкретирования. Для снижения транспортных расходов и приближения бетонного узла к месту строительства выбрали автомобильную платформу, где установили технологическое оборудование и диспетчерский пункт. Данная методика позволила автоматизировать процесс и повысить качество бетонов.
Технология торкретирования при возведении несущих и ограждающих конструкций являются перспективным направлением строительства. Торкрет-бетоны по сравнению с простыми бетонами обладают повышенными физико-механическими характеристиками [1, 2]. Особенность производства торкрет-бетонов способствует применению их при строительстве резервуаров для
нефтепродуктов. Высокая прочность, которую они обеспечивают строительным конструкциями, повышают восприимчивость к ударным нагрузкам и хорошо реагируют на процессы растяжения и изгиба [3].
Процесс торкретирования является инновационным методом строительной технологии, поэтому происходит снижение затрат на производство, за счет автоматизации и механизации, непрерывного контроля качества бетона, представляется перспективным направлением. Объекты строительства, где применяется торкрет-бетоны, как правило, располагаются на значительном расстоянии от бетоносмесительных заводов. Это обстоятельство влияет на качество товарного бетона, при этом существенно возрастают транспортные расходы. На снижение затрат положительно влияет место расположения бетоносмесительного узла, на это также оказывает близость залегания компонентов смеси и водных ресурсов. Сочетание многих рецептурных факторов и эффективное строительство способствует разработке высокопрочных конструкций. Меняя рецептуру, вводя различные добавки в состав бетонов, получим торкет-бетоны с широким диапазоном свойств. Близкое расположение сталеплавильных заводов, предприятий нефтехимии к месту производства существенно расширяют классификацию торкрет-бетонов, применяя ценные отходы производства в качестве добавок. Добавки улучшают рецептурный ряд бетонов, в результате получаем оптимальную структуру и повышение прочности конструкции.
Важной задачей, при производстве бетонов является подбор технологического оборудования, автоматизация и механизация технологического процесса [4]. Простой подбор оборудования не решает вопросы автоматизации, нет логической совместимости между машинами и отсутствует возможность контроля компонентов в смеси. Монтаж оборудования при модульном принципе разработки цепи оборудования, позволяет подобрать машины с близкими характеристиками и присоединительными размерами. Такой подход позволяет проводить монтаж оборудования в сжатые сроки, малым количеством операторов и в полевых условиях. Вопрос мобильности бето-носмесительного узла решается путем выбора платформы на базе автомобиля КАМАЗ. На платформу устанавливаются бетоносмеситель принудительного действия и другое оборудование. Платформа оснащена местами установки дозаторов, бункеров, имеются короба для кабелей и трубопроводов. Для нанесения на конструкцию смеси выбрали торкрет-установку [4].
В процессе торкретирования возникает необходимость установки бетононасоса между бункером готовой смеси и установкой. Это возникает, когда платформа со смесителями находится на расстоянии от строительной конструкции, иногда оно достигает 80 - 100 метров. Выбор рационального бетонасоса предполагает решение ряда задач: он должен логически вписываться в процессы; обеспечивать требуемую производительность, стыковаться с бункером для бетона и быть адаптирован с торкрет-установкой. Анализ производства отечественных и зарубежных бетоносмесителей, их характеристик и их стоимость позволили отобрать ряд типоразмеров. Рассмотрев эти показатели, сравнив по мощности и высоте подачи, выбрали несколько зарубежных фирм. Рынок зарубежной техники предполагает некоторый выбор бетоносмесительных фирм: Putzmeister (Германия), SCHWING (Германия), CIFA (Италия) SANY (Китай) и рассмотрели 3 типоразмера отечественного производства. Рассмотрев двухпоршневые отечественные и зарубежные бетононасосы, выбрали два типоразмера, причем из зарубежных эффективными и простыми гидроприводами были насосы из Германии. Отличительными особенностями гидроприводов бетононасосов фирмы «Putzmeister» являются: закрытая схема циркуляции рабочей жидкости и автоматическое уменьшение подачи основного гидронасоса при возрастании нагрузки. Фирма «Putzmeister» выпускает следующие марки бетононасосов: BSA1002D, BSA1005D, BSA1407D, BSA2105AD, отличающиеся ходом, установленной мощностью к производительности, а фирма «SCHWING», предла-
и
Z м
О
-I
м
D CD
>s к а
О
га со н и
0 со
m
Р
О с " к
S
га m s
1 А я О х
■ (U
ei Z
вв s
О | > 1
н 8
>S S ^ I-
2 1 < g
. со LÜ <
гает: BP 1000 R, BP 200 HDR, BP 8000 HDR, отличающиеся грузоподъемностью и подачей смеси. Проведенный анализ различных характеристик бетононасосов позволил построить график зависимости: производительности от давления бетононасосов (рис. 1), и высоты подачи от давления. Эти графики облегчили наш выбор требуемых типоразмеров бетононасосов и подобрать наиболее применяемые по стоимости.
Р.МПа
20 15 10 5
О 50 ЮО W
Рис. 1. График зависимости производительности от давления бетононасоса, где 1 — фирма «Putzmeister», 2—фирма «SCHWING»
На рисунке 2 представлен график зависимости высоты подачи от давления бетонной смеси.
м 80
60
W
20
20 4/7 60 80 Р, МПа
Рис. 2. График зависимости высоты подачи от давления, где 1 — фирма «Putzmeister», 2—фирма «SCHWING»
По графикам, с учетом крупности заполнителя, объема требуемой загрузки воронки, с учетом требуемой мощности двигателя, выбрали два бетононасоса фирмы РЩ2ше181ег, Германия: В8А1400НР и В8А1406Б. Этот выбор позволил обеспечить подачу торкрет-бетона на расстояние до 100 м.
Качество торкрет-бетонов зависит от точности дозировки компонентов смеси. Выбранные дозаторы для цемента, щебня и воды достаточно точно дозируют, что подтверждается полученными марками бетона и их свойствами. Однако, когда имеет место компонент бетона местного материала- песка, содержание воды в нем оказывает завышенным или наоборот. Поэтому, корректировка в автоматическом режиме дозирование воды является важной задачей. При перемешивании компонентов смеси, с целью достижения оптимальной однородности, требуется установить наименьшее время готовности торкрет-бетона. Важно учитывать переменную влажность заполнителей, особенно песка. Данный факт требует непрерывной коррекции дозирования и автоматизации процесса смешивания. Автоматический контроль за влажностью заполнителей — важная оптимизационная задача технологического процесса. Анализ показал, что нет эффективных методов и приборов контроля для определения влажности заполнителей. Некоторые фирмы «Штетер» (Германия), «Дониер» (Австрия) вводят приборы коррекции воды в комплекты микропроцессорных систем управления. Решая эту задачу для мобильного бетоносмесительного узла, рассмотрели процесс смешивания компонентов в бетоносмесителе принудительного действия. Установили на корпусе смесителя виброакустические датчики, которые позволили сравнивать фактическую влажность компонентов с заданной. В тех случаях, когда заданная влажность оказывалась мень- СО ше фактической на 18 - 23 % и по мере выхода смеси на оптимальную величину, автоматически происходило добавление воды в смеситель до готовности, при этом датчики преобразовывали виброускорения в напряжения. При турбулентном движении частиц заполнителя возникают силы трения и соударения частиц между собой, корпусом и лопастями бетоносмесителя, что создает упругие колебания, приводящие к вибрации корпуса и возникновению акустических шумов. При поступлении воды в смеситель, цементное тесто становится упругим, переходя в вязкоупругую и изменение среды со временем начинает влиять на характеристики акустических и вибрационных сигналов на корпусе. Целесообразным в этом случае оказалась адаптивная система автоматического управления.
г
м О
В заключение можно сказать, что при определении однородности бетонной смеси и оптималь- ^
ном времени перемешивания целесообразно измерять характеристики колебательного поля при- ¡2
и
борами коррекции. Автоматизировать процесс приготовления высококачественных торкрет-бе- ^
тонов на модульном смесительном узле, путем коррекции процентного содержания компонентов.
При выборе места установки мобильного узла, руководствуемся близостью расположения заво- ^ О
дов, поставляющие различные добавки с целью повышения качества бетона. И возможностью ав- О с
томатизации контроля содержания компонентов в смеси. )3 ^
К 3 С! га
О е х
А я О х
Библиографический список с! ¡Е
1. Азимов Ф. И. Торкретные работы. Москва : Стройиздат, 1976. 57 с. па 5
О «
2. Торкрет-бетон. Технические условия ( ТУ5745-001-16256892-06). Москва 2006. 10 с. * §
^ Я
3. Дейн Ф., Оргасе М. Влияние технологии приготовления бетонной смеси на характеристики
Н т
высококачественных бетонов. Бетонный завод. 2016 №1. 42 - 46 с. ^ го
О
< н . и ш <
4. Кайтуков Б. Л., Горяйнова Д. О. Подбор оборудования для торкретных работ. Системные технологии. 2022. № 3(44). 68 - 72 с.
5. Кайтуков Б. А., Скель В. И., Горяйнова П. О. Разработка унифицированных механизмов привода бетоносмесителей принудительного действия. Вестник БГТУ им В.Г. Шухова. 2019 №4. 151 - 155 с.
6. Богомолов А. А., Бунин М. В. Анализ влияния конструкции бетоносмесителей на однородность смеси. — В кн.: Конструирование и динамическое исследование узлов механического оборудования предприятий строительных материалов. — Тр. Моск. инж.-строит. ин-т и Белгород. технол. ин-т строит. матер., 1974, вып. 2, 51 - 60 с.
7. Королев К. М., Малинина Л. А. Актуальные вопросы автоматизации процессов приготовления бетонных смесей. М.: НИИЖБ, 1998, 130 с.
8. Белов В. В., Курятникова Ю. Ю., Новиченкова Т. Б. Технология и свойства современных цементов и бетонов: учебное пособие. Тверь: ТвГТУ, 2013, 252 с.
9. Тихонов А. Ф. Автоматизация контроля качества изделий из бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 300 с.
10. Густов Ю. И., Степанов М. А., Кайтуков Б. А. Анализ конструктивно-расчетных схем бетоносмесителей. Механизация строительства. 2013. №12. 30 - 31 с.
11. Степанов М. А., Кайтуков Б. А. Выбор оборудования при реконструкции зданий. Системные технологии. 2019 №3. 8 - 13 с.
12. Теличенко В. И., Кайтуков Б. А., Скель В. Н. К вопросу производительности роторных бетоносмесителей. Вестник БГТУ им. Шухова 2017 №3. 80 - 84 с.
13. Добронравов С. С., Сергеев С. П. Строительные машины. Учебное пособие. С.-П. Высшая школа.
AUTOMATION AND MECHANIZATION OF HIGH-STRENGTH CONCRETE PRODUCTION
B. A. Kaitukov D. O. Goryaynova
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
1981 г. 320 с.
Abstract
The Keywords
The article substantiates the technology of shotcrete, the methodology of automation and mechanization of shotcrete production. Increasing the physical and mechanical properties of shotcrete has found application in the construction of tanks for petroleum products, and the high strength of structural surfaces helps to increase the perception of impact loads and respond well to bending and stretching processes. When producing these concretes, it is important to automate the control of the percentage of components, which ultimately improves the quality of the product. To
concrete pump, concrete mixer, shotcrete installation, shotcrete concrete, automobile platform
Date of receipt in edition
Date of acceptance for printing
02.11.2023
05.11.2023
solve this problem, vibroacoustic sensors were installed on the body of the forced-action mixer. The sensors transmitted the characteristics of the mixture composition to the control panel, automatically recording the humidity, and in the case when it turned out to be less than the actual one, water was added to the mixer. This approach reduces cement consumption and increases the strength of structural surfaces. The logical chain of equipment connection in the technological process involves the use of a concrete pump. An analysis of the production of domestic and foreign concrete mixers was carried out, the most optimal standard sizes were identified, graphs of productivity versus pressure and delivery height versus pressure were presented, which made it possible to select the required characteristics for the shotcrete process. To reduce transportation costs and bring the concrete unit closer to the construction site, a vehicle platform was chosen, where technological equipment and a control center were installed. This technique made it possible to automate the process and improve the quality of concrete.
Ссылка для цитирования:
Б. А. Кайтуков, Д. О. Горяйнова. Автоматизация и механизация производства высокопрочных бетонов. — Системные технологии. — 2023. — № 4 (49). — С. 134 - 139.
О
Z м
О
CD
>s к а
О
га со н и
0 со
m
Р
О с " к
S J
га m s
1 А я О х
■ (U
с! Z
вв s
О | > 1
н 8
>S S ^ I-
2 1 < g
. со 1й <
