Перемешивание бетона

Результаты анализа, свежеуложенного бетона по только что описанной нами методике были использованы при изучении проблемы приготовления бетонной смеси. Перемешивание представляет собой операцию, состоящую в том, что из зернистых материалов различной формы и происхождения изготавливается однородная смесь. Однородной смесь признается в том случае, если любая проба, взятая в объеме, достаточно большом оп сравнению с размерами самого крупного зерна заполнителя, обнаруживает один и тот же постоянный состав. Если отдельные компоненты этой  смеси вводятся в предназначенное для смешивания устройство каждый в отдельности, то смесь, очевидно может образоваться лишь в результате перемещения отдельных частиц этих компонентов. Для того чтобы каждая частица одного компонента получила возможность диффундировать в других компонентах, необходимо, чтобы траектории зерен или капель каждого компонента пересекались бы с траекториями других компонентов бетона. Эти траектории могут быть вынужденными, если перемещение частиц производят с помощью лопастей, подвижных относительно барабана бетономешалки, но они могут быть и свободными, если перемещение материала происходит под действие силы тяжести, в результате движения барабана бетономешалки или же под воздействием лопастей, неподвижно укрепленных в этом барабане. Чем большее число частиц бетонной смеси вовлекается в движение по возможно большему числу траекторий, тем с большей легкостью происходит перемешивание бетона. Но если у стенок барабана для частиц имеется бесконечное множество возможностей перемещения, то внутри смеси, далеко от стенок, вероятность таких перемещений значительно возрастает.  В силу этого около центра бетономешалки смешивание получается лучшим, чем у ее стенок, если только лопасти или ножи не удаляют бетонную смесь со стенок. Если бы внутренняя стена барабана имела углы, непрерывное движение смеси не могло бы осуществиться ни в одном направлении. Поэтому барабанам бетономешалок придается обычно форма тела вращения, ось которого совмещается с механической осью.

Перемещению частиц материалов, входящих в состав бетона, противодействуют различного рода силы; среди них важнейшую роль играет инерция этих материалов. В связи с этим особую выгоду представляет использование равномерного кругового движения. Далее перемещению препятствуют различного рода силы трения: силы внутреннего статического трения, принимающие большее или меньшее значение, в зависимости от зернового состава, а также силы вязкого трения, уменьшающиеся с увеличением содержания воды в бетоне. Кроме того, необходимо преодолеть и силы сцепления, проявляющиеся в частности, в прилипании бетонной смеси к стенками. В некоторых бетономешалках производительность может оказаться катастрофически снижена вследствие налипания бетона на стенки барабана. Наконец, сила тяжести стремится перемещать материалы всегда вниз, и механические средства должны этому противодействовать, в противном случае товарному бетону неизменно угрожает опасность расслаивания - процесса, приводящего к тому, что крупные(тяжелые) заполнители опускаются вниз, раствор же вытесняется вверх. Поэтому из множества возможных траекторий перемещений самыми эффективными следует считать горизонтальные траектории.

Эти соображения позволяют провести классификацию различных типов бетономешалок по их эффективности. В бетономешалке с вертикальной осью перемешиваемый бетон представляет собой тонкий диск, совершающий вращательное движение под воздействие силы лопастей, центр вращения которой, не лежит на оси барабана, причем внутренняя траектория лопастей касательная к стенке барабана, поддон же его при этом подвергается очистке. В подобной конструкции преобладающее значение приобретают горизонтальные перемещения, и влияние силы тяжести ограничивается. Это обстоятельство позволяет описываемый тип бетономешалок по эффективности отнести к первой группе. Недостатком его является, однако, низкая производительность; бетоносмесители этого типа тяжелы и дороги. На крупных строительствах используются бетономешалки с горизонтальной осью, в которых перемещение материалов бетона производится винтообразным (геликоидальными) лопастями в барабанах конической формы или же по наклонной воронке(желобу). При некоторых дополнительных усовершенствованиях они позволяют достигнуть превосходных результатов производства бетона.

К последней группе следует отнести бетономешалки с наклонной осью и качающимся барабаном, предназначенные по замыслу давать наивысшую производительность бетона. Испытания обнаруживают вредное влияние наклона оси, сказывающееся особенно заметно при превышении угла наклона за 30 град. Лопасти, укрепленные внутри барабана, необходимы для того, чтобы вовлекать смесь в движение, но их форма, наклон и высота имеют, по-видимому, небольшое значение. Отмечается, что смешивание бетона происходит тем быстрее, чем большей подвижностью обладает бетонная смесь, очевидно с уменьшением внутреннего трения. Необходимую продолжительность смешивания бетона на практике можно определить приближенно, исходя из того, что жесткая смесь приобретает достаточную однородность после 40 оборотов, а весьма пластичная - после 20 оборотов. Превышение этих норм влечет за собой расслаивание тем более резкое, чем суше бетон и чем больше он содержит в себе крупных заполнителей. В бетономешалках с наклонной осью длительность перемешивания бетона должны быть ограничена.

Сопоставление различных типов бетономешалок по срокам перемешивания приводит к следующим данным:

Тип бетономешалки Наименьшее число оборотов
С вертикальной осью 8
С горизонтальной осью 30
С наклонной осью 40-120

Если составные части бетонной смеси загружать в бетономешалку по отдельности, то самые крупные следует укладывать в последнюю очередь, поскольку они опускаются вниз скорее мелких. Теоретически следовало бы по этим соображениям самый мелкозернистый материал, т.е. песок, загружать в первую очередь, а самые крупные заполнители - щебень - в последнюю. Воду следовало бы вводить как можно раньше, с тем, чтобы уменьшить внутреннее трение. На практике, однако, такая последовательность загрузки способствует прилипанию цемента к стенкам барабана и приводит к образованию неоднородной бетонной смеси в связи с тем, что лопасти время от времени отделяют прилипший к стенкам цемент и вводят его в бетон комьями. Наконец, благоприятное, по-видимому, влияние оказывает и введение крупного заполнителя или по крайне мере некоторой части его с небольшим количеством воды в самом начале загрузки (для очистки стенок бетоносмесителя от остатков предыдущего замеса), затем уже в бетономешалку загружают цемент, остаток воды и заполнители. Такой порядок загрузки обеспечивает вполне удовлетворительную однородность смеси во всех случаях, исключая лишь применение бетономешалок с очень наклонной осью.