Дайын бетон қоспасы: өндіріс, түрлері және қолданылуы

Кіріспе

Бетон, дайындық зауытында белгілі бір инженерлік құрамы бойынша өндірілетін материал.

Дайын бетон (RMC) – бұл дайындық зауытында әрбір нақты жобаның талаптарына сәйкес өндіріліп, пайдалануға дайын күйінде құрылыс алаңына жеткізілетін бетон. Оның екі түрі бар, біріншісі – барабанды жүк машинасы немесе араластыру кезінде араластырылатын бетон араластырғыштары. Бұл типтегі жүк машинасы бетонды пластикалық күйде алаңға жеткізеді. Екіншісі – көлемді бетон араластырғыш. Бұл дайын қоспаны құрғақ күйде жеткізіп, содан кейін бетонды алаңда араластырады. Дегенмен, басқа көздер материалды үш түрге бөледі: араластыру кезінде араластырылатын бетон, орталық араластыру бетон немесе қысқару араластыру бетон. Дайын бетон – бұл клиенттердің құрылыс жобалары үшін арнайы өндіріліп, клиентке бір өнім ретінде алаңға жеткізілетін бетон. Ол портланд немесе басқа цементтер, су және ірі ұсатылған материалдар: құм, қиыршық тас немесе ұсақталған тас қоспасынан тұрады. Барлық ірі ұсатылған материалдар шайырдың, лас пен саздың шектеулі мөлшеріндегі жуылған материалдардан болуы керек. Бетонның жұмыс істеу қабілетін жақсарту және/немесе бетонның қатаю уақытын ұзарту үшін (баяулатушылар қолданылуы арқылы) қосымша заттар көбінесе транзиттік араластырғыш алаңға жеткенге дейін қажетті уақытты ескере отырып қосылады. Әлемдік нарық көлемі дереккөздерге байланысты әртүрлі бағаланады. 2019 жылы ол 650 миллиард долларға бағаланды. Алайда, 2018 жылы 500 миллиард доллардан аспайды деп бағаланды.

Тарих

Алғашқы дайын бетонды жеткізу және алғашқы зауыттың қашан салынғаны туралы пікірталас бар. Кейбір дереккөздер бұл оқиғаның 1913 жылы Балтимор қаласында болғанын көрсетеді. 1929 жылға қарай АҚШ-та 100-ден астам зауыт жұмыс істеді. Бұл сала 1960 жылдарға дейін елеулі дамымады, содан бері үнемі өсіп келеді.

Дизайн

Партиялық қондырғылар салмағы бойынша қиыршық, құм, су және цементтің дәл мөлшерін біріктіреді (құрылыс инженері немесе сәулетші ұсынған бетонның маркасына арналған қоспа құрамының формуласы бойынша), арнайы бетон қоспаларын әзірлеуге және құрылыс алаңдарында қолдануға мүмкіндік береді. Құрылыс, әсіресе биік ғимараттар мен көпірлер сияқты ірі жобаларда, шығындары мен кең қолданылуының арқасында басқа материалдардың орнына дайын бетон жиі қолданылады. Оның қызмет ету мерзімі ұқсас мақсаттағы басқа өнімдермен, мысалы, жолдармен салыстырғанда ұзақ. Көлік жүктемесі жоғары аймақтарда оның орташа қызмет ету мерзімі 30 жылды құрайды, ал асфальт бетонның қызмет ету мерзімі 10-12 жылды ғана құрайды. Дайын бетон құрылыс жобаларында қолданылады, онда құрылыс алаңында бетонды араластыруға жағдай немесе мүмкіндік болмайды. Дайын бетонды пайдалану – бұл өнімнің қажетті көлемде, қажетті қоспа құрамында, дайын күйде талап бойынша жеткізілуі. Шағын және орта жобалар үшін араластыру жабдығын, жұмыс күшін жалдаудың құны мен уақыты, сондай-ақ бетон ингредиенттерін сатып алу және сақтау, экологиялық мәселелер (цемент шаңы ауадағы денсаулыққа қауіпті) дайын бетонның құнымен салыстырғанда тиімсіз болуы мүмкін, онда клиент өзі пайдаланған материал үшін төлейді және жұмыстың сол кезеңіне дейін басқаларға жүктеледі. Ірі жобалар үшін бетон өндірісін дайын бетон жеткізушілерге тапсыру – бұл сапаны бақылау және сынау, материалдық логистика мен жабдықтандыру мәселелерін, қоспа құрамын мамандарға жүктеу, олар осы міндеттерге дайын. Бұл басқа келісімшартты сыртқы жеткізушіні тартумен және алаңдағы араластырудың бақылауы мен жылдамдығын жоғалтумен байланысты. Дайын бетон көлем бойынша сатылады және әдетте кубометрмен (АҚШ-та кубометрлік сауда) көрсетіледі. Араластыру бақыланатын жағдайларда жүзеге асырылады. Ұлыбританияда дайын бетонды бұрынғыдай, құрауыштардың салмағы немесе көлемі бойынша (мысалы, 1:2:4 немесе 1:3:6 қоспалары) немесе EN 206+A1 еуропалық стандартының ресми талаптарына сәйкес анықтауға болады, ол Ұлыбританияда BS 8500 стандартымен толықтырылады. Бұл клиентке бетонның топырақ жағдайларына, әсер ету факторларына және беріктігіне қатысты қандай жүктемелерге төтеп беруі керектігін анықтауға мүмкіндік береді, ал бетон өндірушіге осы талаптарға сай келетін қоспаны жергілікті материалдарды пайдалана отырып жобалай алады. Бұл зертханалық сынақтармен расталады, мысалы, қысымға беріктігін анықтау үшін кубтық сынақтар, иілу сынақтары және алаңдағы сынақтармен толықтырылады, мысалы, қоспаның пластикалық қасиеттерін тексеру үшін құлдырау сынақтары. Қоспаларды қолдану арқылы бетон қоспасының қасиеттерін өзгертуге болады. Қоспалар су қажеттілігін азайту үшін, қоспаға ауа енгізу үшін, беттік беріктікті жақсарту үшін немесе бетонды өздігінен тегістеу үшін, яғни өздігінен консолидацияланатын бетон ретінде қолдану үшін қолданылады. Қоспаларды қолдану үшін дозалау мен қоспа құрамын жобалауда дәлдік қажет, бұл дозалау/өлшеу жабдықтары мен зертханалық қолдауы жоқ жағдайларда қиын, сондықтан оларды дайын бетоннан тыс қолдану қиын. Бетонның араластырылғаннан/қоспаланғаннан бастап қатаюға дейінгі қызмет ету мерзімі шектеулі. Сондықтан, АҚШ-та дайын бетонды 30-45 минут ішінде орналастыру қажет, бұл құлдырау және қоспа құрамының талаптарын сақтау үшін, ал Ұлыбританияда материалдық және қоршаған орта факторлары, сондай-ақ транзиттік араластыру процесі екі сағатқа дейін уақыт беруге мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы қоспалар мен суды азайтушылар осы уақыт аралығын белгілі бір деңгейде өзгерте алады. Дайын бетонды бірнеше әдістермен тасымалдауға және орналастыруға болады. Ең көп таралған және қарапайым әдіс – транзиттік араластырғыш жүк машиналарының артқы жағына орнатылған шұңқыр (суретте көрсетілгендей), ол жүк машинасы кері жүре алатын жерлерге жақын бетонды орналастыруға ыңғайлы. Дөңгелекті жүк машиналары, кранды бункерлер, жүк таситын конвейерлер және ең қиын жағдайларда дөңгелекті арбалар тікелей қол жетімді емес жерлерде жүк машиналарынан бетонды орналастыру үшін қолданылуы мүмкін. Кейбір бетон қоспалары бетон сорғысымен сорғылауға жарамды. 2011 жылы АҚШ-та дайын бетон өндіретін 2223 компанияда 72 925 жұмысшы жұмыс істеді.

Batch plants combine a precise amount of gravel, sand, water and cement by weight (as per a mix design formulation for the grade of concrete recommended by the structural engineer or architect), allowing specialty concrete mixtures to be developed and implemented on construction sites. Ready mix concrete is often used instead of other materials due to the cost and wide range of uses in building, particularly in large projects like high rise buildings and bridges. It has a long life span when compared to other products of a similar use, like roadways. It has an average life span of 30 years under high traffic areas compared to the 10 to 12 year life of asphalt concrete with the same traffic. Ready mixed concrete is used in construction projects where the construction site is not willing, or is unable, to mix concrete on site. Using ready mixed concrete means product is delivered finished, on demand, in the specific quantity required, in the specific mix design required. For a small to medium project, the cost and time of hiring mixing equipment, labour, plus purchase and storage for the ingredients of concrete, added to environmental concerns (cement dust is an airborne health hazard) may simply be not worthwhile when compared to the cost of ready mixed concrete, where the customer pays for what they use, and allows others do the work up to that point. For a large project, outsourcing concrete production to ready mixed concrete suppliers means delegating the quality control and testing, material logistics and supply chain issues and mix design, to specialists who are already established for those tasks, trading off against introducing another contracted external supplier who needs to make a profit, and losing the control and immediacy of on site mixing. Ready mix concrete is bought and sold by volume – usually expressed in cubic meters (cubic yards in the US). Batching and mixing is done under controlled conditions. In the UK, ready mixed concrete is specified either informally, by constituent weight or volume (1 2 4 or 1 3 6 being common mixes) or using the formal specification standards of the European standard EN 206+ A1, which is supplemented in the UK by BS 8500. This allows the customer to specify what the concrete has to be able to withstand in terms of ground conditions, exposure, and strength, and allows the concrete manufacturer to design a mix that meets that requirement using the materials locally available to a batching plant. This is verified by laboratory testing, such as performing cube tests to verify compressive strength, flexural tests, and supplemented by field testing, such as slump tests done on site to verify plasticity of the mix. The performance of a concrete mix can be altered by use of admixtures. Admixtures can be used to reduce water requirements, entrain air into a mixture, to improve surface durability, or even superplasticise concrete to make it self levelling, as self consolidating concrete, the use of admixtures requires precision in dosing and mix design, which is more difficult without the dosing/measuring equipment and laboratory backing of a batching plant, which means they are not easily used outside of ready mixed concrete. Concrete has a limited lifespan between batching / mixing and curing. This means that ready mixed concrete should be placed within 30 to 45 minutes of the batching process to hold slump and mix design specifications in the US, though in the UK, environmental and material factors, plus in transit mixing, allow for up two hours to elapse. Modern admixtures and water reducers can modify that time span to some degree. Ready mixed concrete can be transported and placed at site using a number of methods. The most common and simplest is the chute fitted to the back of transit mixer trucks (as in picture), which is suitable for placing concrete near locations where a truck can back in. Dumper trucks, crane hoppers, truck mounted conveyors, and, in extremis, wheelbarrows, can be used to place concrete from trucks where access is not direct. Some concrete mixes are suitable for pumping with a concrete pump. In 2011, there were 2,223 companies employing 72,925 workers that produced ready mix concrete in the United States.

Бетонның дайын қоспасының артықшылықтары

Материалдар топтамалық зауытта біріктіріледі және гидратация процесі су цементке тиген сәтте басталады. Сондықтан зауыттан құрылыс алаңына дейінгі қашықтық, сондай-ақ бетонды орналастыруға дейінгі уақыт ұзақ болған жағдайда маңызды. Кейбір құрылыс алаңдары тым алыс орналасқан. Гидратация процесін баяулату үшін қоспалар, тежегіштер және ұнтақталған ұшқыш күл немесе ұнтақталған гранулданған домен шлагы (GGBFS) сияқты цементтерді қолдануға болады, бұл көліктік және күту уақытын ұзартуға мүмкіндік береді. Бетон қалыптауға және құюға ыңғайлы, бірақ үлкен қалыптар үшін тұрақты жабдықталу қажет. Егер жабдықтау тоқтатылса және бетонды бірден құю мүмкін болмаса, дайын түрінде суық тігіс пайда болуы мүмкін. Басты артықшылығы – бетонның бақыланатын жағдайда өндірілуі. Сондықтан сапалы бетон алынады, себебі дайын бетон қоспасын дайындау зауытында күрделі жабдықтар мен тұрақты әдістер қолданылады. Материалдарды сынау, процестік параметрлерді бақылау және өндіріс процесіндегі негізгі тәжірибелерді үнемі мониторингтеу қатаң түрде жүзеге асырылады. Құрылыс алаңында дайындалған бетон қоспасындағы кіріс материалдарды, дозалау және араластыру әдістерін нашар бақылау мәселесі дайын бетон қоспасын өндіру әдісімен шешіледі. Дайын бетон қоспасын дайындау зауытындағы құрылыс процесінің жылдамдығы механикаландырылған операциялардың арқасында үнемі сақталады. 8/12 араластырғышы бар құрылыс алаңындағы бетон қоспасын өндіру қондырғысының өнімділігі сағатына 4-5 текше метрді құрайды, ал дайын бетон қоспасын өндіру қондырғысында сағатына 30-60 текше метрге жетеді. Жақсы өңдеу және дұрыс араластыру тәсілі цементтің тұтынуын 10-12%-ға азайтуға көмектеседі. Қоспалар мен басқа цементті материалдарды қолдану бетонның қажетті маркасын алу үшін қажетті цемент мөлшерін азайтуға мүмкіндік береді. Цементтің аз тұтынуы тікелей экологиялық ластанудың азаюына әкеледі. Дайын бетон қоспасын өндіруде адам еңбегіне тәуелділік азаяды, демек адамдық қателіктердің ықтималдығы төмендейді. Бұл жұмыс күшіне қатысты тәуелділікті де азайтады. Жарылу және қысылу. Бетон қатаю кезінде қысылады. Ол 3,05 метрлік (10 фут) аумақта қысылуы мүмкін. Бұл бетонның ішкі кернеуіне әкеледі және бетонды орналастыратын инженерлер мен шеберлер ескеруі керек, ал мұндай жағдайларда болат арматураны немесе алдын ала керілген бетон элементтерін қолдану қажет болуы мүмкін. Дайын бетон қоспасын тасымалдайтын жүк көлігінің салмағын және жүгін көтере алатындай құрылыс алаңына және жолдарға қол жеткізу болуы керек, бұл салмақ сегіз дөңгелекті 9 м³ жүк көлігі үшін 32 тоннаға дейін жетеді. (Жасыл бетонның шамамен мәселені "мини-аралас" жүк көліктерін пайдалану арқылы шешуге болады, олар салмағы шектеулі алаңдарға жету үшін 4 м³ сыйымдылығы бар кішірек араластырғыштарды қолданады. Тіпті кішірек араластырғыштар 7,5 тонналық жүк көлігінің шамамен 1,25 м³ жүк көтеруіне мүмкіндік беру үшін қолданылады, бұл үлкен жүк көліктеріне тыйым салынған қала ішіндегі аймақтарға жетуге мүмкіндік береді.)

Materials are combined in a batch plant, and the hydration process begins at the moment water meets the cement, so the travel time from the plant to the site, and the time before the concrete is placed on site, is critical over longer distances. Some sites are just too distant. The use of admixtures, retarders, and cement like pulverized fly ash or ground granulated blast furnace slag (GGBFS) can be used to slow the hydration process, allowing for longer transit and waiting time. Concrete is formable and pourable, but a steady supply is needed for large forms. If there is a supply interruption, and the concrete cannot be poured all at once, a cold joint may appear in the finished form. The biggest advantage is that concrete is produced under controlled conditions. Therefore, Quality concrete is obtained, as a ready mix concrete mix plant makes use of sophisticated equipment and consistent methods. There is strict control over the testing of materials, process parameters, and continuous monitoring of key practices during the manufacturing process. Poor control on the input materials, batching and mixing methods in the case of site mix concrete is solved in a ready mix concrete production method. Speed in the construction practices followed in ready mix concrete plant is followed continuously by having mechanized operations. The output obtained from a site mix concrete plant using a 8/12 mixer is 4 to 5 metric cubes per hour which is 30 60 metric cubes per hour in a ready mix concrete plant. Better handling and proper mixing practice will help reduce the consumption of cement by 10 – 12%. The use of admixtures and other cementitious materials will help to reduce the amount of cement as is required to make the desired grade of concrete. Less consumption of cement indirectly results in less environmental pollution. Ready mix concrete manufacture have less dependency on human labor hence the chances of human error are reduced. This will also reduce the dependency on intensive labor. Cracking and shrinkage. Concrete shrinks as it cures. It can shrink over a 10 foot long area (3.05 meters). This causes stress internally on the concrete and must be accounted for by the engineers and finishers placing the concrete, and may require the use of steel reinforcement or pre stressed concrete elements where this is critical. Access roads and site access have to be able to carry the weight of the ready mix truck plus load which can be up to 32 tonnes for an eight wheel 9 m3 truck. (Green concrete is approximately This problem can be overcome by utilizing so called "mini mix" trucks which use smaller 4 m3 capacity mixers able to reach more weight restricted sites. Even smaller mixers are used to allow a 7.5 tonne truck to hold approximately 1.25 m3, to reach restricted inner city areas with bans on larger trucks.

Бетонның өлшеуіштері

Орталықтандырылған партиялық қондырғы жүйесіне альтернатива ретінде көлемдік жылжымалы араластырғыш қолданылады. Бұл көбінесе учаскелік бетон, орнында араластырылған бетон немесе жылжымалы араластырылған бетон деп аталады. Бұл үлкен стационарлық партиялық зауыттың кішірейтілген, жылжымалы нұсқасы. Олар үздіксіз дозалау процесін немесе өлшенген бетон жүйесін пайдалана отырып, дайын бетон қоспасын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Көлемдік жылжымалы араластырғыш – құм, қиыршық тас, цемент, су, талшық және қоспалар мен бояуларды (қондырғы жабдықталуына байланысты) сақтайтын жүк көлігі. Бұл көліктер дайын бетон қоспасын жұмыс учаскесінде араластырады немесе дайындалайды. Бұл типтегі көлік қажетті мөлшерде, көп немесе аз бетонды араластыра алады. Уақытты үнемдеп, бетонның суынуынан туындайтын, транзиттік араластырылған бетонның қолдануға жарамсыз болуына себеп болатын жағдайды учаскелік араластыру болдырмайды. Бұл көліктер орталықтандырылған партиялық қондырғы жүйесімен салыстырғанда дайын қоспа өндірушілер сияқты дәлдікке ие, себебі олар ASTM (Америкалық стандартты сынау әдісі) стандартына сәйкес өлшеніп, сынақтан өтеді. Бұл орталықтандырылған партиялық қондырғылар мен дәстүрлі учаскелік араластырудың аралас тәсілі. Әрбір жүйенің өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар, олар орналасқан жеріне, жұмыстың көлеміне және инженер белгілеген қоспа құрамына байланысты.

Транзиттік қоспалар мен көлемдік қоспалар арасындағы айырмашылық

Орталықтандырылған бетон дайындау зауыты кең аумақты қамтамасыз ете алады. Жобалық араластыру машиналары тіпті одан да үлкен аумақты, соның ішінде стандартты жүк машиналары жеткізе алмайтын шалқар жерлерді де қамтамасыз ете алады. Дайындау зауыттары өнеркәсіптік аймақтарда орналасқан, ал тасымалдау машиналары тұрғын үйлерге немесе қала орталықтарына қызмет көрсете алады. Жобалық араластыру машиналарының да мүмкіндіктері бірдей. Көлемдік жүк машиналары көбінесе бетон дайындау кезінде аз су қажет етеді. ASTM C109 сынақ әдісін қолдана отырып, бірдей қоспа құрамы үшін орталықтандырылған дайындау зауытымен салыстырғанда, олардың шығарған бетонының қысымға беріктігі айтарлықтай жоғары болады. Орталықтандырылған дайындау жүйелері автопарктің мөлшерімен шектеледі. Зауыттың көлемі мен түріне байланысты бір жүк көлігін дайындау және тиеу 10 минуттан астам уақытты алуы мүмкін. Олар жеке дайындау процесінің барысында қоспа құрамын өзгерте алмайды, бірақ орталық алаңда әртүрлі цемент, инерт материалдар мен қоспаларға арналған қоймасы көбірек болғандықтан, жалпы қоспалардың кең ауқымын жылдам ұсына алады. Көлемдік араластырғыштар шикізат болған жағдайда бетон дайындау кезінде қоспаның барлық аспектілерін үздіріссіз өзгерте алады. Олар жаңа материалдармен үнемі толықтырыла отырып, сапалы бетонды белгісіз мерзімге үздіріссіз араластыра алады. Қоспа құрамы мен дайындау зауытының мөлшеріне байланысты олар 40 секунд ішінде 1 куб метр бетонды шығара алады. Орталықтандырылған дайындау, ұзақ мерзім бойы материалдардың бірдей көзінен пайдалану (тұрақты зауыттың әдетте өзінің аймағындағы жеткізушілердің тұрақты жиынтығы болады), салмақ өлшеуге арналған бірдей таразылар, қоспалар, ылғал және т.б. үшін бірдей өлшеу құралдары және көбінесе бірдей дайындау операторы, қоспаларға қатысты толеранттылықты қатаң ұстауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, сол зауыт үшін әртүрлі талаптарға сәйкес ондаған қоспаларды жобалау және тексеру үшін орталық зертхана қолданылады, бұл ірі жобалар үшін өте болжамды және тұрақты нәтижелерді қамтамасыз етеді. Әрбір зауытта кез келген қоспаны кез келген көлемде талап бойынша дайындау және тиеу үшін дайындау рецептінің кітабы (немесе эквивалентті автоматтандырылған дайындау бағдарламасы) болады. Орталықтандырылған дайындау, жергілікті араластырғыштарға қарағанда аз қозғалыспен, агрегат жүк машиналары, цемент цистерналары және жердегі қоймаларды пайдалана отырып, бір зауыттан сағатына 240 куб метрге дейін өнімділікті жылдам арттыруға мүмкіндік береді. Бұл цемент, су және инерт материалдарды жеткізу логистикасы бір нүктеге бекітілгендіктен, үлкен сақтау сыйымдылығына ие болғандықтан және демек, кеңейту оңай болғандықтан, сондай-ақ қысқа мерзімді жеткізілім үзілістеріне төзімді болғандықтан, бір нысанға тез және тұрақты түрде ірі көлемде бетон құюға мүмкіндік береді. Шағын жүктер үшін (10 куб метрден аз тапсырыстар) транзиттік араластырғыштар әр жеткізілімнен кейін өз дайындау зауытына оралады. Көлемдік жүк машиналары жүк көлігі бос болғанша тікелей нысаннан нысанға жүре алады, бұл көлік қозғалысын және отын шығынын азайтады.

A centralized concrete batching plant can serve a wide area. Site mix trucks can serve an even larger area including very remote locations that standard trucks cannot. The batch plants are located in areas zoned for industrial use, while the delivery trucks can service residential districts or inner cities. Site mix trucks have the same capabilities. Volumetric trucks often have a lower water demand during the batching process. This will produce a concrete that can be significantly stronger in compressive strength compared to the centralized batch plant for the same mix design using the ASTM C109 test method. Centralized batch systems are limited by the size of the fleet. It may take upwards of 10 minutes to batch and load out one truck depending on the plant size and type. They are unable to change mix designs in the middle of an individual batching process, but can quickly offer a greater range of mixes overall as a central yard has more stock capacity for different types of cement, aggregates, and admixtures than a single truck has room for on site. Volumetric mixers can seamlessly change all aspects of the mix design while still producing concrete, as long as the raw materials are on site. They can continuously mix quality concrete for an indefinite time while being continuously loaded with fresh materials. They can produce 1 yard of concrete in as little as 40 seconds depending on the mix design and batch plant size outfitted. Centralised batching, using the same supply of materials over a long period (a fixed plant will likely have a fixed set of suppliers in its locality), the same scales which can be calibrated by weighbridges, the same measuring equipment for admixtures, moisture etc., and often the same batching operator, can have tighter tolerances for mixes, use a centralised lab to design and verify dozens of mixes to different specifications across multiple jobs for that plant, and can therefore produce a very predictable, consistent result for major projects. Each plant will have a batching recipe book (or equivalent automated batching program) to batch and load any quantity of any mix design on demand. Centralized batching can scale quickly with less movement than on site mixers, using aggregate trucks, cement tankers and ground stocks to achieve up to 240 cubic metres an hour from a single plant. This allows consistent large scale pours across a site quickly, as supply logistics for cement, water, and aggregate are fixed to a single point with greater storage capacity, and therefore easier to scale, and more tolerant of short supply interruptions. For small loads (orders under 10 yards) transit mixers typically return to their batch plant after each delivery. Volumetric trucks can go directly from job to job until a truck is emptied, reducing traffic and fuel consumption.