Бетономешалка: устройство, принцип работы и история развития

Введение

Бетономешалка (также цементный смеситель) – это устройство, которое однородно смешивает цемент, заполнитель (например, песок или гравий) и воду для получения бетона. Типичная бетономешалка использует вращающийся барабан для перемешивания компонентов. Для небольших объемов работ часто используются переносные бетономешалки, чтобы бетон можно было приготовить непосредственно на строительной площадке, обеспечивая рабочим достаточно времени для использования бетона до его затвердевания. Альтернативой механическому смешиванию является ручное смешивание бетона. Обычно это делается в тачке, однако в последнее время некоторые компании начали продавать модифицированные брезенты для этой цели. Бетономешалка была изобретена промышленником Гебхардом Йегером из Колумбуса, штат Огайо.

История

Один из первых бетономешалков был разработан в 1900 году Т. Л. Смитом в Милуоки. Микшер уже демонстрировал базовую конструкцию, которая до сих пор широко распространена: наклонный конический барабан (в то время – двойной конус) с лопастями. 9 февраля 1904 года изобретатель из Бреслау (Германия) Рихард Бодлендер запатентовал первый переносной бетономешатель. Этот бетономешатель приводился в движение лошадьми и назывался "Смеситель для раствора". Он работал за счет замены передних колес большим барабаном с большими лопастями для перемешивания цемента. В 1925 году по крайней мере два смесителя, построенные 25 лет назад, все еще находились в эксплуатации (серийные номера 37 и 82). Бетономешалка Smith Mascot по сути имеет ту же конструкцию, что и современные малогабаритные смесители. В 1920-х годах компания Т. Л. Смит в Милуоки построила самые большие в мире бетономешалки. Смесители этой компании использовались, например, при строительстве плотины Уилсона (шесть смесителей объемом 2 кубических ярда и два – 4 кубических ярда, что в то время являлось крупнейшей в мире установкой самых больших бетономешалок), первого стадиона Университета штата Огайо и плотины Exchequer. В 1934 году Роско Ли получил патент на конструкцию транзитного бетономешалки. Эта конструкция позволяла переоборудовать новые грузовики в бетономешалки, используя кран для установки барабана на заднюю часть грузовика.

Промышленные смесители

Сегодняшний рынок все чаще требует стабильной однородности и короткого времени смешивания для промышленного производства товарного бетона, и особенно для сборного и предварительно напряженного бетона. Это привело к совершенствованию технологий смешивания при производстве бетона. Разработаны различные типы стационарных смесителей, каждый из которых обладает своими преимуществами и ориентирован на определенные сегменты рынка производства бетона. Наиболее распространенные смесители, используемые сегодня, относятся к трем категориям:

Смесители с двумя валами, известные своей высокой интенсивностью смешивания и коротким временем смешивания. Эти смесители обычно применяются для высокопрочного бетона, торкрет-бетона (RCC) и самоуплотняющегося бетона (SCC), как правило, в партиях. Смесители вертикальной оси, наиболее часто используемые для сборного и предварительно напряженного бетона. Этот тип смесителя легко очищается между партиями и предпочтителен для цветного бетона, небольших партий (обычно), и при наличии нескольких точек разгрузки. В этой категории пановые смесители уступают популярность более эффективным планетарным (или противоточным) смесителям, поскольку дополнительное перемешивание способствует производству более сложных бетонных смесей (стабильность цвета, SCC и т.д.). Барабанные смесители (с реверсивным барабаном и с наклоняющимся барабаном), используемые при производстве больших объемов (партиями). Этот тип смесителя обеспечивает высокую производительность. Все типы смесителей имеют свои сильные и слабые стороны, и все они используются во всем мире в разной степени.

Грузовые машины для перевозки бетона

Специальные грузовики для транспортировки бетона (в транзитных смесителях) предназначены для смешивания бетона и доставки его на строительную площадку. Они могут быть загружены сухими материалами и водой, при этом смешивание происходит в процессе транспортировки. Также возможна загрузка с установки "центрального смешивания", где материал уже предварительно смешан. Транспортный бетоносмеситель поддерживает бетон в жидком состоянии посредством перемешивания, то есть вращения барабана, до момента доставки. Эти грузовики оснащены внутренней турбиной, которая подталкивает смешанный бетон вверх, против силы тяжести, внутри барабана. Внутри барабана бетоносмесителя установлена спиральная лопасть. При одном направлении вращения бетон уплотняется к стенкам барабана. В этом направлении барабан вращается во время транспортировки бетона на строительную площадку – это называется "загрузкой" смесителя. При вращении барабана в противоположном направлении винтовая конструкция типа Архимедова "выгружает", то есть выталкивает бетон из барабана. Оттуда бетон может поступать на желоба для направленной подачи вязкого бетона непосредственно на объект. Если грузовик не может подъехать достаточно близко для использования желобов, бетон может выгружаться в бетонный насос, подключенный к гибкому шлангу, или на конвейерную ленту, которую можно удлинить на значительное расстояние (обычно десять метров и более). Насос обеспечивает подачу материала в точные точки, на многоэтажные здания и в другие труднодоступные места. Для подачи бетона также используются ковши, подвешенные на кранах. Барабан традиционно изготавливается из стали, но на некоторых новых грузовиках для снижения веса используется стекловолокно. Большинство цементовозов имеют значительный вес в порожнем состоянии, что означает высокую тару. Федеральные нормы весовых ограничений, установленные Федеральной формулой мостов (FBF), требуют, чтобы трехосный грузовик с готовым бетоном весил не более 48 000 фунтов. Это оставляет всего 18 000 фунтов на сам бетон, поскольку таре вес грузовика составляет 30 000 фунтов. Для грузовиков с задней выгрузкой требуется водитель и "оператор желоба" для управления грузовиком и направлением желоба при размещении бетона в соответствии с требованиями заказчика. Новые грузовики с передней выгрузкой имеют органы управления внутри кабины, позволяющие водителю перемещать желоб во всех направлениях. Первый смеситель с передней выгрузкой, запатентованный в 1974 году, был спроектирован и построен Royal W. Sims из Холладей, штат Юта, США. Бетономешалки оснащаются двумя или более осями. Наиболее распространены четырех-, пяти- и шестиосные грузовики, количество осей определяется нагрузкой и местными правилами, регулирующими допустимые нагрузки на дороги. Оси необходимы для равномерного распределения нагрузки, обеспечения возможности эксплуатации на дорогах с ограничениями по весу и снижения износа дорожного покрытия. Двухосные или трехосные грузовики зимой, когда снижаются ограничения по весу, часто не имеют полезной грузоподъемности в некоторых регионах. В других регионах для эксплуатации могут потребоваться дорогостоящие разрешения. Дополнительные оси, помимо рулевых и ведущих, могут быть установлены между рулевыми и ведущими осями или за ведущими осями. Смесители часто имеют несколько рулевых осей, что обычно приводит к большому радиусу поворота. Для облегчения маневрирования дополнительные оси могут быть "подъемными", что позволяет поднимать их над землей, чтобы они не скользили по земле на крутых поворотах или не увеличивали радиус поворота. Оси, установленные за ведущими, называются "опорами" или "бустерными" осями и часто оснащаются возможностью поворота в противоположную сторону от рулевой оси для уменьшения скольжения и автоматического подъема при включении заднего хода. В некоторых регионах, например, в провинции Квебек, используются смесители в виде полуприцепа с тягачом, где смеситель установлен на прицепе, а не на шасси грузовика, поскольку даже шестиосные грузовики могут испытывать трудности с перевозкой полезной нагрузки. Бетономешалки обычно не совершают дальних поездок от завода, так как бетон начинает твердеть сразу после загрузки в грузовик. Многие заказчики требуют, чтобы бетон был уложен в течение 90 минут после загрузки. Некоторые грузовики в засушливом климате оснащены системой добавления воды в виде распыления во время поездки, особенно на большие расстояния. В случае поломки грузовика или по другим причинам, если бетон затвердеет в барабане, рабочим может потребоваться войти в барабан с отбойными молотками, либо компания должна утилизировать весь барабан. Stephen Stepanian подал заявку на патент на первый грузовой смеситель в 1916 году. Грузовики весят и могут перевозить примерно кубических метров бетона, хотя в настоящее время используется множество различных размеров бетоносмесителей. Наиболее распространенная вместимость грузовика составляет . Большинство бетоносмесителей в Великобритании ограничены скоростью .

Special concrete transport trucks (in transit mixers) are made to mix concrete and transport it to the construction site. They can be charged with dry materials and water, with the mixing occurring during transport. They can also be loaded from a "central mix" plant; with this process the material has already been mixed prior to loading. The concrete mixing transport truck maintains the material's liquid state through agitation, or turning of the drum, until delivery. These trucks have an interior turbine that pushes the mixed concrete up against gravity inside the drum. The interior of the drum on a concrete mixing truck is fitted with a spiral blade. In one rotational direction, the concrete is pushed deeper into the drum. This is the direction the drum is rotated while the concrete is being transported to the building site. This is known as "charging" the mixer. When the drum rotates in the other direction, the Archimedes' screw type arrangement "discharges", or forces the concrete out of the drum. From there it may go onto chutes to guide the viscous concrete directly to the job site. If the truck cannot get close enough to the site to use the chutes, the concrete may be discharged into a concrete pump, connected to a flexible hose, or onto a conveyor belt which can be extended some distance (typically ten or more metres). A pump provides the means to move the material to precise locations, multi floor buildings, and other distance prohibitive locations. Buckets suspended from cranes are also used to place the concrete. The drum is traditionally made of steel but on some newer trucks, fibreglass has been used as a weight reduction measure. Most cement trucks weigh a substantial amount empty, meaning they have very heavy tare weights. Federal weight laws under the Federal Bridge Formula (FBF) require a three axle ready mixed concrete truck to weigh 48,000 lbs or under. This leaves only 18,000 lbs for concrete to be carried, as 30,000 lbs is the tare weight of the truck. "Rear discharge" trucks require both a driver and a "chuteman" to guide the truck and chute back and forth to place concrete in the manner suitable to the contractor. Newer "front discharge" trucks have controls inside the cab of the truck to allow the driver to move the chute in all directions. The first front discharge mixer, patented in 1974, was designed and built by Royal W. Sims of Holladay, Utah, United States. Concrete mixers are equipped with two or more axles. Four , five and six axle trucks are the most common, with the number being determined by the load and local legislation governing allowable loads on the road. The axles are necessary to distribute the load evenly, allow operation on weight restricted roads, and reduce wear and tear on normal roads. A two or three axle truck during the winter when road weight limits are reduced has no usable payload in many jurisdictions. Other areas may require expensive permits to operate. Additional axles other than those used for steering ("steers") or drivetrain ("drives") may be installed between the steers and drives, or behind the drives. Mixers commonly have multiple steering axles as well, which generally result in very large turning radii. To facilitate maneuvering, the additional axles may be "lift axles", which allows them to be raised off the ground so that they do not scrub (get dragged sideways across the ground) on tight turns, or increase the vehicle's turning radius. Axles installed behind the drives are known as "tag axles" or "booster axles", and are often equipped to turn opposite to the steering axle to reduce scrubbing and automatically lift when the truck is put into a reverse gear. Tractor trailer combination mixers where the mixer is installed on a trailer instead of a truck chassis are used in some jurisdictions, such as the province of Quebec where even six axle trucks would have trouble carrying a useful load. Concrete mixers generally do not travel far from their plant, as the concrete begins to set as soon as it is in the truck. Many contractors require that the concrete be in place within 90 minutes after loading. Some trucks in dry climates are equipped with the capability of adding water in spray form during the trip, especially on long trips. If the truck breaks down or for some other reason the concrete hardens in the truck, workers may need to enter the barrel with jackhammers or the company has to scrap the entire drum. Stephen Stepanian filed a patent application for the first truck mixer in 1916. Trucks weigh , and can carry roughly of concrete although many varying sizes of mixer truck are currently in use. The most common truck capacity is
Most concrete mixers in the UK are limited to a speed of .

Прицепы для бетономешалки

Вариантом стандартной транспортировки бетона является прицеп для смешивания бетона (или цемента). Эти небольшие версии автобетоносмесителей используются для подачи небольших объемов бетона. Они оснащены бетоносмесительным барабаном вместимостью от 1 до 2 кубических метров. Прицепы для смешивания обычно буксируются за пикапом и загружаются от небольших дозирующих установок. Система смешивания с использованием прицепа популярна у компаний, занимающихся арендой строительной техники, и магазинов строительных материалов, которые используют их для обеспечения готовой бетонной смесью своих постоянных клиентов.

Бетонометы

В бетоносмесителях с дозатором или объёмных мобильных смесителях содержатся компоненты бетонной смеси и вода, которые смешиваются непосредственно на строительной площадке для производства и доставки бетона в требуемом объёме.

Бетономешалки для помещений и переносные

Для небольших работ, таких как ремонт жилых помещений, реконструкция или проекты любительского масштаба, обычно не требуется большое количество кубических метров бетона. Мелкий цемент легко доступен небольшими партиями, а щебень и воду можно легко приобрести в небольших количествах для небольшой строительной площадки. Для обслуживания этого рынка бетона небольшими партиями доступно множество типов небольших переносных бетономешалок. Типичная переносная бетономешалка использует небольшой вращающийся барабан для смешивания компонентов. Для небольших работ бетон, приготовленный непосредственно на строительной площадке, не теряет времени на транспортировку, что дает рабочим достаточно времени для его использования до затвердевания. Переносные бетономешалки могут приводиться в действие бензиновыми двигателями, хотя чаще они работают от электродвигателей, использующих стандартное сетевое напряжение. Эти бетономешалки дополнительно подразделяются в зависимости от механизма загрузки. Цемент, песок и другие заполнители загружаются в гидравлический бункер, а затем высыпаются в смесительный барабан для окончательного перемешивания. Разгрузка осуществляется наклоном барабана. В бетономешалках с ручной подачей цемент, песок и другие заполнители добавляются непосредственно в смесительный барабан вручную. Оба типа бетономешалок популярны в строительстве в Африке, некоторых странах Ближнего Востока и на Индийском субконтиненте.

Самозаряжающиеся бетономешалки

Самозагружающиеся бетоносмесители – это уникальные машины, предназначенные для дозирования, смешивания и транспортировки бетона. Они состоят из вращающегося барабана, установленного на шасси с кабиной управления и оснащенного погрузочным ковшом. Оператор самозагружающегося бетоносмесителя дозирует и загружает в барабан компоненты, необходимые для приготовления бетонной смеси (цемент, щебень и т.д.), используя погрузочный ковш. Барабан обычно имеет реверсивное, наклонное исполнение или их комбинацию. Определенный объем воды подается в барабан через вододозирующее устройство. Смесь вращается в барабане на скорости, необходимой для перемешивания, до тех пор, пока бетон не выгрузится через установленный желоб. Самозагружающиеся бетоносмесители подходят для строительных площадок, где отсутствуют бетонные заводы, грунтовые условия не позволяют использовать автобетоносмесители, или наблюдается нехватка рабочей силы. Области применения включают городское и сельское строительство, ремонт бетонных покрытий, строительство мостов и тоннелей, строительство дорог в населенных пунктах, устройство фундаментов, объекты обороны, строительство высокоскоростных железных дорог и другие.

Код действия

Правильная эксплуатация бетоносмесителей – одна из важнейших задач обеспечения безопасности на строительных площадках. В настоящее время число работников, чья деятельность связана с обработкой бетона, превышает 250 000. Более 10 процентов из них, 28 000 человек, получили производственные травмы или заболели, а 42 человека погибли всего за один год.