Готовый бетон: производство, виды и применение.

Введение

Бетон, который изготавливается на заводе по производству товарного бетона в соответствии с заданным составом смеси.

Товарный бетон (RMC) – это бетон, который изготавливается на заводе по производству товарного бетона в соответствии с требованиями конкретного объекта и затем доставляется на строительную площадку "готовым к использованию". Существует два основных типа: бетоносмесители-бочки (или смесители-автобетоносмесители) и объемные бетоносмесители. Первый тип доставляет бетон в пластичном состоянии. Второй тип доставляет сухую смесь и замешивает бетон непосредственно на объекте. Однако некоторые источники выделяют три типа: бетон, перемешанный в пути, бетон, приготовленный централизованно, и бетон с уменьшением усадки. Товарный бетон – это бетон, специально изготовленный для строительных проектов заказчика и поставляемый заказчику на объект как единый продукт. Он представляет собой смесь портландцемента или другого вяжущего, воды и заполнителей: песка, гравия или щебня. Все заполнители должны быть промытыми, с ограниченным содержанием мелких частиц, пыли, глины и земли. Часто добавляют добавки для улучшения удобоукладываемости бетона и/или увеличения времени схватывания (с использованием замедлителей), учитывая время, необходимое для доставки бетона на объект. Оценки размера мирового рынка различаются в зависимости от источника. В 2019 году он оценивался в 650 миллиардов долларов, а в 2018 году – почти в 500 миллиардов долларов.

История

Существуют споры относительно того, когда была осуществлена первая поставка товарного бетона и когда был построен первый завод по его производству. Некоторые источники указывают на 1913 год в Балтиморе. К 1929 году в Соединенных Штатах уже работало более 100 таких заводов. Значительного расширения отрасль не получила до 1960-х годов, и с тех пор продолжает расти.

Дизайн

Партии бетона смешивают точное количество гравия, песка, воды и цемента по весу (в соответствии с рецептурой смеси для марки бетона, рекомендованной инженером-конструктором или архитектором), что позволяет разрабатывать и внедрять специальные бетонные смеси непосредственно на строительных площадках. Готовый бетон часто используется вместо других материалов из-за его стоимости и широкого спектра применения в строительстве, особенно в крупных проектах, таких как высотные здания и мосты. По сравнению с другими материалами аналогичного назначения, например, дорожным покрытием, он имеет длительный срок службы. В районах с интенсивным движением его средний срок службы составляет 30 лет, в то время как асфальтобетон при тех же условиях служит 10–12 лет. Готовый бетон используется в строительных проектах, когда на строительной площадке нет возможности или желания производить смешивание бетона самостоятельно. Использование готового бетона означает поставку готового продукта по требованию, в необходимом количестве и с требуемым составом смеси. Для небольших и средних проектов стоимость и время, затрачиваемые на аренду смесительного оборудования, оплату труда, закупку и хранение компонентов бетона, а также экологические проблемы (цементная пыль опасна для здоровья при вдыхании) могут оказаться неоправданными по сравнению со стоимостью готового бетона, где заказчик платит только за использованный объем, а все остальные работы выполняются поставщиком. В случае крупного проекта передача производства бетона поставщикам готового бетона означает делегирование контроля качества и испытаний, материальной логистики, управления цепочками поставок и разработки состава смеси специалистам, которые уже имеют опыт в этих задачах, но при этом возникает необходимость привлекать еще одного подрядчика, которому требуется прибыль, и теряется контроль и оперативность самостоятельного смешивания. Готовый бетон покупается и продается по объему, обычно в кубических метрах (в США – в кубических ярдах). Смешивание и дозирование осуществляются в контролируемых условиях. В Великобритании готовый бетон может быть указан как неформально, по весу или объему компонентов (например, смеси 1:2:4 или 1:3:6), так и в соответствии с официальными стандартами европейского стандарта EN 206+A1, который в Великобритании дополняется стандартом BS 8500. Это позволяет заказчику указать требования к бетону с точки зрения условий грунта, воздействия окружающей среды и прочности, а производителю бетона – разработать смесь, соответствующую этим требованиям, используя местные материалы, доступные на заводе по производству партий. Это подтверждается лабораторными испытаниями, такими как испытания на сжатие с использованием образцов кубов, испытания на изгиб, а также полевыми испытаниями, такими как испытание на осадку конуса, проводимое на месте для проверки пластичности смеси. Характеристики бетонной смеси могут быть изменены путем добавления присадок. Присадки могут использоваться для снижения водопотребности, насыщения смеси воздухом, повышения долговечности поверхности или даже для суперпластификации бетона, делая его самоуплотняющимся. Использование присадок требует точной дозировки и рецептуры смеси, что сложнее без дозирующего и измерительного оборудования и лабораторной поддержки, имеющихся на заводе по производству партий, поэтому их трудно использовать вне производства готового бетона. Бетон имеет ограниченный срок пригодности после смешивания и до начала твердения. Это означает, что готовый бетон необходимо уложить в течение 30–45 минут после начала процесса смешивания, чтобы сохранить заданную подвижность и соответствие требованиям к составу смеси (в США), хотя в Великобритании, благодаря экологическим и материальным факторам, а также перемешиванию в процессе транспортировки, допускается до двух часов. Современные присадки и водоредуцирующие добавки могут в некоторой степени изменить этот временной интервал. Готовый бетон может транспортироваться и укладываться на строительной площадке различными способами. Наиболее распространенный и простой способ – использование желоба, установленного на задней части бетоносмесителя (как показано на рисунке), который подходит для укладки бетона вблизи мест, куда может подъехать бетоносмеситель. Для укладки бетона с грузовиков в местах с ограниченным доступом могут использоваться самосвалы, крановые бункеры, конвейеры, установленные на грузовиках, и, в крайнем случае, тачки. Некоторые бетонные смеси подходят для перекачки с помощью бетононасоса. В 2011 году в Соединенных Штатах 2223 компании, в которых работало 72 925 человек, производили готовый бетон.

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.

Преимущества готового бетона

Материалы смешиваются на заводе, и процесс гидратации начинается в момент контакта воды с цементом, поэтому время транспортировки от завода до строительной площадки и время ожидания перед укладкой бетона критически важны на больших расстояниях. Некоторые объекты находятся слишком далеко. Для замедления процесса гидратации, что позволяет увеличить время транспортировки и ожидания, можно использовать добавки, замедлители схватывания и цемент, содержащий пуццолановые добавки, такие как микродобавки летучей золы или гранулированный доменный шлак (GGBFS). Бетон формуется и заливается, но для больших конструкций требуется непрерывный поток материала. Если подача прерывается и бетон не может быть залит сразу, в готовом изделии может образоваться холодный шов. Главное преимущество заключается в том, что бетон производится в контролируемых условиях. Это обеспечивает высокое качество бетона, поскольку завод готовых бетонных смесей использует сложное оборудование и стабильные методы. Осуществляется строгий контроль за испытаниями материалов, параметрами процесса и постоянный мониторинг ключевых операций в процессе производства. Проблемы с контролем качества исходных материалов и методов дозирования и смешивания при приготовлении бетонной смеси непосредственно на строительной площадке решаются при производстве готовых бетонных смесей. Высокая скорость выполнения работ на заводе готовых бетонных смесей обеспечивается за счет механизации процессов. Производительность завода бетонных смесей на строительной площадке с бетоносмесителем 8/12 составляет 4-5 кубических метров в час, в то время как на заводе готовых бетонных смесей – 30-60 кубических метров в час. Улучшение обработки и правильное смешивание позволяют снизить расход цемента на 10-12%. Использование добавок и других минеральных добавок позволяет уменьшить количество цемента, необходимого для получения бетона заданной марки. Снижение расхода цемента косвенно приводит к уменьшению загрязнения окружающей среды. Производство готовых бетонных смесей менее зависит от ручного труда, что снижает вероятность ошибок. Это также уменьшает потребность в трудоемких операциях. Усадка и растрескивание. Бетон усаживается в процессе твердения. Усадка может достигать 3,05 метров на участке длиной 10 футов. Это создает внутренние напряжения в бетоне, которые должны учитываться инженерами и отделочниками при укладке бетона, и может потребоваться использование стальной арматуры или предварительно напряженных бетонных элементов, когда это критично. Дороги и подъездные пути должны выдерживать вес бетоновоза с грузом, который может достигать 32 тонн для восьмиколесного бетоновоза объемом 9 кубических метров. (Зеленый бетон составляет примерно 100 мм). Эту проблему можно решить, используя так называемые "мини-миксеры", которые оснащены смесителями меньшего объема – 4 кубических метра, что позволяет добираться до площадок с ограниченной грузоподъемностью. Используются еще более компактные смесители, позволяющие грузовику весом 7,5 тонн перевозить около 1,25 кубических метра бетона, чтобы добраться до центральных районов города, где запрещен проезд большегрузного транспорта.

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.

Бетон с измерительным прибором

В качестве альтернативы централизованной системе приготовления бетонной смеси используется объемный мобильный смеситель. Его часто называют бетоном, приготовленным непосредственно на объекте, бетоном, смешанным на месте, или мобильным бетоном. Это мобильная миниатюрная версия крупного стационарного завода. Он предназначен для производства товарного бетона с использованием непрерывного процесса дозирования или системы пропорционального дозирования. Объемный мобильный смеситель – это грузовик, который перевозит песок, щебень, цемент, воду, волокна, а также некоторые добавки и красители, в зависимости от комплектации завода. Эти грузовики смешивают или дозируют готовую смесь непосредственно на строительной площадке. Такой грузовик может приготовить любое необходимое количество бетона – как большое, так и маленькое. Приготовление смеси непосредственно на объекте исключает время транспортировки и гидратацию, которые могут сделать бетон, приготовленный в процессе транспортировки, непригодным для использования. Эти грузовики столь же точны, как и централизованные системы приготовления бетонной смеси, поскольку они взвешиваются и тестируются по тем же стандартам ASTM (Американского общества по испытаниям и материалам), что и все остальные производители товарного бетона. Это гибридный подход, сочетающий в себе преимущества централизованных заводов и традиционного приготовления смеси на месте. Каждый тип системы имеет свои преимущества и недостатки, которые зависят от местоположения, объема работ и состава смеси, определенного инженером.

Транзитная смешанная готовая смесь против объемной смешанной готовой смеси

Централизованный бетонный завод может обслуживать обширную территорию. Автобетоносмесители с перемешиванием на стройплощадке могут обслуживать еще более крупную территорию, включая труднодоступные места, недоступные для стандартных бетоновозов. Бетонные заводы располагаются в зонах, предназначенных для промышленного использования, в то время как бетоновозы могут обслуживать жилые районы или центральные части городов. Автобетоносмесители с перемешиванием на стройплощадке обладают аналогичными возможностями. Объемные смесители часто требуют меньшего количества воды в процессе приготовления смеси. Это позволяет получить бетон, который может обладать значительно более высокой прочностью на сжатие по сравнению с бетоном, производимым на централизованном заводе, при использовании одинакового состава смеси и метода испытаний ASTM C109. Централизованные системы дозирования ограничены размером автопарка. В зависимости от размера и типа завода на загрузку и отгрузку одного бетоновоза может потребоваться до 10 минут. Они не могут изменять состав смеси в середине процесса дозирования, но могут быстро предложить более широкий ассортимент смесей, поскольку центральная база имеет больший запас различных типов цемента, заполнителей и добавок, чем может вместить один бетоновоз на стройплощадке. Объемные смесители могут плавно изменять все компоненты состава смеси, продолжая при этом производство бетона, при условии наличия сырья на стройплощадке. Они могут непрерывно смешивать качественный бетон в течение неограниченного времени, постоянно загружаясь свежим сырьем. Они могут произвести 1 кубический ярд бетона всего за 40 секунд, в зависимости от состава смеси и размера дозирующего оборудования. Централизованное дозирование, использующее один и тот же запас материалов в течение длительного периода (фиксированный завод, вероятно, будет иметь фиксированный набор поставщиков в данной местности), одни и те же весы, которые могут быть откалиброваны с помощью весовых мостов, одинаковое измерительное оборудование для добавок, влажности и т.д., и часто одного и того же оператора дозирования, может обеспечивать более жесткие допуски для смесей, использовать централизованную лабораторию для разработки и проверки десятков смесей по различным спецификациям для нескольких объектов, и, следовательно, может обеспечить очень предсказуемый и стабильный результат для крупных проектов. Каждый завод будет иметь книгу рецептов смесей (или эквивалентную автоматизированную программу дозирования) для дозирования и загрузки любого количества любой смеси по требованию. Централизованное дозирование может быстро масштабироваться с меньшими перемещениями, чем смесители на стройплощадке, используя самосвалы с заполнителями, цементовозы и местные запасы для достижения производительности до 240 кубических метров в час с одного завода. Это позволяет быстро выполнять последовательные крупномасштабные заливки на всей строительной площадке, поскольку логистика поставок цемента, воды и заполнителя фиксируется в одной точке с большей емкостью хранения, и, следовательно, легче масштабируется и более устойчива к кратковременным перебоям в поставках. Для небольших партий (заказов менее 10 кубических ярдов) транзитные смесители обычно возвращаются на бетонный завод после каждой доставки. Объемные смесители могут перемещаться непосредственно с объекта на объект, пока грузовик не будет опустошен, что снижает транспортный поток и расход топлива.

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.