El formigó és un material líder en construcció i, segons els científics, es mantindrà així durant almenys 40-60 anys més. Al mateix temps, la tecnologia de producció de formigó durant el darrer mig segle ha canviat poc. Tot i que el procés de fabricació requereix molt de temps, els equips utilitzats són estructuralment senzills i econòmics. Això permet organitzar la producció de material de construcció popular sense costos elevats.
Antecedents històrics
La tecnologia de producció de formigó era coneguda fins i tot pels antics sumeris, que la van utilitzar àmpliament fa 4000-5000 anys. Posteriorment la tecnologia va ser adoptada per babilonis, egipcis i altres civilitzacions. Recentment, a Sèrbia, van descobrir un edifici de 7600 anys, el sòl del qual es va abocar amb una capa de formigó de 25 cm a base de pedra calcària. L’antic material de construcció, per descomptat, difereix del modern, però el principi segueix sent el mateix: el material d’unió mitjançant l’acció de l’aigua fixa el farciment de llast (sorra, pedres, palla). Després de l’assecat, la barreja es torna molt forta.
Després de mil·lennis, els antics romans van perfeccionar la tecnologia. Van trobar que, en abundància, el material volcànic contingut als Apenins (tuf, pòmix, cendra) en combinació amb aigua, sorra, grava després de la manipulació i l'assecat es torna tan fort com la pedra. A l’Imperi Romà, les institucions públiques, els aqüeductes, les clavegueres i les cases particulars es van construir massivament a partir del formigó. Fins al moment, l’edifici més gran, la cúpula del qual està integrat en formigó sense forçar, continua sent el Panteó, erigit pels romans fa molts segles. Fins a cert punt, la Gran Muralla de la Xina també s’assembla a una estructura de formigó.
Després de la caiguda de Roma, a l’edat mitjana, la tecnologia es va perdre. Només als segles XVII-XVIII es van iniciar els intents de reviure els secrets oblidats dels antics constructors. James Parker el 1796 va patentar una recepta per a la fabricació de "ciment romà" a base de pozzolans. En paral·lel, els científics buscaven aglutinants alternatius que puguin substituir materials volcànics.
L'enginyer francès Louis Vic va fer una contribució important. Va trobar que una barreja de calcària i argila produeix un aglutinant efectiu. El 1828 va construir un pont utilitzant ciment, i el 1840 va presentar al públic un material revisat: el ciment Portland, que encara avui es fa servir àmpliament.
Descripció
El formigó és un material de construcció artificial comú, quan es solidifica, pren forma de pedra. Hi ha diversos mètodes per a la producció de formigó, però la majoria es redueixen fins a barrejar en determinades proporcions un aglutinant (normalment ciment), un agregat (sorra, grava, buta, etc.) i aigua. Per millorar la qualitat de la barreja, es poden utilitzar diversos additius: repel·lents d’aigua, plastificants i altres. En la fabricació de formigó d’asfalt s’utilitza betum en lloc d’aigua.
Composició
Tot i que no hi ha molts components concrets, hi ha milers de marques al món que difereixen pel percentatge de materials i els additius utilitzats. La composició clàssica del formigó és la següent:
- ciment;
- sorra;
- agregat (grava, pedra triturada, còdols, argila expandida, etc.);
- aigua
- additius (opcional).
El percentatge d’aquests components depèn del grau de formigó requerit, de les característiques del ciment, del coeficient d’humitat de la barreja sorra-grava i de les propietats dels additius. A la taula es proporcionen les proporcions recomanades quan s'utilitza ciment M500.
Grau de formigó | Ciment, kg / parts | Sorra, kg / parts | Pedra triturada, kg / parts |
200 | 1 | 3,5 | 5,6 |
250 | 1 | 2,6 | 4,5 |
300 | 1 | 2,4 | 4,3 |
400 | 1 | 1,6 | 3,2 |
450 | 1 | 1,4 | 2,9 |
El factor més important és la quantitat d’aigua. Normalment és de 0,5-1 parts, però cal calcular en funció del contingut d’humitat de la barreja, de la força desitjada, del grau de fluïdesa, del temps d’establiment, dels additius utilitzats. El coeficient de relació entre aigua i ciment hauria de ser idealment de 0,3-0,5. Amb un excés d’aigua, disminueix la força del ciment acabat.
Producció d’additius concrets
Una de les direccions estratègiques en el desenvolupament de la tecnologia concreta és l’ús d’additius. Hi ha al voltant de 50 tipus d'ús al món, amb més de 50.000 marques, i cada substància (fins i tot ous de pollastre i urea) es pot considerar com a additius del formigó i morters. Per millorar la composició del formigó, els científics desenvolupen additius multifuncionals que causen un efecte sinèrgic.
A finals del segle XX, es van inventar i introduir els superplàstics - additius universals multicomponents que tenen propietats plastificants i reductores d'aigua. Això va permetre que la construcció canviés en l'ús massiu de barreges de formigó fos, molt mobles i formigó de gran resistència, amb resistència a la compressió de fins a 80 MPa i fins a 4 MPa en tensió.
Compactació de formigó
La tecnologia per a la producció de formigó a escala industrial inclou l’etapa de compactació de les barreges de formigó. Per regla general, això es fa mitjançant vibracions, durant les quals s’omplen els buits microscòpics. També és força habitual el mètode centrífug (lliure de vibracions) per formar productes de formigó armat, especialment quan es processen formigons per a la fabricació de canonades sense pressió.
Compactació de vibracions
El procés de producció de formigó d’alta qualitat, per regla general, implica l’ús de plantes de vibració en el futur. El tipus de formació de vibracions més estès és la compactació de vibracions de banqueta (cavallet). En aquest cas, els motlles amb la barreja de formigó s’instal·len a la plataforma vibradora, que està sotmesa a vibracions del mecanisme vibrador.
Les plataformes de vibració de diversos tipus s'utilitzen per a la vibració del banc, aquestes són les característiques tecnològiques del mètode. Es classifiquen segons la disposició de la taula i l’òrgan vibrador, la capacitat de càrrega i els principals paràmetres de vibració. La disposició distingeix:
- mecanismes amb una taula amb un excitador de vibracions situat a sota;
- plataformes de vibració de tipus bloc, que consisteixen en blocs unificats amb un excitador de vibracions situat sota la taula d’un dels blocs.
La capacitat dels llocs està determinada per la potència dels motors d’accionament. Les plataformes de vibració més comunes amb una capacitat de càrrega de 3, 5, 7, 10 i 15 tones, menys freqüentment - 20 i 25. La capacitat de càrrega dels mecanismes de bloc està en un rang de 2-24 tones.
Tecnologia vibrant
La tecnologia més complexa per a la producció de formigó és la barreja vibro-buit. Es caracteritza per una combinació d’evacuació periòdica amb vibracions. Es realitzen vibracions per estendre i compactar la barreja de formigó. En el procés d’evacuació, la vibració s’activa durant un temps prou curt per localitzar la fricció entre les partícules de la barreja, per contribuir a un millor ompliment de l’espai de gas-vapor.
La magnitud del buit de buit és del 75-80% del valor absolut. Com a resultat, es forma un gradient de pressió, sota la influència del qual s’envia massa aigua, aire i barreja vapor-aire des de les zones de pressió atmosfèrica fins a fonts de buit i retirades del formigó.
La vibrocompressió s'utilitza per formar molts productes, en particular per a la fabricació de lloses de paviment i elements de la carretera, en la fabricació de canonades de formigó armat per a pressió i altres productes de barreges rígides, principalment fines.
Mètode de compactació centrífuga
L’essència de la formació centrífuga és que quan es gira el formador amb una capa distribuïda uniformement de barreja de formigó, sorgeix la pressió centrífuga, sota la influència de la qual té lloc la separació de les parts de la fase sòlida i la seva aproximació, acompanyada del desplaçament d’aigua amb ions dissociats en suspensió i fraccions de ciment molt disperses.
Per eliminar l’heterogeneïtat estructural i textual, que redueix la resistència del formigó, es proposa un mètode per a la compactació capa per capa de la barreja de formigó. Gràcies a aquest mètode, es forma una textura homogènia de formigó a tota la secció de la paret del producte. Per augmentar les propietats fisicomecàniques del formigó centrifugat, s’aplica una centrifugació repetida després d’afluixar la mescla compactada.
Equipament
Els equips per a la producció de formigó varien àmpliament: des de simples batedores de formigó manual fins a complexos industrials de diversos nivells. Per a la construcció privada és convenient utilitzar petites mescladores de formigó mecanitzades (elèctriques, dièsel). El seu cost parteix de 5-6 mil rubles. La càrrega dels components es realitza manualment. Els desavantatges importants són la complexitat de la dosificació exacta dels materials afegits, la manca de mecanismes de compactació de la barreja, la baixa productivitat.
Si l’objectiu és organitzar una petita empresa privada, la millor opció seria una planta mòbil de formigó. L'equip per a una mini-fàbrica és relativament barat - de 400 mil rubles, que és més barat que un cotxe. D'altra banda, la rendibilitat de l'empresa pot arribar a un milió de rubles al mes.
Les línies automatitzades amb una potent instal·lació per barrejar components, un sistema vibrador i la càrrega de material transportador en un camió de formigó són més cares. Amb un cost d’1,5 milions de rubles, demostren un excel·lent rendiment per aportar formigó a clients privats i petites empreses de construcció.
Producció industrial
Les característiques de la producció de formigó en empreses especialitzades són l'ús d'equips multinivells potents, plantes vibradores, vibradores o centrífugues, diversos additius, plastificants. Aquí no només es fa formigó, sinó també els seus productes finals: des de lloses de paviment, vorades i anells de clavegueram fins a escales, estructures prefabricades per a la construcció de panells, elements dels ponts i estructures industrials.
A les grans empreses, la quantitat i la qualitat dels components es calculen als laboratoris de fàbrica fins a un dècim del percentatge. Els equips professionals permeten utilitzar la quantitat mínima d’aigua permesa, que millora significativament la qualitat del material acabat i l’ús d’additius augmenta el temps d’ambientació i el grau de fluïdesa del formigó. Les plantes de mescla de formigó remenen la mescla fins a una massa homogènia amb una qualitat que no es pot aconseguir per a les formigoneres econòmiques.