Bê tông là vật liệu hàng đầu trong xây dựng và, theo các nhà khoa học, sẽ duy trì như vậy trong ít nhất 40-60 năm nữa. Đồng thời, công nghệ sản xuất bê tông trong nửa thế kỷ qua đã thay đổi rất ít. Mặc dù quá trình sản xuất tốn nhiều thời gian, thiết bị được sử dụng có cấu trúc khá đơn giản và không tốn kém. Điều này cho phép bạn sắp xếp sản xuất vật liệu xây dựng phổ biến mà không có chi phí cao.
Bối cảnh lịch sử
Công nghệ sản xuất bê tông đã được biết đến ngay cả với người Sumer cổ đại, những người đã sử dụng nó cách đây 4000-5000 năm. Công nghệ sau này được áp dụng bởi người Babylon, Ai Cập và các nền văn minh khác. Gần đây, tại Serbia, họ đã phát hiện ra một tòa nhà có tuổi đời 7600 năm, sàn nhà được đổ một lớp bê tông 25 cm dựa trên đá vôi. Tất nhiên, vật liệu xây dựng cổ đại khác với vật liệu hiện đại, nhưng nguyên tắc vẫn giống nhau: vật liệu liên kết thông qua tác động của nước làm chặt chất độn dằn (cát, đá, rơm). Sau khi khô, hỗn hợp trở nên rất mạnh.
Sau nhiều thiên niên kỷ, người La Mã cổ đại đã hoàn thiện công nghệ. Họ phát hiện ra rằng sự phong phú của vật liệu núi lửa chứa trên Apennines (tuff, pumice, tro) kết hợp với nước, cát, sỏi sau khi xáo trộn và làm khô trở nên mạnh mẽ như đá. Trong Đế chế La Mã, các tổ chức công cộng, cống, cống rãnh và nhà riêng được xây dựng ồ ạt từ bê tông. Cho đến nay, tòa nhà lớn nhất, mái vòm được làm hoàn toàn bằng bê tông không có cốt thép, vẫn là Pantheon, được người La Mã dựng lên từ nhiều thế kỷ trước. Ở một mức độ nào đó, Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc cũng giống như một cấu trúc cụ thể.
Sau sự sụp đổ của Rome, vào thời Trung cổ, công nghệ đã bị mất. Chỉ trong các thế kỷ XVII-XVIII mới bắt đầu nỗ lực hồi sinh những bí mật bị lãng quên của các nhà xây dựng cổ đại. James Parker vào năm 1796 đã cấp bằng sáng chế cho một công thức sản xuất "xi măng La Mã" dựa trên pozzolans. Song song, các nhà khoa học đang tìm kiếm các chất kết dính thay thế có thể thay thế các vật liệu núi lửa.
Một đóng góp quan trọng đã được thực hiện bởi kỹ sư cầu nối người Pháp Louis Vic. Ông phát hiện ra rằng hỗn hợp đá vôi và đất sét tạo ra một chất kết dính hiệu quả. Năm 1828, ông đã xây dựng một cây cầu bằng xi măng, và vào năm 1840, ông đã trình bày cho công chúng một vật liệu sửa đổi - xi măng Portland, ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi.
Mô tả
Bê tông là một vật liệu xây dựng nhân tạo phổ biến, khi được hóa cứng, nó có hình dạng giống như đá. Có nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất bê tông, nhưng hầu hết chúng đều được đun sôi để trộn theo tỷ lệ nhất định một chất kết dính (thường là xi măng), cốt liệu (cát, sỏi, buta, v.v.) và nước. Để cải thiện chất lượng của hỗn hợp, có thể sử dụng nhiều chất phụ gia khác nhau: chất chống thấm nước, chất làm dẻo và các chất khác. Trong sản xuất bê tông nhựa, bitum được sử dụng thay cho nước.
Thành phần
Mặc dù không có nhiều thành phần cụ thể, nhưng có hàng ngàn thương hiệu trên thế giới khác nhau về tỷ lệ nguyên liệu và phụ gia được sử dụng. Thành phần cổ điển của bê tông như sau:
- xi măng;
- cát;
- cốt liệu (sỏi, đá nghiền, đá cuội, đất sét mở rộng, v.v.);
- nước
- phụ gia (tùy chọn).
Tỷ lệ phần trăm của các thành phần này phụ thuộc vào loại bê tông cần thiết, đặc tính xi măng, hệ số độ ẩm của hỗn hợp sỏi cát và tính chất của phụ gia. Tỷ lệ khuyến nghị khi sử dụng xi măng M500 được trình bày trong bảng.
Bê tông cấp | Xi măng, kg / bộ phận | Cát, kg / phần | Đá nghiền, kg / phần |
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 |
Yếu tố quan trọng nhất là lượng nước. Thông thường nó là 0,5-1 phần, tuy nhiên, cần tính toán dựa trên độ ẩm của hỗn hợp, cường độ mong muốn, mức độ trôi chảy, thời gian cài đặt, phụ gia được sử dụng. Hệ số tỷ lệ xi măng nước lý tưởng là 0,3-0,5. Khi thừa nước, cường độ của xi măng thành phẩm giảm.
Sản xuất phụ gia bê tông
Một trong những định hướng chiến lược trong phát triển công nghệ bê tông là sử dụng phụ gia. Có khoảng 50 loại trong số chúng được sử dụng trên thế giới, với hơn 50.000 nhãn hiệu. Mỗi chất (thậm chí trứng gà và urê) có thể được coi là chất phụ gia cho bê tông và vữa. Để cải thiện thành phần của bê tông, các nhà khoa học đang phát triển các chất phụ gia đa chức năng gây ra tác dụng hiệp đồng.
Vào cuối thế kỷ 20, các chất siêu dẻo được phát minh và giới thiệu - các chất phụ gia phổ quát đa thành phần có đặc tính hóa dẻo và khử nước. Điều này cho phép công trình chuyển sang sử dụng hàng loạt hỗn hợp bê tông đúc, di động cao và bê tông cường độ cao với cường độ nén lên tới 80 MPa và lực căng lên đến 4 MPa.
Bê tông đầm nén
Công nghệ sản xuất bê tông ở quy mô công nghiệp bao gồm giai đoạn đầm nén hỗn hợp bê tông. Theo quy định, điều này được thực hiện thông qua rung động, trong đó các lỗ rỗng siêu nhỏ được lấp đầy. Cũng khá phổ biến là phương pháp ly tâm (không rung) để tạo thành các sản phẩm bê tông cốt thép, đặc biệt là khi gia công bê tông để sản xuất ống áp lực.
Rung nén
Quy trình sản xuất bê tông chất lượng cao, theo quy luật, ngụ ý việc sử dụng các nhà máy rung trong tương lai. Loại hình rung động phổ biến nhất là đầm nén (giá vẽ). Trong trường hợp này, các khuôn với hỗn hợp bê tông được cài đặt trên nền rung, chịu sự rung động từ cơ chế rung.
Nền tảng rung của các loại khác nhau được sử dụng cho rung bàn, đây là tính năng công nghệ của phương pháp. Chúng được phân loại theo cách bố trí của bảng và cơ quan rung, khả năng tải và các thông số chính của độ rung. Bố cục phân biệt:
- cơ chế có một bảng với một exciter rung nằm bên dưới;
- nền tảng rung loại khối, bao gồm các khối thống nhất với một kích thích rung nằm dưới bảng của một trong các khối.
Công suất của các vị trí được xác định bởi sức mạnh của động cơ truyền động. Các nền tảng rung phổ biến nhất với khả năng mang 3, 5, 7, 10 và 15 tấn, ít thường xuyên hơn - 20 và 25 tấn. Khả năng mang của các cơ chế khối nằm trong khoảng 2-24 tấn.
Công nghệ rung
Công nghệ phức tạp nhất để sản xuất bê tông là hỗn hợp chân không rung. Nó được đặc trưng bởi sự kết hợp của sơ tán định kỳ với rung động. Rung được thực hiện để đặt và nén hỗn hợp bê tông. Trong quá trình sơ tán, rung được bật trong một thời gian đủ ngắn để định vị ma sát giữa các hạt của hỗn hợp, để góp phần làm đầy không gian hơi khí tốt hơn.
Độ lớn của chân không là 75-80% giá trị tuyệt đối. Kết quả là, một gradient áp suất được hình thành, dưới tác động của hỗn hợp nước, không khí và hơi nước quá mức được gửi từ các vùng áp suất khí quyển đến các nguồn chân không và loại bỏ khỏi bê tông.
Vibrocompression được sử dụng để tạo thành nhiều sản phẩm, đặc biệt là sản xuất tấm lát và các yếu tố đường, trong sản xuất ống bê tông cốt thép chịu áp lực và các sản phẩm khác từ hỗn hợp cứng, chủ yếu là hạt mịn.
Phương pháp nén ly tâm
Bản chất của sự hình thành ly tâm là khi bộ định dạng được quay với một lớp hỗn hợp bê tông phân bố đồng đều, áp suất ly tâm phát sinh, dưới tác động của sự phân tách các phần của pha rắn và sự phân ly của chúng xảy ra, kèm theo sự dịch chuyển của nước với các ion phân ly lơ lửng.
Để loại bỏ sự không đồng nhất về cấu trúc và kết cấu, làm giảm cường độ của bê tông, một phương pháp nén chặt từng lớp của hỗn hợp bê tông được đề xuất. Nhờ phương pháp này, một kết cấu bê tông đồng nhất được hình thành trên toàn bộ phần của bức tường sản phẩm. Để tăng các tính chất cơ lý của bê tông ly tâm, việc ly tâm lặp lại được áp dụng sau khi nới lỏng hỗn hợp đầm.
Thiết bị
Thiết bị sản xuất bê tông rất khác nhau: từ máy trộn bê tông cầm tay đơn giản đến tổ hợp đa cấp công nghiệp. Đối với xây dựng tư nhân, thuận tiện sử dụng máy trộn bê tông cơ khí nhỏ (điện, diesel). Chi phí của họ bắt đầu từ 5-6 nghìn rúp. Tải thành phần được thực hiện thủ công. Nhược điểm đáng kể là sự phức tạp của liều lượng chính xác của các vật liệu được thêm vào, thiếu cơ chế nén hỗn hợp, năng suất thấp.
Nếu mục tiêu là tổ chức một doanh nghiệp tư nhân nhỏ, thì lựa chọn tốt nhất sẽ là một nhà máy bê tông di động. Thiết bị cho một nhà máy mini tương đối rẻ tiền - từ 400 nghìn rúp, rẻ hơn xe hơi. Hơn nữa, lợi nhuận của doanh nghiệp có thể đạt 1 triệu rúp mỗi tháng.
Dây chuyền tự động với cài đặt mạnh mẽ để trộn các thành phần, hệ thống rung và tải băng tải vật liệu vào một chiếc xe tải bê tông đắt hơn. Với chi phí 1,5 triệu rúp, họ chứng minh hiệu suất tuyệt vời để cung cấp bê tông cho khách hàng tư nhân và các công ty xây dựng nhỏ.
Sản xuất công nghiệp
Đặc điểm của sản xuất bê tông tại các doanh nghiệp chuyên ngành là sử dụng các thiết bị đa cấp mạnh mẽ, nhà máy rung, rung hoặc ly tâm, phụ gia khác nhau, chất hóa dẻo. Ở đây, không chỉ bê tông được sản xuất, mà còn là sản phẩm cuối cùng của nó - từ tấm lát, lề đường và vòng cống cho đến cầu thang, cấu trúc đúc sẵn để xây dựng nhà panel, các yếu tố của cầu và kết cấu công nghiệp.
Trong các doanh nghiệp lớn, số lượng và chất lượng của các thành phần được tính toán trong các phòng thí nghiệm của nhà máy lên tới một phần mười của một phần trăm. Thiết bị chuyên nghiệp cho phép bạn sử dụng lượng nước tối thiểu cho phép, giúp cải thiện đáng kể chất lượng của vật liệu hoàn thiện và việc sử dụng phụ gia làm tăng thời gian thiết lập và mức độ trôi chảy của bê tông. Các nhà máy trộn bê tông khuấy hỗn hợp thành một khối đồng nhất với chất lượng không thể đạt được cho các máy trộn bê tông giá rẻ.