ПОЗДРАВЛЯЕМ С НОВЫМ ГОДОМ !!! Коллективы завода Строй-Бетон и журнала Популярное Бетоноведение с радостью поздравляют вас с Новым Годом и желают успехов в нелегком и полезном строительном деле. В наступающем году мы постараемся помогать вам в работе и делать все от нас зависящее для процветания нашего совместного дела.

Оборудование для изготовления бетонных дорог

В своих статьях я не первый раз обращаюсь к вопросу оборудования и технологии для изготовления бетонных дорог. Если в технологии изготовления, транспортировки и подачи бетона за последние годы были достигнуты определенные положительные результаты, и это мы можем видеть, то по части его укладки есть определенные технологические пробелы. Хотя день ото дня растет количество современных растворобетонных узлов, многими компаниями покупаются новые миксеры и автобетононасосы, но высокотехнологичной бетонной дороги у нас как не строили, так и не строят. Причина здесь, скорее всего, не в самих дорожниках, а в том, что бетонные дороги в России просто слабо распространены.

Сами дороги, их сечение, конструкция имеют массу вариантов. Дороги классифицируют в основном по материалу верхнего покрытия — асфальтовому или бетонному. В асфальтовом — в качестве вяжущего материала смеси используется битум, в бетонном — цемент. В некоторых вариантах может применяться композитный материал покрытия, когда на бетон кладут асфальт, обеспечивая, таким образом, качественный нижний слой на многие десятилетия, и меняя каждые 5–7 лет верхний асфальтобетонный, что позволяет создать долговечную и прочную дорогу.

В предыдущие годы бетонное покрытие было дороже асфальтового в 1,5–2 раза, где-то на 70–80 %. Как правило (например, в случаях МКАД и Петербургской КАД), асфальтовое покрытие требует ухода и ремонта (заливка трещин, засыпка ям и т. п.) уже через 3–4 года после ввода дороги в эксплуатацию. Бетонное покрытие в первые 10–12 лет эксплуатации ремонта практически не требует.

Как мне кажется, при нынешней ситуации и определенном ценовом сговоре производителей материалов, как в секторе нефтепереработки и производства битума, так и в секторе производства цемента, цены на производство дорог по обеим технологиям будут приблизительно одинаковы.

Приблизительно через 8 лет эксплуатации общие затраты на бетонную и асфальтовую дороги уравниваются, а затем бетонная становится всё дешевле и дешевле асфальтовой. Вот и получается, что скупой платит дважды, а российский водитель, по вине чиновников, — платит ежегодно.

В нашей стране, главным образом, строят асфальтовые дороги, а на Западе — бетонные. В США — 60 % дорог бетонные, в Германии — 38 %, в Австрии — 46 %. В то время как в России — всего 3 % (!).А между тем, по статистике, срок службы бетонных дорог — 50 лет. Про срок службы асфальтовых дорог и говорить нечего, и так все понятно.

Вытеснение строительства бетонных дорог в нашей стране происходило из-за дефицита требуемых марок цемента, малой производительности работ и высокой стоимости. За многие годы ситуация с цементом не сильно изменилась, мы по-прежнему производим его мало, иногда его даже попросту не хватает.

Проблема с бетонными дорогами обусловлена многими причинами. Одна из них —ситуация в нефтяной промышленности. В США нефтяные скважины консервируют. Россия же, наоборот, не развивает свою промышленность, стремится продать нефти как можно больше и тянет свои трубопроводы по всему миру. Как ни парадоксально, совсем недавно Евгений Примаков назвал одной из причин происходящего ныне кризиса именно отсутствие развития нашей промышленности. Хотя похожие высказывания я слышал лет пять назад, и прозвучали они из уст одного финского предпринимателя на открытии финского завода в г. Костамукша. Как мы знаем, в той же Финляндии с дорогами всё в порядке.

Далее я постараюсь рассмотреть весь технологический процесс изготовления бетонных дорог, акцентируя внимание на группах оборудования, служащих непосредственно для производства.

Дорога — сложное инженерное сооружение. В упрощенном виде подготовка тела дороги выглядит так: отсыпается грунт, готовится земляная подушка, далее над ней в два слоя по 25–30 см — песчаная смесь, геотекстиль, препятствующей проникновению вверх влаги из почвы, и щебень. Используемые материалы и действия с ними должны обязательно быть регламентированы СНИП и иметь все необходимые сертификаты. Каждый слой многократно трамбуется катком, используемый щебень подвергается расклинцовке, песок в процессе трамбовки увлажняется водой. На уложенное, утрамбованное и просушенное тело дороги наносится битум и три слоя асфальтобетона — 5, 6 и 8 см. Каждый слой укатывается также до определенного состояния. Похоже выглядит и бетонная дорога, только в качестве верхнего слоя используется качественно уложенный и выровненный бетон.

Рассмотрим более подробно, от начала до конца, технологическую цепочку по производству бетонных дорог.

Как показывает практика, бетон выгодно производить непосредственно на месте строительства, либо поставлять его непосредственно с ближайших растворобетонных узлов (РБУ). Как правило, и это хорошо видно на примере МКАД и СПбКАД, многие строительные организации стараются использовать именно мобильные РБУ, особенно широко они распространены у мостостроителей. На наш рынок данное оборудование поставляют многие компании.

Транспортировка бетонной смеси до объекта, в независимости от того, мобильный это завод или доставка осуществляется с ближайшего завода, как правило, осуществляется с помощью автобетоносмесителей (миксеров). Данный сегмент рынка тоже хорошо насыщен различного рода производителями. Здесь и европейские компании и наш трудяга КамАЗ.

Автобетоносмесители также могут применяться для приготовления бетонной смеси в пути следования от питающих отдозированными сухими компонентами специализированных установок к месту укладки, для приготовления бетонной смеси непосредственно на строительном объекте, а также для транспортирования готовой качественной смеси с побуждением ее при перевозке. В основном эти устройства представляют собой гравитационные реверсивные бетоносмесители с грушевидным смесительным барабаном, установленные на шасси грузовых автомобилей, специальные шасси автомобильного типа или на полуприцепы, совмещенные с трехосными тягачами.

Смесительные барабаны имеют постоянный угол (10–15) наклона оси к горизонту. Внутри смесительных барабанов установлены двухзаходные винтовые лопасти, обеспечивающие загрузку и перемешивание бетонной смеси при вращении барабана в одну сторону и выгрузку готовой смеси при вращении барабана в обратном направлении (реверс).

Привод вращения смесительного барабана может быть механическим, с отбором мощности от автономного двигателя через систему механических передач, включающих реверсивный редуктор и цепную передачу с зубчатым венцом, закрепленным на барабане, и гидромеханическим, с отбором мощности через гидромеханическую передачу от автономного двигателя, двигателя базового шасси или от коробки отбора мощности трансмиссии шасси.

Гидромеханическая передача включает гидронасос с регулируемой подачей, реверсивный гидромотор и планетарный редуктор. Гидронасос нагнетает рабочую жидкость в гидромотор, который через планетарный редуктор приводит во вращение смесительный барабан. Гидромеханический привод позволяет бесступенчато плавно регулировать частоту вращения барабана. Рабочее давление в гидросистеме составляет 18–22 МПа.

Для загрузки смесительного барабана компонентами смеси или бетонной смесью, а также выгрузки смеси из смесительного барабана на место укладки автобетоносмесители оборудуются лотковыми загрузочно-погрузочными устройствами. Для обеспечения технологического процесса приготовления бетонной смеси из сухих компонентов, предварительно загруженных в смесительный барабан, а также промывки барабана и узлов автобетоносмесителя от остатков бетонной смеси автобетоносмеситель снабжен системой водопитания с баками для воды, аппаратурой для подачи воды под давлением и ее дозирования.

Технологическое оборудование отечественных автобетоносмесителей имеет мало различий и максимально унифицировано. Автобетоносмесители способны работать при температуре окружающего воздуха –30...+40 C. Максимальная скорость загруженных автобетосмесителей при движении по дорогам в технологическом режиме составляет не более 60 км/ч.

Главным параметром автобетоносмесителей является вместимость смесительного барабана по выходу готовой смеси (м3). Поэтому многие производители выпускают достаточно большие установки вместимостью до 20 м3.

Рынок отечественных производителей автобетоносмесителей не очень велик. Среди основных производителей: ЗАО «КОМЗ-Экспорт» (г. Каменск-Шахтинский, Ростовская обл.), ОАО «Туймазинский завод автобетоновозов» (Башкортостан), ЗАО «Пушкинский машиностроительный завод» (ПМЗ, Санкт-Петербург), Могилевский автомобильный завод (МоАЗ, Беларусь), ООО «Дизель-ТС» (Нижегородская обл.).

Как правило, отечественный производитель выпускает не более 10 различных модификаций автобетоносмесителей с барабанами по выходу бетонной смеси 5–9 м3 на шасси КамАЗ, ЗИЛ, «Урал», КрАЗ, МАЗ, МЗКТ, предназначенных для разных нагрузок и дорожных условий. Хотя ныне, по субконтрактингу, наши заводы изготавливают и экспортируют наиболее металлоемкие части автобетоносмесителей, например смесительные барабаны для таких ведущих западных производителей, как Schwing/Stetter GmbH (Германия). В последнее время на рынке появились и китайские производители, в дальнейшей перспективе они могут потеснить европейских производителей. Обычно китайская продукция значительно уступает по качеству металла европейской, а это не может не сказаться на долговечности и надежности всех агрегатов в целом. На рис. 1 представлена кинематическая схема автобетоносмесителя.

Рис. 1. Автобетоносмеситель

На внутренней поверхности барабана укреплены две спиральные лопасти 11, угол наклона которых подобран таким образом, что при вращении в одном направлении компоненты смеси попадают в нижнюю часть барабана, где происходит их гравитационное перемешивание, а при вращении в обратную сторону лопасти подают готовую смесь к приемному лотку, соединенному с поворотным разгрузочным желобом. Вращение барабану 9 сообщается от индивидуального дизельного двигателя 3 через реверсивный зубчатый редуктор 5 и цепную передачу 6, ведомая звездочка к которой жестко прикреплена к сферическому днищу барабана, опирающегося спереди на раму шасси центральной цапфой 7, а сзади — гладким бандажом 10 на опорные ролики 12, установленные на шарикоподшипниках. Привод обеспечивает две частоты вращения барабана в обе стороны при загрузке, перемешивании и разгрузке. Частоту вращения при загрузке выбирают в зависимости от производительности питающей установки.

Приготовление смеси в пути следования производят при дальности транспортировки не более 10–15 км, при этом отдозированные компоненты в смесительный барабан загружают одновременно. При перевозках на большие расстояния в барабан загружают сначала сухие компоненты (цемент и заполнители), а подачу воды и приготовление смеси производят непосредственно на объекте. Заданная порция воды подается в смесительный барабан из дозировочно-промывочного бака центробежным насосом 1 через сопло в загрузочной воронке. Через то же сопло производится промывка барабана водой после разгрузки. Привод насоса осуществляется от двигателя 3 через карданный вал 4 и клиноременную передачу 2. При транспортировке готовой бетонной смеси во избежание ее расслаивания барабан вращается с пониженной частотой, непрерывно перемешивая смесь.

В будущем мы обязательно рассмотрим рынок производителей и поставщиков автобетоносмесителей.

Бетонная смесь произведена и доставлена. Что же дальше? При больших объемах бетонирования, когда оно ведется на разных уровнях и бетонную смесь невозможно доставить непосредственно к месту бетонирования, производители работ вынуждены использовать автобетононасосы или автобетоносмесители с гидролотком.

Автобетононасосы предназначены для подачи свежеприготовленной бетонной смеси с осадкой конуса 6–12 см в горизонтальном и вертикальном направлениях к месту укладки при возведении сооружений из монолитного бетона и железобетона. Они представляют собой самоходные мобильные бетонотранспортные машины, состоящие из базового автошасси, бетононасоса с гидравлическим приводом и шарнирно сочлененной стрелы с бетоноводом для распределения бетонной смеси в зоне действия стрелы во всех ее пространственных положениях. Отечественные автобетононасосы конструктивно подобны и оборудуются двухцилиндровыми гидравлическими поршневыми бетононасосами.

Рис. 2. Бетононасос

Бетононасос (рис. 2) состоит из двух бетонотранспортных цилиндров 6, поршни которых получают синхронное движение во взаимно противоположных направлениях от индивидуальных рабочих гидроцилиндров 10, осуществляя попеременно такт всасывания смеси из приемной воронки 3 и такт нагнетания ее в бетоновод 1. Движение поршней согласовано с работой поворотного бетонораспределительного устройства 2, поворот которого на определенный угол осуществляется с помощью двух гидроцилиндров 12. Когда в одном из бетонотранспортных цилиндров бетонная смесь всасывается из воронки, во втором через поворотную трубу распределительного устройства смесь нагнетается в бетоновод. В конце хода нагнетания распределительное устройство изменяет свое положение одновременно с переключением хода приводных гидроцилиндров с помощью следящей системы.

Приемная воронка оборудована в верхней части решеткой 4, в нижней — лопастным побудителем с приводом 11. Бетонотранспортные цилиндры помещены в корпус 5, имеющий резервуар 8 для промывочной воды и сообщающийся со штоковыми полостями бетонотранспортных цилиндров. При замене промывочную воду сливают через спускное отверстие, перекрываемое крышкой с рукояткой 7. Бетононасос снабжен электрогидравлическим блоком управления 9. Гидравлический привод обеспечивает более равномерное движение смеси в бетоноводе, предохраняет узлы насоса от перегрузок и позволяет в широком диапазоне регулировать рабочее давление и производительность машины. Двухпоршневые бетононасосы с гидравлическим приводом обеспечивают диапазон регулирования объемной подачи 5–65 м3/ч при максимальной дальности подачи до 400 м по горизонтали и до 80 м по вертикали.

Для увеличения функциональных возможностей и эффективности работы стационарных бетононасосов применяются так называемые бетонораздатчики. Они предназначены для приема свежеприготовленной бетонной смеси от бетононасосов и укладки ее в сооружения из монолитного бетона и железобетона. Наиболее эффективно бетонораздатчики применяется при бетонировании больших открытых площадей: основания сооружений (нулевой цикл), дорожные покрытия, аэродромы, гидротехнические сооружения, перекрытия, полы и крыши зданий и т. п.

Применение бетонораздатчиков позволяет реализовать максимальную дальность бетононасоса по горизонтали и повысить производительность труда за счет уменьшения числа перестановок. Температурный режим эксплуатации — от –5 до +40 C. Благодаря прочной конструкции бетонораздатчика в нем исключены хрупкие или пристроенные части.

Рис. 3. Бетонораздатчик

Применение бетонораздатчика увеличивает расстояние механизированной укладки бетонной смеси до максимальной зоны действия бетононасоса — до 300–400 м.

Если бетонораздатчик имеет конструкцию, состоящую из труб, и производится в России, то транспортер имеет несколько другой механизм действия, и доставка бетонной смеси от миксера до места бетонирования осуществляется открытым способом.

На современных строительных объектах всё большее значение приобретает возможность быстрее, дешевле и удобнее перемещать самые различные материалы, в частности материалы, не подходящие для перекачки насосами, особенно это касается жестких смесей и фибробетонов для дорожного строительства. Для решения этой задачи фирма Putzmeister разработала мобильные телескопические ленточные транспортеры Telebelt для подачи и распределения сыпучих материалов любого типа фракцией до 100 мм: гравий, щебень, земля, неперекачиваемые сорта бетона и пр. На американском рынке данные машины успешно используются уже в течение 15 лет.

Как при монолитных работах, так и при укладке бетонной смеси на дорожное полотно, ее уплотняют с целью вытеснения содержащегося в ней воздуха и более компактного расположения составляющих. Уплотнение производят вибрированием, сообщая частицам смеси механические колебания, возбудителями которых являются вибраторы. При вибрировании бетонная смесь приобретает повышенную подвижность, способствующую вытеснению воздуха и заполнению всех пустот между арматурой и опалубкой. От качества уплотнения зависят прочность и долговечность сооружения или изделия.

Колебания в вибраторах создаются двумя способами: вращение закрепленной на валу неуравновешенной массы (дебаланс) и возвратно-поступательное направленное перемещение массы. Вращение неуравновешенной массе могут сообщать различного рода двигатели: электрические (электрические вибраторы), пневматические (пневматические вибраторы), гидравлические (гидромеханические вибраторы), внутреннего сгорания (моторные вибраторы).

Возвратно-поступательное движение массе сообщается электромагнитом (электромагнитные вибраторы). Одновальные дебалансные и планетарные вибраторы возбуждают круговые колебания, дебалансные вибраторы с четным количеством валов, маятниковые одновальные и электромагнитные вибраторы — направленные.

В строительстве наибольшее распространение получили электрические и пневматические вибраторы с круговыми колебаниями. По сравнению с электрическими пневматические вибраторы применяются реже, так как они нуждаются в компрессорной установке и при работе издают шум. Электрические вибраторы в индексе модели имеют буквенное обозначение ИВ, пневматические — ВП. Цифровая часть индекса означает номер модели, буквы после цифрового индекса — модернизацию вибратора. Каждый вибратор характеризуется вынуждающей силой, статическим моментом дебалансов, частотой и амплитудой колебаний.

Частоту колебаний вибратора подбирают в зависимости от подвижности бетонной смеси и размера фракций ее заполнителя. Бетонные смеси с крупными фракциями заполнителя уплотняют вибраторами с низкой частотой и большой амплитудой колебаний, с мелкими фракциями — вибраторами с высокой частотой и малой амплитудой колебаний. У большинства вибраторов частота колебаний соответствует средним фракциям заполнителя. Продолжительность работы вибратора на одной позиции должна быть такой, чтобы обеспечить достаточное уплотнение бетонной смеси; конец вибрирования определяют по внешним признакам уплотнения бетонной смеси: прекращение оседания смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков.

По способу воздействия на уплотняемую бетонную смесь различают поверхностные, наружные и глубинные вибраторы. Использование поверхностных вибраторов, оборудованных двигателями внутреннего сгорания, особенно актуально при строительстве дорог из бетона. Отечественные дорожники в последнее время стали их применять достаточно широко. В дальнейшем мы подробно рассмотрим и другое оборудование, применяемое при производстве бетонных дорог.

Автор: И. Войлоков