Чи виробляють планетарні бетонозмішувачі більше високоміцного бетону?

Чи виробляє планетарний бетономішувач міцніший бетон?

На заводі з виробництва збірних елементів, що випускає мостові секції міцністю 80 МПа, відбулася заміна двовальнового мішувача на планетарна бетономішалка після шести місяців непостійних результатів стискувальної міцності — циліндри з однієї партії відрізнялися на 8 МПа. Дослідження показало, що процес змішування у двовальному змішувачі не забезпечував повного розподілу 8 % кремнієвої димової добавки в суміші з низьким вмістом води, утворюючи локальні зони слабкості, де агломеровані частинки кремнієвої димової добавки діяли як концентратори напружень замість позоланічного зміцнення. Планетарний змішувач із кількома обертовими інструментами, що створюють перетинальні зони зсуву, зменшив розбіжності міцності до ±2 МПа протягом шести тижнів після введення в експлуатацію.

А планетарна бетономішалка не створює міцніший бетон «магічним» чином. Він забезпечує більш рівномірно змішаний бетон — а для високоміцних, високоефективних і надвисокоефективних сумішей рівень рівномірності змішування безпосередньо визначає стискувальну міцність.

Що робить змішувач придатним для високоміцного бетону

Роль рівномірного розподілу цементного тесту

Високоміцний бетон — визначений як такий з міцністю 55 МПа або вище за стандартом ACI — використовує кількість цементу 450–600 кг/м³ та водно-цементне відношення нижче 0,35. За таких низьких обсягів води цементна паста має в’язку консистенцію й опирається розтіканню. Мішалка, що лише перевертає або зрізає пасту в одному напрямку, залишає цементні агломерації незмінними — скупчення з 50–100 цементних частинок, які гідратуються лише на зовнішніх поверхнях, тоді як внутрішні частинки залишаються негідратованими й діють як інертний наповнювач замість активного в’яжучого.

А планетарна бетономішалка створює перемішувальну дію одночасно в кількох напрямках. Змішувальні зірки обертаються навколо власних осей, одночасно рухаючись по орбіті навколо центрального валу, а змішувальна чаша обертається у протилежному напрямку — зазвичай зі швидкістю 5–8 об/хв для зірок та 2–4 об/хв для чаші при протилежному обертанні. Таке багатовісне зрізання руйнує цементні агломерації, які залишаються незмінними під час перемішування в одному напрямку, відкриваючи більшу поверхню цементу для взаємодії з водою й підвищуючи ефективне використання цементу для розвитку міцності.

Мікро-кремнезем та розподіл надтонких частинок

Частинки кремнеземної димової пилки мають розмір 0,1–0,3 мікронів — у 100 разів менші за зерна цементу. Досягнення рівномірного розподілу цих субмікронних частинок у пасті з низьким вмістом води вимагає енергії перемішування, що значно перевищує потреби звичайного бетону. Нерозподілені агломерати кремнеземної димової пилки створюють дві проблеми: вони не беруть участі в пуцолановій реакції у місцях згущення й утворюють пористість на межі між агломератом і пастою, що знижує щільність і міцність.

Випробування, проведені Інститутом залізобетонних виробів і попередньо напружених конструкцій, доводять, що планетарна бетономішалка конструкції забезпечують розподіл кремнеземної димової пилки, який можна виміряти за допомогою випробування електричного опору — показника поліпшення структури пор — на 15–25 % кращий порівняно з одновальними мішалками та на 8–12 % кращий порівняно з двовальними мішалками у сумішах, що містять понад 5 % кремнеземної димової пилки від маси цементу. У сумішах із міцністю нижче 50 МПа без кремнеземної димової пилки ці відмінності в розподілі практично несуттєві.

Як планетарні мішалки забезпечують інтенсивне змішування

Механізм змішування в планетарна бетономішалка поєднує три одночасні рухи. Змішувальні зірки (зазвичай одна–три одиниці, кожна з двома–чотирма рукавами) обертаються навколо власних осей з високою швидкістю — 40–80 об/хв для обертання зірки. Одночасно зіркова система обертається навколо центру мішалки зі швидкістю 20–40 об/хв, а чаша обертається в протилежному напрямку зі швидкістю 5–10 об/хв. Одна частинка в суміші піддається зсувним напруженням з кількох напрямків за кожен оберт, на відміну від двонапрямного, але плоского зсувного напруження, що виникає між протилежно обертовими валами у мішалці з двома валами.

Це багатонапрямкове зсувне напруження особливо ефективне для жорстких консистенцій — бетону з осіданням менше 50 мм, що характерно для попередньо напружених та високоміцних застосувань. Планетарна мішалка планетарна бетономішалка зберігає інтенсивність змішування навіть при зростанні жорсткості суміші, тоді як ефективність мішалки з двома валами знижується, коли бетон не тече вільно між валами.

Коли тип мішалки справді має значення

Для стандартного готового бетону з міцністю 20–40 МПа та осіданням конуса 80–150 мм різниця в міцності, спричинена типом змішувального механізму — планетарного чи двовальнового, є незначною. Основний вплив на результат мають правильне дозування компонентів, точне додавання води та достатня тривалість змішування. Для високоміцного бетону з міцністю понад 60 МПа, низькоосідаючого збірного бетону та будь-якого складу, що містить понад 5 % кремнієвої димової пилки або надтонких додаткових цементуючих матеріалів, багатовісний зсувний ефект планетарного змішувача забезпечує вимірюване покращення узгодженості міцності й ефективності використання кремнієвої димової пилки.

Поширені запитання

Чи забезпечує планетарний бетонозмішувач вищу стискну міцність порівняно з двовальновим?

Для бетону з міцністю понад 60 МПа, що містить кремнеземну димку або надтонкі матеріали, планетарні мішалки забезпечують на 5–10 % вищу середню міцність на стиск і на 50–70 % меншу варіацію міцності між зразками з однієї партії. Для стандартних готових бетонних сумішей класів нижче 40 МПа без кремнеземної димки тип мішалки не впливає вимірювано на міцність — точність дозування та контроль кількості води є визначальними факторами.

Чому планетарна бетономішалка краще підходить для високоміцного бетону?

Багатовісний процес перемішування — зірки, що обертаються навколо власних осей та одночасно рухаються по орбіті навколо центру разом із чашею, яка обертається у протилежному напрямку, — створює зсувне навантаження одночасно з кількох напрямків. Це руйнує агломерати цементу й ефективніше розподіляє частинки кремнеземної димки розміром менше одного мікрометра порівняно з двонапрямковим площинним зсувом у двовісних мішалках. Така ефективність особливо важлива при водоцементному відношенні нижче 0,35, коли в’язкість цементного тесту перешкоджає звичайному перемішуванню.

Який механізм перемішування в планетарній бетономішалці?

Три одночасні рухи: змішувальні зірки обертаються навколо власних осей зі швидкістю 40–80 об/хв, зіркова група обертається навколо центру змішувача зі швидкістю 20–40 об/хв, а чаша обертається у протилежному напрямку зі швидкістю 5–10 об/хв. Кожна частинка піддається багатонапрямковому зсуву за кожен оберт, що забезпечує інтенсивне змішування, необхідне для жорсткого високопродуктивного бетону з низьким вмістом води.

Коли планетарний змішувач виправдовує інвестиції порівняно з двовальним?

Виробництво збірного бетону, високоміцний бетон понад 60 МПа, ультрависокоміцний бетон (UHPC) понад 120 МПа та будь-яке застосування з використанням понад 5 % кремнеземного диму виправдовують інвестиції в планетарний змішувач. Для стандартного виробництва товарного бетону двовальні змішувачі забезпечують вищу продуктивність за нижчу вартість і задовільну якість змішування для звичайних марок.

Як співвідносяться тривалості змішування між планетарними та двовальними змішувачами?

Планетарні мішалки, як правило, потребують загального часу циклу 45–70 секунд для високоміцних сумішей порівняно з 35–50 секундами для двовальневих мішалок на стандартних марках. Більший час циклу планетарних мішалок відображає більш інтенсивну дію перемішування, необхідну для досягнення якості розподілу, а не нижчу ефективність — для певної високоміцної суміші планетарна мішалка може потребувати 60 секунд, тоді як двовальнева мішалка потребуватиме 90–120 секунд для досягнення еквівалентного розподілу.

Які відмінності у технічному обслуговуванні існують між планетарними та двовальневими бетономішалками?

Планетарні мішалки мають більше рухомих частин — кілька зіркоподібних приводних валів, привід обертання корита та складні ущільнювальні системи в кожній точці проникнення — що призводить до витрат на технічне обслуговування на 20–30 % вищих, ніж у двовальневих мішалок аналогічної потужності. Цей компроміс виправдований, коли перевершена здатність до розподілу в планетарних мішалках дозволяє виробляти високоміцний бетон, який двовальневі мішалки не можуть надійно виробляти.