Благодаря сверхвысокой прочности на сжатие (обычно ≥120 МПа, максимальная — более 200 МПа), превосходной ударопрочности, исключительной долговечности (очень низкая проницаемость, высокая устойчивость к химической коррозии) и уникальным эстетическим свойствам, ультравысокопрочный бетон (UHPC) стал ведущим материалом в таких областях, как ремонт и усиление ключевых элементов мостов, облицовка зданий с большими пролётами, высокопрочные сборные конструкции и специализированные защитные сооружения. Однако выдающиеся характеристики UHPC обусловлены его тщательно подобранным составом (высокое содержание цемента, высокоактивные минеральные добавки, низкое водоцементное отношение (обычно 0,14–0,22), высокопрочные стальные фибры) и сложным технологическим процессом производства. Обычный бетоносмеситель совершенно не способен удовлетворить требования к его приготовлению. Таким образом, Специализированная мешалка для UHPC Разработка и применение данного материала становятся ключевыми предпосылками для его инженерного внедрения и масштабного использования.

I. Строгие требования, предъявляемые UHPC к оборудованию для перемешивания

1. Проблемы смешивания материалов с высокой вязкостью: Низкое водоцементное отношение UHPC приводит к чрезвычайной вязкости смеси и её плохой подвижности. Силы перемешивания, развиваемые обычными принудительными миксерами, недостаточны, что легко вызывает мёртвые зоны перемешивания, приводя к сгущению и комкованию материала и не позволяя добиться полного и равномерного смешения всех компонентов.
2. Вызов: равномерное распределение стальной фибры. В UHPC обычно вводят большое количество (объёмная доля 2%–6%) тонких стальных фибер, чтобы повысить ударную вязкость. Процесс перемешивания должен гарантировать равномерное и без комковое распределение стальных фибер в матрице, предотвращая образование «филаментных шариков», которые ухудшают механические свойства и внешний вид материала. Это чрезвычайно повышает требования к сдвиговой способности смесителей.
3. Точный подбор пропорций и контроль водоцементного отношения: Характеристики UHPC чрезвычайно чувствительны к соотношению сырьевых материалов (в особенности к соотношению воды и высокоэффективных водоразбавителей). Смеситель должен быть оснащен точной системой дозирования и высокой эффективностью смешивания, чтобы обеспечить быстрое и равномерное распределение микроскопических компонентов (таких как водоразбавители) в матрице с высокой вязкостью, предотвращая локальное пересушивание (что влияет на подвижность) или переувлажнение (что снижает прочность).
4. Требования к эффективному производству: Процесс перемешивания UHPC обычно длится дольше, чем при изготовлении обычного бетона (до 10–15 минут или даже дольше) и требует высокой интенсивности перемешивания. Оборудование должно сохранять стабильность и надежность при работе в условиях высокой интенсивности и продолжительного режима эксплуатации, одновременно стремясь к максимальной производительности за единицу времени.
5. Требования к износостойкости и герметичности: В UHPC высокотвёрдые материалы (такие как кварцевый песок и стальные волокна) вызывают интенсивный износ мешалочных рукавов и футеровки. Оборудование должно быть изготовлено из сверхизносостойких материалов (например, высокохромистого чугуна или керамической футеровки) и оснащено оптимизированной конструктивной схемой. В то же время, смеси с низким водоцементным отношением предъявляют крайне высокие требования к герметичности мешалочного вала, чтобы предотвратить утечку бетонной смеси.

II. Основные технологические особенности современных смесителей для UHPC

В целях решения вышеупомянутых задач профессиональные смесители для UHPC (обычно принудительного действия) были глубоко оптимизированы с точки зрения конструкции и функциональности:

1. Принцип интенсивного и эффективного перемешивания:
   • Двухвальный принудительный смеситель: Основной выбор. Два смесительных вала, вращающихся в противоположных направлениях, снабжены специально спроектированными мешалками и лопастями (например, комбинацией спиральных лент и лопастных элементов), которые создают интенсивные радиальные, осевые и тангенциальные движения, вызывая сложную конвекцию, сдвиг и сжатие материала. Это полностью разрушает агрегаты высоковязких веществ и обеспечивает эффективное и равномерное смешивание.
   • Планетарное перемешивание (частичное применение): Особенно подходит для лабораторий или мелкосерийного производства с высокими требованиями. Лопасти мешалки одновременно вращаются вокруг барабана и быстро вращаются вокруг своей оси, обеспечивая чрезвычайно высокую силу сдвига и широкий охват; смешивание происходит с исключительной эффективностью. Однако конструкция сложна, стоимость выше, а производственная мощность относительно ограничена.
2. Оптимизированная технология распределения стальной фибры:
   • Контроль специальной последовательности и времени подачи материалов: Обычно волокна добавляют в сухом или полусухом состоянии, предварительно распределяя их на этапе сухого или полусухого перемешивания, а затем, добавив воду или пластифицирующий агент, проводят окончательное смешивание во влажном состоянии.
   • Устройство для распределения волокон: На некоторых устройствах в загрузочном отверстии или в смесительной камере устанавливается механическое устройство для разбивания (например, вращающиеся рычаги или рассеивающая решётка), которое заранее разделяет волокнистые комки.
   • Оптимизация формы лопастей и скорости вращения: Конструкция лопастей мешалки (угол наклона, кривизна поверхности) и высокая скорость перемешивания (обычно повышенная) создают мощный сдвиговый поток, эффективно разделяя и диспергируя волокнистые пучки.
3. Точное измерение и интеллектуальные системы управления:
   • Датчик высокоточного взвешивания: Осуществлять независимое и точное дозирование всех компонентов, таких как цемент, добавки, заполнители, вода и пластифицирующие добавки.
   • Точное дозирование и задержка добавления водоразбавителя: Пластифицирующие добавки обычно вводят порциями или с задержкой после определённого времени смешивания сухих компонентов, чтобы обеспечить их полное распределение и максимальный пластифицирующий эффект.
   • Интегрированное управление PLC/HMI: Реализация автоматизированного и программируемого управления хранением рецептур, параметрами процесса смешивания (время, скорость, порядок загрузки компонентов), а также функцией регистрации и отслеживания данных, обеспечивающей согласованность между партиями.
4. Сверхпрочность и надежная герметичность:
   • Износостойкая обработка ключевых деталей: Мешалка, лопасти и футеровочные плиты изготавливаются из высоколегированного хромистого чугуна, наплавленного твердосплавного сплава, керамических композитных материалов и других материалов, что значительно продлевает срок службы.
   • Многократная система уплотнения: Вал мешалки оснащён высокопроизводительным механическим уплотнением (например, двухсторонним механическим уплотнением) или газовым уплотнением, дополненным системой смазки, что эффективно предотвращает утечку высоковязкой суспензии.
5. Эффективная разгрузка и удобная конструкция для очистки:
   • Большое отверстие с быстрым разгрузочным клапаном: Обеспечить беспрепятственное и быстрое выгрузку высоковязкого UHPC с минимальным остатком.
   • Функция самоочистки / Простая в уходе конструкция: Оптимизация конструкции лопастей и корпуса позволяет уменьшить мёртвые зоны; часть оборудования оснащена автоматическими устройствами для очистки (под высоким давлением воды или воздуха), что облегчает техническое обслуживание.

3. Сферы применения и тенденции развития

• Основная сфера применения:
  • Завод по производству сборных конструкций: Производство высокопроизводительных сборных изделий, таких как сегментные балки для мостов, фасадные панели для зданий, декоративные элементы, трубопроводные эстакады и соединительные секции для ветряных турбинных башен.
  • Укрепление и ремонт мостов: Смешивание на месте или на заводе для мостовых шарниров, мокрых стыков, покрытия мостового полотна и армирующего слоя балок.
  • Специальные работы: Области с крайне высокими требованиями к долговечности, такие как военно-защитные сооружения, контейнеры для ядерных отходов и элементы морских платформ.
  • Архитектурные инновации: Сверхтонкие конструкции, сложные нестандартные структуры, высокопроизводительные напольные покрытия и т.п.
• Тенденции развития:
  • Интеллектуальная модернизация: Интеграция технологий интернета вещей (IoT) для реализации удалённого мониторинга, диагностики неисправностей и прогнозного технического обслуживания; использование искусственного интеллекта для оптимизации параметров перемешивания.
  • Энергосбережение и защита окружающей среды: Оптимизировать приводные системы (например, с помощью частотно-регулируемого привода), снижая энергопотребление; уменьшить загрязнение пылью и шумом.
  • Масштабирование и модульность: Удовлетворять потребности крупных инфраструктурных проектов, одновременно развивая модульный дизайн для облегчения транспортировки, монтажа и обслуживания.
  • Многофункциональная адаптивность: В конструкции учтены потребности смешивания UHPC с другими высокопрочными и специальными бетонами (такими как SCC и ECC), что повышает коэффициент использования оборудования.
  • Совместные инновации в области материалов и технологий: Технологии перемешивания и разработка новых добавок и волокнистых материалов взаимно способствуют друг другу, совместно повышая характеристики и удобство укладки UHPC.

Заключение:

Миксеры для UHPC являются ключом, открывающим огромный инженерный потенциал бетона сверхвысоких характеристик. Они перестали быть простыми емкостями для смешивания и превратились в высокотехнологичное оборудование, сочетающее в себе точную механическую конструкцию, передовые материалы и интеллектуальные технологии управления. По мере расширения сфер применения UHPC и постоянного прогресса в области материаловедения требования к оборудованию для его смешивания будут только возрастать. Непрерывные технологические инновации — особенно прорывы в области интеллектуального управления, повышения износостойкости, оптимизации энергоэффективности и многофункциональной адаптивности — будут способствовать развитию миксеров для UHPC в направлении большей эффективности, надежности и интеллектуальности, обеспечивая прочную техническую базу для строительства крупных инфраструктурных объектов и инноваций в архитектуре. Выбор подходящего специализированного миксера для UHPC является одним из решающих факторов, гарантирующих полное раскрытие свойств материала UHPC и успешное реализацию проектов.