science >> Wetenschap > >> anders

Hoe cementmixers werken

Betonmixers zijn nodig voor veel klussen, en moet er snel zijn om ervoor te zorgen dat het mengsel wordt gegoten voordat het hard wordt. iStockfoto/Thinkstock

De meeste bouwmachines zijn gemakkelijk te begrijpen. Kranen bewegen dingen op en neer. Dumptrucks worden geladen, uitstappen en uitladen. Bulldozers duwen en nivelleermachines. De enige uitzondering hierop is de eenvoudige cementmolen, geliefd bij kinderen, gehaat door haastige chauffeurs, en verkeerd begrepen door de meeste mensen buiten de cabine van de 30, 000 pond (13, 608 kilogram) kolossen.

Hoewel beton er in een of andere vorm al is sinds de Romeinen de Via Appia bouwden, de transitmixer is een kind van de 20e eeuw. Maar recente uitvinding of niet, de mixer is hier om te blijven.

Het misverstand begint bij de naam. Wat mensen een cementmixer noemen, staat in de bouwsector bekend als een betonmixer en is er in een groot aantal soorten, maten en configuraties om de vele taken aan te kunnen die er elke dag voor staan. Die behoefte om zoveel rollen te vervullen betekent dat de machine dynamisch is, veranderende vorm en vorm als de behoeften van de mensen met behulp van concrete verandering ook.

In dit artikel zullen we enkele van de belangrijkste soorten mixers onderzoeken, van de traditionele trommelvormige kant-en-klare doorvoermixer tot de minder gebruikelijke maar steeds populairder wordende volumetrische mixer, in wezen een betoncentrale op wielen. Hoe cementmixers werken en waarom ze werken zoals ze doen, is een fascinerende combinatie van oude en nieuwe technologie. Je zult een cementmixer nooit meer op dezelfde manier zien.

Maar voordat we beginnen, laten we het verschil tussen cement en beton verduidelijken. In baktermen, het verschil tussen beton en cement is het verschil tussen meel en een brood. Beton is een algemene term voor een mengsel van aggregaat -- meestal steen of grind, water en cement. Modern cement is een complexe mix van fijngemalen mineralen, en gaat onder de generieke naam 'portland'. Beton wordt gemaakt door de drie ingrediënten in een mixer te combineren, of die mixer nu stilstaat of over de weg rijdt, en het water wordt geabsorbeerd door het cement, die vervolgens het aggregaat samenbindt, beton maken.

Inhoud

Mixergeschiedenis
De tol van beton op de mixer
Soorten cementmixers
Uitdagingen voor het onderhouden van cementmixers
De toekomst van cementmixers

Mixergeschiedenis

Stephen Stepanian ontwikkelde en patenteerde de eerste gemotoriseerde doorvoermixer in 1916, in een poging om de destijds gebruikte door paarden getrokken betonmixer te vervangen. Houten peddels karnden het mengsel terwijl de wielen van de kar draaiden, maar het ontwerp was van beperkt nut - het was omslachtig en traag. Hetzelfde, echter, zou kunnen worden gezegd van de motoren en vrachtwagens in die periode. Maar tegen de jaren veertig motoren en de constructie van het vrachtwagenframe voldeden aan de behoefte aan een robuust voertuig dat duizenden kilo's natte, of uitgeschakeld, beton. Toen de bouwhausse na de Tweede Wereldoorlog in volle gang was, mengwagens kwamen tot hun recht.

De grote trommelmixer die we tegenwoordig op de weg zien, is niet veel veranderd ten opzichte van Stepanians visie op een betere betondumper. Mobiele doorvoermixers zijn een mix-and-match selectie van motor, vrachtwagenframe en roterende mixer. De mixer is vergelijkbaar, hoewel op grotere schaal, dan de kleinere op bouwplaatsen. Een grote motor, los van de motor, roteert de trommel op het vrachtwagenlichaam, en een reeks bladen of een schroef aangedreven door dezelfde motor houdt het aggregaat, water en cement constant in beweging. Dit zorgt ervoor dat het voorgemengde beton niet uithardt, hoewel de klok vaak tikt om de lading op de bouwplaats te krijgen, weggedeelte of parkeerplaats. De meeste cementfabrikanten stellen voor om de tijd tussen mengen en gieten op maximaal 90 minuten te houden. Het is zelfs beter om het in minder dan een uur op de site te krijgen.

Omdat de technologie is veranderd, dat geldt ook voor het basismixerontwerp. Hoewel veel doorvoermixers nog draaiende trommels hebben, de meeste nemen niet zomaar een lading nat cement op en vervoeren het. De weinigen die het nog steeds doen, gaan meestal naar wegen waar het mogelijk is om het mengsel onmiddellijk te gieten.

De meeste doorvoermixers hebben een aparte watertank in de vrachtwagen. De draaiende trommel houdt de droge ingrediënten vast, aggregaat en cement mengen tijdens het grootste deel van de reis. Als de chauffeur zich binnen een straal van enkele kilometers van de locatie bevindt, water wordt toegevoegd om vers beton te maken voor levering.

Dit wordt beschouwd als "batch" levering van stortklaar beton, ingrediënten buiten de site mengen en ze vervoeren waar ze nodig zijn. Vooruitgang in technologie heeft het mogelijk gemaakt om beton op de bouwplaats te mengen, hoewel doorvoermixers nog steeds het werkpaard van het veld zijn.

Volumetrische en gedoseerde mixers komen steeds vaker voor. Beide typen zijn in wezen op maat gemaakte betoncentrales op locatie. Afzonderlijke opslagtanks van aggregaat, cement en water bevinden zich in één vrachtwagen met een computer die is aangesloten op vijzels en pompen. Op de site, de klant kan een specifiek type beton bestellen (er zijn er meer dan een dozijn) dat door de vrachtwagen kan worden gemengd.

Volumetrische en doseermengers worden vaak gebruikt tijdens hoogbouw en kunnen worden gecombineerd met pompwagens om beton meer dan 15 verdiepingen boven de grond te leveren.

Het concrete verleden

Een vorm van beton -- de mix van een bindmiddel, aggregaat en water -- bestaat al sinds de dynastieën van de Egyptische farao's toen water, zand en kalk werden gemengd om als mortel te gebruiken bij het bouwen van delen van de piramides. Romeinen gebruikten ook een vorm van beton bij de aanleg van hun aquaducten, het Colosseum en andere grote bouwwerken. Wetenschappers in de 19e eeuw begonnen te experimenteren en perfectioneren hydraulisch cement , dat is wat de bouwsector vandaag de dag nog steeds gebruikt. De naam voor portlandcement kwam van het eiland Portland, voor de Engelse kust, waar afzettingen van de minerale componenten die in modern beton worden gebruikt voor het eerst werden gevonden en chemisch geïsoleerd. Tegen 1908, Thomas Edison experimenteerde met het bouwen van prefab betonnen huizen in Union, N.J. De meeste van die huizen staan er nog en worden gebruikt. Dan zijn er de beroemde Hoover- en Grand Coulee-dammen, gebouwd in 1936, die tussen de wonderen van de wereld staan.

De tol van beton op de mixer

Terwijl beton in een verbijsterende reeks soorten komt, één ding is zeker:het is zwaar. Een grote partij beton kan meer dan 30 wegen, 000 pond (13, 608 kilogram), het gewicht van de vrachtwagen zelf niet meegerekend, overal vanaf 10, 000 tot 30, 000 pond (4, 536 tot 13, 608 kilogram). Voor een vrachtwagen om dat gewicht te vervoeren, het moet krachtig zijn. En om die lading over het ruige terrein van een bouwplaats te krijgen, de vrachtwagen moet zwaar zijn.

De trucks zijn er in drie afzonderlijke delen -- motor, frame en mixer. De meeste vrachtwagenbedrijven leveren de motor en het frame, met voorzieningen variërend van slaapcabine tot computernavigatie. de mixer, of volumetrische plant , wordt op een later moment toegevoegd. De mix-and-match-benadering van het bouwen van vrachtwagens is erop gericht om een bedrijf te geven dat ergens tussen de $ 30 en 000 tot meer dan $ 100, 000 -- een nieuwe vrachtwagen gebouwd op bestelling. Elk bedrijf heeft specifieke wensen en behoeften en vraagt om een vrachtwagen die daarop is afgestemd. Bijvoorbeeld, sommigen hebben misschien een vrachtwagen nodig met een zwaardere motor en een lichtere trommel, die op een later tijdstip kon worden verwijderd en met een paar aanpassingen in een vuilniswagen kon worden veranderd.

De meeste vrachtwagenmotoren variëren van 250 tot 300 pk, afhankelijk van de toepassing. Sommige bedrijven bieden motoren aan met meer dan 400 pk. paardenkracht is een maat voor macht, een motor "oomph, " met andere woorden. De "oomph" wordt meestal geleverd door een dieselmotor, meestal vervaardigd door Cummins of Caterpillar. Dieselmotoren produceren meer koppel bij een lager motortoerental dan een vergelijkbare gasmotor, waardoor ze ideaal zijn voor lage snelheden, toepassingen met hoog vermogen zoals slepen of slepen. Diesels hebben ook de voorkeur vanwege hun lange levensduur - velen kunnen een miljoen mijl afleggen (1, 609, 000 kilometer) of meer met routineonderhoud -- evenals hun robuustheid.

In tegenstelling tot gasmotoren, dieselmotoren werken met compressieontsteking en hebben een zwaar motorblok nodig om de enorme krachten die erin spelen te weerstaan. Diezelfde compressieontsteking zorgt ervoor dat de motor functioneert met een hogere compressieverhouding in de cilinders, waardoor er meer vermogen wordt geproduceerd. Dat vermogen wordt vertaald naar koppel, of rotatiekracht, door speciale versnellingen in de transmissie - mixers hebben 7 tot 18 versnellingen en kunnen handmatig of automatisch zijn, en differentiëlen.

De meeste betontrucks produceren overal van 1, 000 tot 3, 000 foot-pounds koppel. Wat dit betekent, in termen van leken, is een betonwagen die nooit een straatauto zal verslaan tijdens een race van een kwart mijl, maar het zal in staat zijn om aan het einde door de betonnen vangrail te breken zonder een hapering in het motortoerental en doorgaan.

Gasmotoren ontwikkelen koppel bij een hoger toerental dan dieselmotoren. Iedereen die ooit een boot of aanhanger achter een gasaangedreven voertuig heeft gesleept, heeft de noodzaak ervaren om het gaspedaal in te drukken om een heuvel op te rijden. Diesel motoren, vanwege hun ontwerp, produceren eigenlijk een beter koppel bij lagere omwentelingen per minuut. Dus vertragen op een heuvel levert eigenlijk meer koppel op.

Maar zelfs een vrachtwagen met het meeste vermogen en koppel kan een 60 niet besturen, 000-plus-pond belasting met gemak. Daar komen de assen van de vrachtwagen binnen, en deze spelen een grotere rol dan het simpelweg op de juiste plaats houden van de wielen en banden.

De meeste nieuwere vrachtwagens zijn uitgerust met starre assen. Levende assen zijn over het algemeen niet-aangedreven assen en zijn uitgerust met luchtremmen. Die remmen kunnen worden gebruikt om de vrachtwagen te helpen sturen. Er zijn meestal ten minste drie assen achter de cabine, hoewel sommige grotere volumetrische mixers er maximaal zes kunnen hebben. Sommige van die assen worden opgetild en neergelaten om het gewicht van de vrachtwagen en de lading te verdelen.

De bepalende factor in het type vrachtwagen zijn de brugwetten van een bepaalde staat. Elke staat stelt gewichtsbeperkingen voor het oversteken van bruggen op bouwvoertuigen. Aannemers die deze wetten overtreden, riskeren boetes en straffen, en elke staat heeft andere wettelijke vereisten, waaronder veel die een brug as , of een extra as van de achterkant van de vrachtwagen die wordt gebruikt om het gewicht verder te verdelen bij het maken van kruisingen.

Mixen met popcultuur

Het gerommel en gemopper van mengwagens, met de schijnbare magie van het gieten van cement, heeft ertoe geleid dat de machine een rol heeft gespeeld in verschillende kindershows en populair speelgoed is geworden. Misschien wel de meest opvallende mixerwagen is Tumbler, een gele en groene vrachtwagen uit de serie "Bob de Bouwer". Patrick, een andere doorvoermixer, maakte een korte verschijning in de "Thomas and Friends" video's, gebaseerd op het personage Thomas de Stoomlocomotief, beweerde dat hij het belangrijkste stuk gereedschap op de bouwplaats was. De machines leren dat ze allemaal moeten samenwerken om de klus te klaren en het ene is niet belangrijker dan het andere.

Soorten cementmixers

Alle mixers maken gebruik van kracht, koppel en gewichtsverdeling om het beton op de bouwplaats te krijgen, maar als je het uit de vrachtwagen haalt, zie je verschillen in vrachtwagenontwerpen.

Het grootste deel van de mixervloot, vooral oudere batchmodel vrachtwagens, gebruikt een eenvoudige tip-and-pour-methode om het beton uit de mixer te krijgen. Een parachute wordt bevestigd aan een poort en het beton druipt (of giet, afhankelijk van de consistentie) uit de mixer naar het project. Gebruikelijk, de chauffeur van de vrachtwagen bedient de machine en richt de parachute. Veel doorvoermixers zijn gekoppeld aan een hydraulisch hefbed dat de trommel kan kantelen, vergelijkbaar met een dumptruck, indien nodig.

andere vrachtwagens, velen van hen volumetrisch en de nieuwere doorvoermixers, gebruik een pomp om het beton van de vrachtwagen naar het project te verplaatsen. de pompen, meestal heen en weer gaande zuigerpompen, kan aan de voor- of achterkant van de vrachtwagen worden gemonteerd. Met de pomp vooraan kan de bestuurder naar een deel van het werkterrein manoeuvreren en het beton vanuit de cabine sturen. De bediening kan mechanisch zijn, elektromechanisch, hydraulisch of puur elektronisch. Nieuwere vrachtwagens gebruiken meer boordcomputers om pompen en andere componenten van de mixers te controleren.

Voordat het beton wordt gepompt of gestort, een aantal eenvoudigere machines werken samen om te voorkomen dat het beton uithardt, en zelfs het beton ter plaatse mengen. Sommige van de oudere delen van de vloot, zoals vroege mixers, gebruikte peddels om het beton te roeren en te voorkomen dat het "bezinkt, " of scheiden in zijn samenstellende delen. Deze technologie is grotendeels vervangen door het gebruik van vijzels en vinnen. In een traditionele batchmixer bevindt zich een concentrische reeks vinnen met een licht kurkentrekkerpatroon. De draairichting van de trommel drukt het natte beton in de achterkant van de mixer. Wanneer de mixer op de locatie arriveert, de bestuurder keert de richting van de machine om om deze uit de mixer naar de stortkoker te duwen. Vanaf daar, zwaartekracht doet de rest.

Volumetrische mixers gebruiken vijzels om beton te verplaatsen. Deze zijn vergelijkbaar met de messen in de batchmixer, maar kleiner. In de mixer, een operator voert gegevens in de mixer in en verschillende vijzels voeren aggregaat en cement samen. Water wordt aan het mengsel toegevoegd en grotere vijzels mengen de componenten.

De schroef van Archimedes

De Griekse wiskundige, ingenieur en uitvinder Archimedes wordt gecrediteerd met het uitvinden van een pomp die een lange, spiraalvormige schroef die in een gesloten buis draait om water van een bron naar de gewenste plaats te tillen. De vijzelpomp is in wezen een hellend vlak, een van de eenvoudige machines, gekruld rond een centrale as. Dit idee leidde tot de ontwikkeling van vijzels om droge ingrediënten te verplaatsen, en de vinnen in de vorm van een kurkentrekker om vloeistoffen te sturen. Deze machines worden veelvuldig gebruikt bij het verwerken en mengen van beton in fabrieken en in volumetrische mixers, evenals in traditionele doorvoermixers.