Wie Zementmischer funktionieren

Die meisten Baumaschinen sind leicht verständlich. Kräne bewegen Dinge auf und ab. Muldenkipper beladen, ausfahren und entladen. Bulldozer schieben und Grader gradieren. Die einzige Ausnahme ist der bescheidene Betonmischer, der von Kindern geliebt, von in Eile geratenen Fahrern gehasst und von den meisten Menschen außerhalb der Kabine des 30.000 Pfund (13.608 Kilogramm) schweren Giganten missverstanden wird.

Während es Beton in der einen oder anderen Form schon gab, bevor die Römer die Via Appia bauten, ist der Transitmischer ein Kind des 20. Jahrhunderts. Aber eine neue Erfindung oder nicht, der Mixer ist hier, um zu bleiben.

Das Missverständnis beginnt mit dem Namen. Was als Zementmischer bezeichnet wird, ist in der Bauindustrie als Betonmischer bekannt und in einer Vielzahl von Typen, Größen und Konfigurationen erhältlich, um die vielen Aufgaben zu bewältigen, die ihm jeden Tag bevorstehen. Diese Notwendigkeit, so viele Rollen zu erfüllen, bedeutet, dass die Maschine dynamisch ist und ihre Form verändert, da sich auch die Bedürfnisse der Menschen ändern, die Beton verwenden.

In diesem Artikel werden wir einige der wichtigsten Arten von Mischern untersuchen, vom traditionellen trommelförmigen Transportmischer für Fertigmischungen bis hin zum weniger verbreiteten, aber immer beliebter werdenden volumetrischen Mischer, im Wesentlichen eine Betonanlage auf Rädern. Wie Zementmischer funktionieren und warum sie so funktionieren, wie sie funktionieren, ist eine faszinierende Kombination aus alter und neuer Technologie. Sie werden einen Betonmischer nie wieder so sehen.

Aber bevor wir beginnen, lassen Sie uns den Unterschied zwischen Zement und Beton klären. Beim Backen ist der Unterschied zwischen Beton und Zement der Unterschied zwischen Mehl und einem Laib Brot. Beton ist ein Oberbegriff für eine Mischung aus Zuschlagstoffen – normalerweise Stein oder Kies, Wasser und Zement. Moderner Zement ist eine komplexe Mischung aus fein gemahlenen Mineralien und trägt den Gattungsnamen „Portland“. Beton wird hergestellt, indem die drei Zutaten in einem Mischer kombiniert werden, unabhängig davon, ob dieser Mischer stationär ist oder auf der Straße fährt, und das Wasser wird vom Zement absorbiert, der dann die Zuschlagstoffe zusammenbindet und Beton erzeugt.

Inhalt

1. Mixer-Geschichte
2. Die Maut des Betons auf dem Mischer
3. Arten von Betonmischern
4. Herausforderungen bei der Wartung von Zementmischern
5. Die Zukunft der Betonmischer

Stephen Stepanian entwickelte 1916 den ersten motorisierten Transportmischer und meldete ihn zum Patent an, um den damals verwendeten von Pferden gezogenen Betonmischer zu ersetzen. Hölzerne Schaufeln wirbelten die Mischung auf, während sich die Wagenräder drehten, aber das Design war von begrenztem Nutzen – es war umständlich und langsam. Das Gleiche gilt jedoch für die Motoren und Lastwagen in dieser Zeit. Aber in den 1940er Jahren holten Motoren und LKW-Rahmenkonstruktionen den Bedarf an einem robusten Fahrzeug ein, das Tausende von Pfund nassen oder nicht abgebundenen Betons transportieren konnte. Als der Bauboom nach dem Zweiten Weltkrieg in vollem Gange war, kamen Fahrmischer auf ihre Kosten.

Der große Trommelmischer, der heute auf den Straßen zu sehen ist, hat sich nicht wesentlich von Stepanians Vision eines besseren Betontransporters geändert. Mobile Transitmischer sind eine Mix-and-Match-Auswahl aus Motor, LKW-Rahmen und Rotationsmischer. Der Mischer ist ähnlich, wenn auch größer, als die kleineren, die auf Baustellen zu finden sind. Ein großer Motor , der vom Motor getrennt ist, dreht die Trommel auf der LKW-Karosserie, und eine Reihe von Klingen oder eine Schraube, die von demselben Motor angetrieben wird, hält das Aggregat, das Wasser , zurückund Zement in ständiger Bewegung. So härtet der Fertigbeton nicht aus, obwohl die Uhr oft tickt, um die Ladung zur Baustelle, zum Straßenabschnitt oder zum Parkplatz zu bringen. Die meisten Zementhersteller empfehlen, die Zeit zwischen dem Mischen und dem Gießen auf höchstens 90 Minuten zu begrenzen. Es ist sogar noch besser, es in weniger als einer Stunde auf der Website zu haben.

Mit der Technologie hat sich auch das grundlegende Mischerdesign geändert. Während viele Transportmischer noch rotierende Trommeln haben, nehmen die meisten nicht einfach eine Ladung nassen Zement auf und transportieren sie. Die wenigen, die es noch tun, gehen meistens zu Straßenstellen, wo es möglich ist, die Mischung sofort zu gießen.

Die meisten Transportmischer haben einen separaten Wassertank im LKW. Die sich drehende Trommel sorgt dafür, dass die trockenen Zutaten, Zuschlagstoffe und der Zement während des größten Teils der Fahrt gemischt bleiben. Wenn der Fahrer nur noch wenige Kilometer von der Baustelle entfernt ist, wird Wasser hinzugefügt, um Beton frisch für die Lieferung herzustellen.

Dies wird als „Batch“-Lieferung von Fertigbeton betrachtet, wobei die Zutaten außerhalb des Standorts gemischt und per LKW dorthin transportiert werden, wo sie benötigt werden. Fortschritte in der Technologie haben es möglich gemacht, Beton auf der Baustelle zu mischen, obwohl Transportmischer immer noch das Arbeitspferd des Feldes sind.

Volumetrische und dosierte Mischer werden immer häufiger. Bei beiden Typen handelt es sich im Wesentlichen um kundenspezifische Betonwerke vor Ort. Separate Vorratstanks für Zuschlagstoffe, Zement und Wasser befinden sich in einem Lastwagen mit einem Computer, der an Schnecken und Pumpen angeschlossen ist. Auf der Baustelle kann der Kunde eine bestimmte Betonsorte (es gibt mehr als ein Dutzend) bestellen, die per LKW gemischt werden kann.

Volumetrische und dosierte Mischer werden häufig beim Hochhausbau verwendet und können mit Pumpwagen kombiniert werden, um Beton mehr als 15 Stockwerke über dem Boden zu liefern.

Die konkrete Vergangenheit

Eine Form von Beton – die Mischung aus einem Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser – existiert seit den Dynastien der ägyptischen Pharaonen, als Wasser, Sand und Kalk gemischt wurden, um als Mörtel in den Bauabschnitten der Pyramiden verwendet zu werden. Die Römer verwendeten auch eine Form von Beton beim Bau ihrer Aquädukte, des Kolosseums und anderer wichtiger Bauwerke. Wissenschaftler in den 1800er Jahren begannen, hydraulischen Zement zu experimentieren und zu perfektionieren, die die Bauindustrie noch heute verwendet. Der Name für Portlandzement stammt von der Isle of Portland vor der englischen Küste, wo erstmals Ablagerungen der in modernem Beton verwendeten mineralischen Bestandteile gefunden und chemisch isoliert wurden. Bis 1908 experimentierte Thomas Edison mit dem Bau von Betonfertighäusern in Union, NJ. Die meisten dieser Häuser stehen noch und werden genutzt. Dann sind da noch die berühmten Staudämme Hoover und Grand Coulee, die 1936 gebaut wurden und zu den Weltwundern gehören.

Während Beton in einer verwirrenden Vielfalt von Typen vorkommt, ist eines sicher – er ist schwer. Eine große Charge Beton kann mehr als 30.000 Pfund (13.608 Kilogramm) wiegen, das Gewicht des Lastwagens selbst nicht mitgerechnet, irgendwo zwischen 10.000 und 30.000 Pfund (4.536 bis 13.608 Kilogramm). Damit ein Lkw dieses Gewicht transportieren kann, muss er stark sein. Und um diese Ladung über das unwegsame Gelände einer Baustelle zu bringen, muss der Lkw hart im Nehmen sein.

Die Trucks bestehen aus drei separaten Teilen – Motor , Rahmen und Mischer. Die meisten LKW-Unternehmen stellen den Motor und den Rahmen zur Verfügung, mit Annehmlichkeiten, die von der Schlafkabine bis zur Computernavigation reichen. Der Mischer bzw. die volumetrische Anlage wird zu einem späteren Zeitpunkt angebaut. Der Mix-and-Match-Ansatz beim Bau von Lastwagen zielt darauf ab, einem Unternehmen, das zwischen 30.000 und mehr als 100.000 US-Dollar ausgibt, einen neuen Lastwagen zu liefern, der auf Bestellung gebaut wird. Jedes Unternehmen hat spezifische Wünsche und Bedürfnisse und benötigt einen darauf zugeschnittenen Stapler. Einige benötigen beispielsweise einen Lastwagen mit einem stärkeren Motor und einer leichteren Trommel, die zu einem späteren Zeitpunkt entfernt und mit einigen Modifikationen in einen Mülltransporter verwandelt werden könnten.

Die meisten Lkw-Motoren reichen je nach Anwendung von 250 bis 300 PS . Einige Unternehmen bieten Motoren mit mehr als 400 PS an. Pferdestärken sind ein Maß für die Leistung , mit anderen Worten der „Schwung“ eines Motors. Der "Pep" wird normalerweise von einem Dieselmotor geliefert, der am häufigsten von Cummins oder Caterpillar hergestellt wird. Dieselmotoren erzeugen bei niedrigerer Motordrehzahl mehr Drehmoment als ein ähnlicher Benzinmotor, was sie ideal für Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Leistung wie Schleppen oder Transportieren macht. Dieselmotoren werden auch wegen ihrer Langlebigkeit bevorzugt – viele können bei routinemäßiger Wartung eine Million Meilen (1.609.000 Kilometer) oder mehr fahren – sowie wegen ihrer Robustheit.

Im Gegensatz zu Gasmotoren arbeiten Dieselmotoren mit Kompressionszündung und benötigen einen schweren Motorblock, um den enormen Kräften standzuhalten, die in ihnen wirken. Dieselbe Kompressionszündung bedeutet, dass der Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis in den Zylindern arbeitet und dadurch mehr Leistung erzeugt. Diese Kraft wird durch spezielle Zahnräder im Getriebe in Drehmoment oder Rotationskraft übersetzt – Mischer haben zwischen 7 und 18 Gänge und können manuell oder automatisch und mit Differentialen sein.

Die meisten Betonlastwagen erzeugen ein Drehmoment von 1.000 bis 3.000 Fuß-Pfund. Laienhaft ausgedrückt bedeutet dies, dass ein Beton-Lkw niemals ein Straßenauto bei einem Viertelmeilen-Rennen schlagen wird, aber er wird in der Lage sein, die Beton-Leitplanke am Ende ohne einen Einbruch der Motordrehzahl zu durchbrechen und weiterzufahren.

Gasmotoren entwickeln ein Drehmoment bei höheren Drehzahlen als Dieselmotoren. Jeder, der schon einmal ein Boot oder einen Anhänger hinter einem gasbetriebenen Fahrzeug gezogen hat, hat die Erfahrung gemacht, dass man das Gaspedal drücken muss, um einen Hügel hinauf zu kommen. Dieselmotoren erzeugen aufgrund ihrer Konstruktion tatsächlich ein besseres Drehmoment bei niedrigeren Umdrehungen pro Minute. Das Verlangsamen auf einem Hügel liefert also tatsächlich mehr Drehmoment.

Aber selbst ein Lastwagen mit der größten Leistung und dem größten Drehmoment kann eine Last von über 60.000 Pfund nicht mühelos steuern. Hier kommen die Achsen des Lastwagens ins Spiel, und diese spielen eine größere Rolle, als nur die Räder und Reifen an ihrem richtigen Platz zu halten.

Die meisten neueren Lastwagen sind mit angetriebenen Achsen ausgestattet. Starrachsen sind in der Regel nicht angetriebene Achsen und mit Druckluftbremsen ausgestattet . Diese Bremsen können verwendet werden, um den Lastwagen zu lenken. Normalerweise befinden sich hinter der Kabine mindestens drei Achsen, obwohl einige größere volumetrische Mischer bis zu sechs haben können. Einige dieser Achsen werden angehoben und abgesenkt, um das Gewicht des Lastwagens und der Last zu verteilen.

Der bestimmende Faktor für den LKW-Typ sind die Brückengesetze eines bestimmten Staates. Jeder Staat erlegt Baufahrzeugen Gewichtsbeschränkungen für Brückenüberquerungen auf. Auftragnehmer, die gegen diese Gesetze verstoßen, müssen mit Bußgeldern und Strafen rechnen, und jeder Staat hat unterschiedliche gesetzliche Anforderungen, darunter viele, die eine Brückenachse oder eine zusätzliche Achse von der Rückseite des Lastwagens erfordern, die verwendet wird, um das Gewicht bei Überfahrten weiter zu verteilen.

Mischung mit Popkultur

Das Rumpeln und Brummen von Fahrmischern mit der scheinbaren Magie des Gießens von Zement hat dazu geführt, dass die Maschine in mehreren Kindershows eine Rolle spielte und zu einem beliebten Spielzeug wurde. Der vielleicht bemerkenswerteste Fahrmischer ist Tumbler, ein gelb-grüner Truck aus der „Bob the Builder“-Serie. Patrick, ein weiterer Transitmischer, tauchte kurz in den „Thomas and Friends“-Videos auf, die auf der Figur von Thomas the Tank Engine basieren, und behauptete, er sei das wichtigste Gerät auf der Baustelle. Die Maschinen lernen, dass sie alle zusammenarbeiten müssen, um die Arbeit zu erledigen, und dass das eine nicht wichtiger ist als das andere.

Alle Mischer nutzen Leistung, Drehmoment und Gewichtsverteilung, um den Beton auf die Baustelle zu bringen, aber beim Herausholen aus dem LKW werden Sie Unterschiede in der LKW- Konstruktion feststellen.

Der größte Teil der Mischerflotte, insbesondere ältere Lkw-Modelle, verwendet eine einfache Kipp- und Gießmethode, um den Beton aus dem Mischer zu holen. Eine Rutsche wird an einem Anschluss befestigt und der Beton sickert (oder strömt, je nach Konsistenz) aus dem Mischer zum Projekt. Normalerweise bedient der Fahrer des Lastwagens die Maschinen und zielt auf die Rutsche. Viele Transportmischer sind mit einem hydraulischen Hubbett gekoppelt, das die Trommel bei Bedarf ähnlich wie ein Muldenkipper kippen kann.

Andere Lastwagen, viele davon volumetrisch und die neueren Transitmischer, verwenden eine Pumpe, um den Beton vom Lastwagen zum Projekt zu befördern. Die Pumpen, meist Hubkolbenpumpen, können vorne oder hinten am LKW montiert werden. Wenn die Pumpe vorne ist, kann der Fahrer zu einem Abschnitt der Baustelle manövrieren und den Beton von der Kabine aus leiten. Die Steuerungen können mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder rein elektronisch sein. Neuere Lastwagen verwenden mehr Bordcomputer, um Pumpen und andere Komponenten der Mischer zu überwachen.

Bevor der Beton gepumpt oder gegossen wird, wirken mehrere einfachere Maschinen zusammen, um das Abbinden des Betons zu verhindern und den Beton sogar auf der Baustelle zu mischen. Einige der älteren Teile der Flotte, wie frühe Mischer, verwendeten Paddel, um den Beton zu rühren und ihn daran zu hindern, sich „abzusetzen“ oder sich in seine Bestandteile zu trennen. Diese Technologie wurde weitgehend durch die Verwendung von Schnecken und Lamellen ersetzt. Im Inneren eines traditionellen Chargenmischers befindet sich eine konzentrische Reihe von Rippen mit einem leichten Korkenziehermuster. Die Drehrichtung der Trommel drückt den nassen Beton in die Rückseite des Mischers. Wenn der Mischer auf der Baustelle ankommt, kehrt der Fahrer die Richtung der Maschine um, um sie aus dem Mischer auf die Rutsche zu schieben. Ab da erledigt die Schwerkraft den Rest.

Volumetrische Mischer verwenden Schnecken, um Beton zu bewegen. Diese ähneln den Schaufeln im Chargenmischer, sind jedoch kleiner. Im Inneren des Mischers gibt ein Bediener Daten in den Mischer ein und mehrere Schnecken führen Zuschlag und Zement zusammen. Der Mischung wird Wasser zugesetzt und größere Schnecken mischen die Komponenten.

Schraube des Archimedes

Dem griechischen Mathematiker, Ingenieur und Erfinder Archimedes wird die Erfindung einer Pumpe zugeschrieben, die eine lange, spiralförmige Schraube verwendete, die sich in einem geschlossenen Rohr drehte, um Wasser von einer Quelle dorthin zu fördern, wo es benötigt wurde. Die Schneckenpumpe ist im Wesentlichen eine schiefe Ebene, eine der einfachen Maschinen, die sich um eine Mittelachse dreht. Diese Idee führte zur Entwicklung von Schnecken, um trockene Zutaten zu bewegen, und den in Korkenzieherform angeordneten Lamellen, um Flüssigkeiten zu leiten. Diese Maschinen werden in großem Umfang bei der Verarbeitung und dem Mischen von Beton in Werken und in volumetrischen Mischern sowie in traditionellen Durchlaufmischern eingesetzt.

"Breaking up is hard to do" is more than a song lyric to concrete-truck owners. The simple truth of the matter is, once the last of the concrete trickles out of the drum or dribbles out of the pump, the truck isn't empty. A small amount of concrete always remains inside the truck, especially in drum mixers. You can wash the truck out, run water through the drum while it rotates and even pressure-wash the inside. But some concrete is always left. And it dries. The next trip a little more is left. And it dries. Over time, this becomes a problem, reducing the volume of the mixer and its capacity.

Mehrere Unternehmen bieten Vorbehandlungen, chemische und saure Bäder sowie Hochdruckwäschen für Fässer und Innenräume an. Aber schließlich baut sich der Beton bis zu einem Punkt auf, an dem die einzige praktikable Alternative die mechanische Entfernung ist. Viele kleinere Unternehmen erledigen dies selbst und schicken einen Arbeiter mit einem Presslufthammer, um den ausgehärteten Beton herauszuschlagen. Dieser Beruf, der außerhalb der Baubranche weitgehend unbekannt ist, erlangte seine 15-minütige Berühmtheit während einer Episode der Discovery Channel-Sendung „ Dirty Jobs “."-Serie, die Moderator Mike Rowe zur Zusammenarbeit mit Jim's Chipping Service schickte, einem der wenigen Unternehmen, das sich auf die Reinigung von gehärtetem Beton spezialisiert hat. Diese hochspezialisierten Fahrzeuge sind für das Baugeschäft unerlässlich und es sieht nicht so aus, als würden sie jederzeit verschwinden Doch wie sehen Zementmischer der Zukunft aus, lesen Sie weiter.

Diese hochspezialisierten Fahrzeuge sind für das Baugewerbe unerlässlich und es sieht nicht so aus, als würden sie in absehbarer Zeit verschwinden. Doch wie sehen Zementmischer der Zukunft aus? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Wie die Zukunft für den Betonmischer aussieht, ist unklar. Wie viele Branchen wird auch Beton „grün“. Die Hersteller von volumetrischen Betonmischern sagen, dass ihre Produkte umweltfreundlicher sind, weil sie durch das Mischen von Materialien auf der Baustelle Kraftstoff sparen – die Lastwagen müssen ihre Motoren nicht laufen lassen , um das Abbinden des Betons zu verhindern. Darüber hinaus können LKW-Fahrer nur die Menge an Beton erzeugen, die für die Fertigstellung eines Auftrags erforderlich ist – dies spart nicht nur Material, sondern diese Methode verhindert auch das Abladen von überschüssigem Beton [Quelle: Modern Contractor Solutions ].

Der Lkw-Hersteller Peterbilt experimentiert mit Druckluft-„Push“-Systemen. Der Lastwagen würde mit Druckluft gestartet, und bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl würde der Dieselmotor anspringen. Da ein Motor eine größere Menge Kraftstoff benötigt, um die Trägheit zu überwinden, würde es Kraftstoff anzeigen, ihn mit relativ billiger Druckluft auf Touren zu bringen Einsparungen im Laufe der Zeit. Diese sich entwickelnde Technologie zielt jetzt eher auf innerstädtische Lieferwagen als auf größere Lastwagen wie Mischer ab.

IVECO Trucks of Australia arbeitet an der Perfektionierung eines komprimierten Erdgasmotors (CNG) für den schweren Lkw-Einsatz. Die CNG-Lkw haben eine vergleichbare Laufleistung, setzen aber 40 Prozent weniger Kohlendioxid frei als Diesel und das Erdgas ist günstiger als Dieselkraftstoff [Quelle: IVECO ]. Wie viele der Motorsysteme der neuen Generation ist CNG mit modernster Elektronik gepaart, die entwickelt wurde, um das Beste aus jeder Tankfüllung herauszuholen.

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