Comment fonctionnent les bétonnières

La plupart des équipements de construction sont faciles à comprendre. Les grues déplacent les choses de haut en bas. Les camions à benne chargent, sortent et déchargent. Les bulldozers poussent et les niveleuses nivellent. La seule exception à cela est l'humble bétonnière, aimée des enfants, détestée par les conducteurs pressés et incomprise par la plupart des gens en dehors de la cabine des mastodontes de 30 000 livres (13 608 kilogrammes).

Alors que le béton existe sous une forme ou une autre depuis avant que les Romains ne construisent la voie Appienne, le mélangeur de transit est un enfant du 20e siècle. Mais invention récente ou non, la table de mixage est là pour rester.

Le malentendu commence par le nom. Ce que les gens appellent une bétonnière est connue dans l'industrie de la construction comme une bétonnière et se décline en un grand nombre de types, de tailles et de configurations pour gérer les nombreuses tâches qui lui sont confiées chaque jour. Ce besoin de remplir autant de rôles signifie que la machine est dynamique, changeant de forme et de forme à mesure que les besoins des personnes utilisant le béton changent également.

Dans cet article, nous examinerons certains des principaux types de mélangeurs, du mélangeur de transport prêt à l'emploi traditionnel en forme de tambour au mélangeur volumétrique moins courant mais de plus en plus populaire, essentiellement une centrale à béton sur roues. Comment fonctionnent les bétonnières et pourquoi elles fonctionnent comme elles le font est une combinaison fascinante d'ancienne et de nouvelle technologie. Vous ne verrez plus jamais une bétonnière de la même façon.

Mais avant de commencer, clarifions la différence entre le ciment et le béton. En termes de boulangerie, la différence entre le béton et le ciment est la différence entre la farine et une miche de pain. Le béton est un terme générique désignant un mélange d'agrégats - généralement de la pierre ou du gravier, de l'eau et du ciment. Le ciment moderne est un mélange complexe de minéraux finement broyés et porte le nom générique de "portland". Le béton est fabriqué en combinant les trois ingrédients dans un malaxeur, que ce malaxeur soit stationnaire ou roulant sur la route, et l'eau est absorbée par le ciment, qui lie ensuite l'agrégat, créant du béton.

1. Historique du mélangeur
2. Le péage du béton sur le mélangeur
3. Types de bétonnières
4. Défis liés à l'entretien des bétonnières
5. L'avenir des bétonnières

Stephen Stepanian a développé et déposé une demande de brevet pour la première bétonnière motorisée en 1916, dans le but de remplacer la bétonnière tirée par des chevaux utilisée à l'époque. Des pagaies en bois brassaient le mélange lorsque les roues du chariot tournaient, mais la conception était d'une utilité limitée - elle était encombrante et lente. La même chose, cependant, pourrait être dite des moteurs et des camions pendant cette période. Mais dans les années 1940, les moteurs et la construction de châssis de camions ont répondu au besoin d'un véhicule robuste capable de transporter des milliers de livres de béton humide ou non durci. Alors que le boom de la construction après la Seconde Guerre mondiale battait son plein, les camions malaxeurs ont fait leur apparition.

Le grand malaxeur à tambour que l'on voit aujourd'hui sur les routes n'a pas beaucoup changé par rapport à la vision de Stepanian d'un meilleur transporteur de béton. Les mélangeurs de transport mobiles sont une sélection de moteurs, de châssis de camion et de mélangeurs rotatifs. Le mélangeur est similaire, bien que plus grand, que les plus petits que l'on trouve sur les chantiers de construction. Un gros moteur , séparé du moteur, fait tourner le tambour sur la caisse du camion, et une série de lames ou une vis alimentée par le même moteur maintient l'agrégat, l'eauet ciment en mouvement constant. Cela empêche le béton prémélangé de durcir, bien que le temps presse souvent pour acheminer la charge vers le chantier de construction, la section de route ou le parking. La plupart des fabricants de ciment suggèrent de maintenir le temps entre le mélange et le coulage à 90 minutes au maximum. C'est encore mieux de l'amener sur le site en moins d'une heure.

Au fur et à mesure que la technologie a changé, la conception de base du mélangeur a également changé. Alors que de nombreux mélangeurs de transit ont encore des tambours rotatifs, la plupart ne se contentent pas de ramasser une charge de ciment humide et de la transporter. Les rares qui le font encore se dirigent principalement vers des chantiers routiers où il est possible de verser le mélange immédiatement.

La plupart des mélangeurs de transit ont un réservoir d'eau séparé dans le camion. Le tambour rotatif maintient le mélange des ingrédients secs, des granulats et du ciment pendant la majeure partie du voyage. Lorsque le conducteur se trouve à quelques kilomètres du site, de l'eau est ajoutée pour créer du béton frais pour la livraison.

Ceci est considéré comme une livraison "par lots" de béton prêt à l'emploi, mélangeant les ingrédients hors site et les transportant par camion là où ils sont nécessaires. Les progrès technologiques ont permis de mélanger le béton sur le chantier, bien que les mélangeurs de transit soient toujours le cheval de bataille du domaine.

Les mélangeurs volumétriques et dosés sont de plus en plus courants. Les deux types sont essentiellement des centrales à béton personnalisées sur site. Des réservoirs séparés de granulats, de ciment et d'eau sont contenus dans un camion avec un ordinateur relié aux tarières et aux pompes. Sur place, le client peut commander un type de béton spécifique (il en existe plus d'une dizaine) pouvant être malaxé par camion.

Les mélangeurs volumétriques et dosés sont souvent utilisés lors de la construction de gratte-ciel et peuvent être associés à des camions-pompes pour livrer du béton à plus de 15 étages au-dessus du sol.

Le passé concret

Une certaine forme de béton - le mélange d'un liant, d'agrégats et d'eau - existe depuis les dynasties des pharaons égyptiens lorsque l'eau, le sable et la chaux étaient mélangés pour être utilisés comme mortier dans la construction des sections des pyramides. Les Romains ont également utilisé une forme de béton dans la construction de leurs aqueducs, du Colisée et d'autres constructions majeures. Les scientifiques des années 1800 ont commencé à expérimenter et à perfectionner le ciment hydraulique, ce que l'industrie de la construction utilise encore aujourd'hui. Le nom du ciment portland vient de l'île de Portland, au large des côtes anglaises, où les premiers gisements de composants minéraux utilisés dans le béton moderne ont été découverts et isolés chimiquement. En 1908, Thomas Edison expérimentait la construction de maisons en béton préfabriqué à Union, NJ. La plupart de ces maisons sont toujours debout et utilisées. Ensuite, il y a les célèbres barrages Hoover et Grand Coulee, construits en 1936, qui comptent parmi les merveilles du monde.

Bien que le béton se décline en un éventail ahurissant de types, une chose est certaine : il est lourd. Un gros lot de béton peut peser plus de 30 000 livres (13 608 kilogrammes), sans compter le poids du camion lui- même, entre 10 000 et 30 000 livres (4 536 à 13 608 kilogrammes). Pour qu'un camion transporte ce poids, il doit être puissant. Et pour transporter cette charge sur le terrain accidenté d'un chantier de construction, le camion doit être robuste.

Les camions sont livrés en trois parties distinctes : moteur , châssis et mélangeur. La plupart des entreprises de camions fournissent le moteur et le châssis, avec des équipements allant de la cabine couchette à la navigation par ordinateur. Le mélangeur, ou installation volumétrique , est ajouté ultérieurement. L'approche mixte de la construction de camions vise à donner à une entreprise - dépensant entre 30 000 $ et plus de 100 000 $ - un nouveau camion construit sur commande. Chaque entreprise a des désirs et des besoins spécifiques et nécessite un camion adapté à ceux-ci. Par exemple, certains peuvent avoir besoin d'un camion avec un moteur plus lourd et un tambour plus léger, qui pourrait être retiré ultérieurement et transformé en un transporteur de déchets avec quelques modifications.

La plupart des moteurs de camions ont une puissance de 250 à 300 chevaux , selon l'application. Certaines entreprises proposent des moteurs de plus de 400 chevaux. La puissance est une mesure de la puissance , le "punch" d'un moteur, en d'autres termes. Le "oomph" est généralement fourni par un moteur diesel, le plus souvent fabriqué par Cummins ou Caterpillar. Les moteurs diesel produisent plus de couple à un régime moteur inférieur qu'un moteur à essence similaire, ce qui les rend idéaux pour les applications à faible vitesse et haute puissance comme le remorquage ou le transport. Les diesels sont également préférés pour leur longévité - beaucoup peuvent parcourir un million de miles (1 609 000 kilomètres) ou plus avec un entretien de routine - ainsi que pour leur robustesse.

Contrairement aux moteurs à essence, les moteurs diesel fonctionnent à l'aide d'un allumage par compression et nécessitent un bloc moteur lourd pour résister aux forces énormes en jeu à l'intérieur. Ce même allumage par compression signifie que le moteur fonctionne avec un taux de compression plus élevé dans les cylindres, produisant ainsi plus de puissance. Cette puissance est traduite en couple, ou puissance de rotation, grâce à un engrenage spécial dans la transmission - les mélangeurs ont de 7 à 18 vitesses et peuvent être manuels ou automatiques, et différentiels.

La plupart des camions à béton produisent entre 1 000 et 3 000 pieds-livres de couple. Ce que cela signifie, en termes simples, c'est qu'un camion en béton ne battra jamais un tramway lors d'une course d'un quart de mile, mais il sera capable de franchir la barrière de sécurité en béton à la fin sans un coup de régime moteur et de continuer.

Les moteurs à essence développent un couple à un régime plus élevé que les moteurs diesel. Quiconque a déjà remorqué un bateau ou une remorque derrière un véhicule à essence a éprouvé le besoin d'appuyer sur la pédale d'accélérateur pour gravir une colline. Les moteurs diesel, en raison de leur conception, produisent en fait un meilleur couple à des révolutions inférieures par minute. Ainsi, ralentir sur une pente fournit en fait plus de couple.

Mais même un camion avec le plus de puissance et de couple ne peut pas contrôler facilement une charge de plus de 60 000 livres. C'est là qu'interviennent les essieux du camion, et ceux-ci jouent un rôle plus important que de simplement maintenir les roues et les pneus à leur place.

La plupart des nouveaux camions sont équipés d'essieux moteurs. Les essieux moteurs sont généralement des essieux non moteurs et sont équipés de freins à air . Ces freins peuvent être utilisés pour aider à diriger le camion. Il y a généralement au moins trois essieux derrière la cabine, bien que certains mélangeurs volumétriques plus grands puissent en avoir jusqu'à six. Certains de ces essieux sont levés et abaissés pour aider à répartir le poids du camion et de la charge.

Le facteur déterminant du type de camion est les lois sur les ponts d'un État donné. Chaque État impose des restrictions de poids pour les passages de ponts sur les véhicules de construction. Les entrepreneurs qui enfreignent ces lois s'exposent à des amendes et à des pénalités, et chaque État a des exigences légales différentes, dont beaucoup exigent un essieu de pont ou un essieu supplémentaire à l'arrière du camion utilisé pour répartir davantage le poids lors des traversées.

Mélanger avec la culture pop

Le grondement et le grognement des camions malaxeurs, avec la magie apparente du coulage du ciment, ont conduit la machine à jouer un rôle dans plusieurs émissions pour enfants et à devenir des jouets populaires. Le camion malaxeur le plus remarquable est peut-être Tumbler, un camion jaune et vert présenté dans la série "Bob the Builder". Patrick, un autre mélangeur de transit, a fait une brève apparition dans les vidéos " Thomas and Friends ", basées sur le personnage de Thomas the Tank Engine , affirmant qu'il était l'équipement le plus important du chantier de construction. Les machines apprennent qu'elles doivent toutes travailler ensemble pour faire le travail et que l'une n'est pas plus importante que l'autre.

Tous les malaxeurs tirent parti de la puissance, du couple et de la répartition du poids pour acheminer le béton sur le site, mais c'est en le sortant du camion que vous verrez des différences dans la conception des camions .

La plupart de la flotte de malaxeurs, en particulier les anciens modèles de camions discontinus, utilisent une méthode simple de déversement pour extraire le béton du malaxeur. Une goulotte se fixe à un orifice et le béton suinte (ou se déverse, selon sa consistance) du mélangeur vers le projet. Habituellement, le conducteur du camion actionne la machinerie et dirige la goulotte. De nombreux mélangeurs de transit sont couplés à un lit élévateur hydraulique qui peut faire basculer le tambour, semblable à un camion à benne basculante, si nécessaire.

D'autres camions, dont beaucoup sont volumétriques et les nouveaux mélangeurs de transit, utilisent une pompe pour déplacer le béton du camion au projet. Les pompes, généralement des pompes à pistons alternatifs, peuvent être montées à l'avant ou à l'arrière du camion. Le fait d'avoir la pompe à l'avant permet au conducteur de manœuvrer jusqu'à une section du chantier et de diriger le béton depuis l'intérieur de la cabine. Les commandes peuvent être mécaniques, électromécaniques, hydrauliques ou purement électroniques. Les nouveaux camions utilisent davantage d'ordinateurs de bord pour surveiller les pompes et autres composants des mélangeurs.

Avant que le béton ne soit pompé ou coulé, un certain nombre de machines plus simples agissent de concert pour empêcher le béton de durcir et même mélanger le béton sur le site. Certaines des parties les plus anciennes de la flotte, comme les premiers malaxeurs, utilisaient des palettes pour remuer le béton et l'empêcher de "se déposer" ou de se séparer en ses composants. Cette technologie a été largement remplacée par l'utilisation de tarières et d'ailettes. À l'intérieur d'un mélangeur discontinu traditionnel se trouve une série concentrique d'ailettes avec un léger motif en tire-bouchon. La direction de la rotation du tambour écrase le béton humide à l'arrière du malaxeur. Lorsque le malaxeur arrive sur le chantier, le conducteur inverse le sens de la machine pour la pousser hors du malaxeur vers la goulotte. A partir de là, la gravité fait le reste.

Les malaxeurs volumétriques utilisent des tarières pour déplacer le béton. Celles-ci sont similaires aux lames du mélangeur discontinu mais plus petites. À l'intérieur du malaxeur, un opérateur alimente les données dans le malaxeur et plusieurs vis sans fin alimentent ensemble l'agrégat et le ciment. De l'eau est ajoutée au mélange et des tarières plus grandes mélangent les composants.

Vis d'Archimède

Le mathématicien, ingénieur et inventeur grec Archimède est crédité d'avoir inventé une pompe qui utilisait une longue vis hélicoïdale tournant à l'intérieur d'un tube fermé pour soulever l'eau d'une source à l'endroit où elle était souhaitée. La pompe à vis est essentiellement un plan incliné, l'une des machines simples, enroulée autour d'un axe central. Cette idée a conduit au développement de vis sans fin pour déplacer les ingrédients secs et d'ailettes en forme de tire-bouchon pour diriger les liquides. Ces machines sont largement utilisées dans le traitement et le malaxage du béton dans les usines et dans les malaxeurs volumétriques, ainsi que dans les malaxeurs de transit traditionnels.

"Breaking up is hard to do" est plus qu'une chanson pour les propriétaires de bétonnières. La simple vérité est qu'une fois que le dernier béton s'écoule du tambour ou coule de la pompe, le camion n'est pas vide. Une petite quantité de béton reste toujours à l'intérieur du camion, en particulier dans les malaxeurs à tambour. Vous pouvez laver le camion, faire couler de l'eau dans le tambour pendant qu'il tourne et même laver l'intérieur sous pression . Mais il reste toujours du béton. Et ça sèche. Le prochain voyage un peu plus est à gauche. Et ça sèche. Au fil du temps, cela devient un problème, réduisant le volume du mélangeur et sa capacité.

Plusieurs entreprises proposent des prétraitements, des bains chimiques et acides et des lavages à haute pression pour les fûts et les intérieurs. Mais finalement, le béton construira à un point où la seule alternative viable est l'enlèvement mécanique. De nombreuses petites entreprises gèrent cela par elles-mêmes, en envoyant un travailleur avec un marteau-piqueur pour ébrécher le béton durci. Ce travail, largement inconnu en dehors du domaine de la construction, a obtenu ses 15 minutes de gloire lors d'un épisode de l'émission " Dirty Jobs " de Discovery Channel", qui a envoyé l'hôte Mike Rowe travailler avec Jim's Chipping Service, l'une des rares entreprises spécialisées dans le nettoyage du béton durci. Ces véhicules hautement spécialisés sont essentiels au secteur de la construction et il ne semble pas qu'ils s'en aillent à tout moment Mais à quoi ressembleront les bétonnières à l'avenir ? Pour en savoir plus, lisez la suite.

Ces véhicules hautement spécialisés sont essentiels au secteur de la construction et il ne semble pas qu'ils disparaissent de si tôt. Mais à quoi ressembleront les bétonnières du futur ? Continuez à lire pour le découvrir.

Ce que l'avenir réserve à la bétonnière n'est pas clair. Comme de nombreuses industries, le béton devient «vert». Les fabricants de bétonnières volumétriques affirment que leurs produits sont plus respectueux de l'environnement car ils économisent du carburant en mélangeant les matériaux sur le chantier de construction - les camions n'ont pas à faire tourner leurs moteurs pour empêcher le béton de durcir. De plus, les camionneurs peuvent créer uniquement la quantité de béton nécessaire pour terminer un travail - non seulement cela permet d'économiser des matériaux, mais cette méthode empêche également le déversement de l'excès de béton [source : Modern Contractor Solutions ].

Le constructeur de camions Peterbilt expérimente des systèmes de "poussée" à air comprimé. Le camion serait démarré à l'aide d'air comprimé, et lorsqu'il atteindrait une certaine vitesse, le moteur diesel démarrerait . Puisqu'un moteur nécessite une plus grande quantité de carburant pour surmonter l'inertie, le mettre à niveau avec de l'air comprimé relativement peu coûteux montrerait du carburant. des économies dans le temps. Cette technologie en développement est désormais destinée aux camions de livraison des centres-villes plutôt qu'aux gros camions comme les mélangeurs.

IVECO Trucks of Australia travaille à la mise au point d'un moteur au gaz naturel comprimé (GNC) pour les poids lourds. Les camions GNC ont un kilométrage comparable, mais libèrent 40 % moins de dioxyde de carbone que le diesel et le gaz naturel est moins cher que le carburant diesel [source : IVECO ]. Comme de nombreux systèmes de moteur de nouvelle génération, le GNC est associé à une électronique de pointe conçue pour tirer le meilleur parti de chaque réservoir de carburant.

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