Смерзание практически не опасно для песка при его влажности до 1,25%, а для щебня и гравия — до 2%. Эти цифры, однако, меньше, чем водоудерживающая способность материалов и не достигаются для мытых песка и гравия даже при выдержке заполнителей на площадках для дренирования влаги. Песок дернируется  до постоянной влажности около суток, однако после дренирования его влажность составляет 3—6% для природного и еще больше — для дробленого песка. Оказались мало результативными попытки предотвратить смерзание заполнителей при обработке их солями. Даже при температурах воздуха около —20 °С потребовалось введение хлористого кальция в количестве, недопустимом для включения в состав бетона.

Для восстановления сыпучести смерзшихся в вагонах заполнителей применяли разнообразные методы. Простейший из них — разогрев вагонов в тепляках не получил развития из-за большой энергоемкости и длительности обогрева. Оказался неприемлемым для разгрузки из вагонов метод размораживания паровыми пиками. Он приводит к дополнительному переувлажнению материала, вызывающему его последующее смерзание в штабелях склада. Наиболее эффективны для восстановления сыпучести рыхлительные  машины — бурофрезерные и вибро рыхлительные. Бурофрезерные машины вызывают, однако, частичное измельчение щебня и гравия.

Виброрыхлители разных конструкций состоят из при грузочной  плиты  с  вертикальными  стержнями. Виброрыхлитель опускается в смерзшийся материал под действием вибрации, расчленяя монолит на отдельные куски. Разрыхленный материал обычно содержит включения, не проваливающиеся через надбункерные решетки, что требует дополнительных затрат ручного труда. Не меньшие сложности возникают с обеспечением текучести материалов из штабелей склада. Здесь применяют как механические, так и тепловые методы.

Россия  выпустила  эффективные высокооборотные смесители для приготовления цементно-песчаных растворов с подвижностью по погружению конуса  6—7 см и выше, а также бетоносмесители  для приготовления подвижных бетонных смесей с крупностью заполнителей  до 40 мм. Турбулентное движение перемешиваемых материалов осуществляется за счет высокоскоростного (600 об / мин) вращения ротора, отбрасывающего смесь на вертикальные стенки корпуса смесителя.

Продолжительность перемешивания в таком смесителе 30—40 с. При это достигается повышение пластичности и стабильности смесей (по сравнению с приготовлением в смесителях обычных типов). Технологическим недостатком высокооборотных смесителей является необходимость постепенной медленной загрузки в них материалов. В противном случае резкое падение большой массы сухих составляющих смеси на рабочий орган останавливает его вращение. Японская фирма “Хиода” выпускает серийно безлопастные смесители такого же типа с объемом готового замеса 0,5 м3 и рекламирует, что они обеспечивают повышение прочности бетона на 9—12 МПа. По мнению автора, предварительное смешение цемента с водой может оказаться целесообразным только при использовании заполнителей с ограниченной влажностью. Действительно, при обычной влажности песка 5—6% и влажности крупного заполнителя 1,5% в заполнителях находится около 35% воды затворения. При этом цементное тесто должно приготовляться при В/Ц = 0,33—0,35. Турбулентная активация такого теста малоэффективна. При более влажных заполнителях водоцементное отношение теста может оказаться еще меньшим.

Недавно появились публикации о двухкамерных  бетоносмесителях, разработанных в Японии. Фирма “Пэсифик ” выпустила более 20 таких машин с объемом замеса в каждой камере 3,0—3,8 м3. Камеры расположены друг над другом. В верхней — готовится раствор, а в нижней он смешивается с крупным заполнителем с дополнительной частью воды затворения. Продолжительность перемешивания в верхней камере 30—35 с, а в нижней 25—30 с. Цикл приготовления замеса с учетом перегрузки составляет 110 с; производительность бетоносмесителя  200—240 м3/ч. Фирма рекламирует высокую однородность бетона и возможность снижения расхода цемента на 4—5%.

В России принял решение о внедрении стадийной технологии перемешивания на бетонных заводах всех строительных министерств. Предусматривалось использование серийных или специально разработанных турбулентных смесителей для предварительного приготовления активированного раствора с последующей подачей его в основной бетоносмеситель, предварительно загруженный крупным заполнителем и частью (25—75%) песка. Неполное использование песка растворной части в активируемом растворе позволяет несколько расширить диапазон влажности применяемых заполнителей. Предполагалось повысить эффект от стадийного перемешивания за счет использования тонкомолотого минерального наполнителя, а также добавок суперпластификаторов.

Основной схемой подачи заполнителей от складов к бетоносмесительным отделениям является   конвейер, ленточные конвейеры располагают в подземных галереях под штабелями или бункерами. Их загрузка производится из течек через затворы, лотки или вибролотки. Активная зона штабелей составляет около 40% их объема. Поэтому материал из мертвой зоны, не разгружающейся самотеком на под штабельный  конвейер, различными машинами перемещают в активную. Это требует укрепления площадок под склады. Обычно рекомендуется выполнять их  бетонными, что предотвращает захват грунта основания при перемещении заполнителя по складу. Есть практика устройства усиленных щебеночных или гравийных площадок. Устройство под штабельных галерей требует значительных капиталовложений. Поэтому до последних лет их применяли только для стационарных заводов.

Разработанные сборные конструкции секционных под штабельных галерей позволяют шире использовать эффективные непрерывные методы подачи заполнителей в расходные бункеры, в том числе и для инвентарных заводов. Сборные секции галерей удобны из-за их многократного использования, а также как элемент индустриализации строительных работ при сооружении стационарных складов. Загрузка расходных бункеров партерных бетонных заводов осуществляется непосредственно погрузчиками, грейферными ковшами либо же с помощью аналогичных машин через промежуточный наклонный конвейер. От под штабельных конвейеров к расходным бункерам бетонного завода материал обычно подается наклонными конвейерами и конвейерами, расположенными на эстакаде

. Наклонные конвейеры часто дублируют (обычно не из-за недостаточной производительности, а для резервирования на случай отказа). Для высокопроизводительных партерных заводов с малыми складами рекомендуется устанавливать отдельные конвейеры к расходным бункерам каждой фракции. Применение для вертикальной подачи заполнителей цепных ковшовых элеваторов позволяет сократить площади бетонного завода, что особенно важно в городских условиях. Однако эту схему используют все реже, главным образом из-за недостаточной механической надежности элеваторов.

Выбор типа склада заполнителей для инвентарных бетонных заводов  прозводится  с учетом стоимости неинвентарных конструкций, использовать которые не представляется возможным при пере монтаже завода. Для таких заводов следовало бы применять склады без неинвентарных конструкций под штабельных коммуникаций, оснащенные передвижными погрузочными машинами (погрузчиками, грейферными кранами, экскаваторами и пр.). Такие технические решения, однако, применяются преимущественно для малых бетонных заводов. Экономические показатели использования стационарных складов для инвентарных бетонных заводов нередко улучшаются из-за увеличения срока эксплуатации бетонного завода в данном пункте против первоначально намеченных. По основной технологической классификации по способу хранения материалов склады подразделяются на штабельные, полубункерные и силосные.

Наиболее распространены штабельные склады, предусматривающие отсыпку материалов на горизонтальную площадку. Такие склады применяют как для малых, так и для крупных бетонных хозяйств. В полу  бункерных складах значительная часть объема материала размещается в заглубленном в землю бункере с наклонными стенками. Надземная часть хранящегося материала формируется, как и для штабельных складов трапецеидальной формы. Полубункерные склады, как правило, закрытого типа. Они применяются в районах с морозной зимой для бетонных заводов и заводов средней мощности. Силосные склады начинают применять и для рядовых бетонных хозяйств, в том числе по типовым проектам, а также в качестве инвентарных для передвижных бетонных заводов. Для стационарных бетонных хозяйств  склады заполнителей всех типов, как правило, предусматривают прием материалов с железной дороги и в большинстве случаев являются линейными, с протяженным фронтом, хотя известны и кольцевые компоновки, с радиально-штабелирующим конвейером.

В ряде зарубежных стран большее распространение получили склады заполнителей с доставкой материалов автотранспортом. Обычно такие склады имеют небольшие, но постоянно пополняемые запасы материалов. В отечественных условиях автомобильную подачу заполнителей на склады применяют главным образом для бетонных заводов небольшой мощности, а также для при трассовых дорожных бетонных заводов. Известны примеры организации автомобильной доставки заполнителей на склады крупных бетонных хозяйств  при небольшой дальности перевозки с базисных складов гравийно-сортировочных хозяйств (например, на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС).

Через различные интервалы времени после начала активации отбирали пробы смеси для определения удельной поверхности цемента, водоотделения, пластической прочности, вязкости, плотности, содержания воздуха в смеси, подвижности, прочности образцов на сжатие и усадки при твердении. Кроме того, из растворосмесителя после обработки отбирали цементное тесто или раствор для приготовления бетона, испытываемого в дальнейшем на прочность при сжатии. Влияние активации перемешиваемой смеси на прочность затвердевших материалов. Первоначальные опыты по турбулентной и вибротурбулентной обработке были проведены на цементном тесте с В/Ц = 0,3—0,42.

Было подтверждено, что вибрация подвижных  смесей не оказывает существенного влияния на повышение прочности цементного камня и раствора. Турбулентная обработка подвижных смесей ускоряет процесс гидратации и позволяет добиться высокой степени однородности смеси. Эффект повышения прочности проявляется сильнее для более подвижных составов и в ранние сроки твердения. Прочность цементного камня из теста, подвергнутого турбулентной обработке, превысила прочность контрольных образцов (из теста, приготовленного в обычном растворосмесителе)  на 40—50% в возрасте 1 сутки, а в возрасте 28 сутки, на 10—20%.

Оптимальная интенсивность  турбулентной активации цементного теста на используемом оборудовании соответствовала скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса — 2500 об/мин, а для активации цементно-песчаного раствора 1500 об/мин. Повышение интенсивности активации ускоряет нарастание прочности, однако уже к 3—7 точному возрасту этот эффект перестает проявляться. При достаточно подвижных смесях не обнаруживается существенной разницы между результатами испытаний на прочность образцов из цементного теста, обработанного турбулентными и вибротурбулентными способами. Последний целесообразно применять для смесей меньшей подвижности с целью понижения их вязкости при активации. Было установлено, что турбулентная активация вызывает увеличение удельной поверхности цемента на 200—500 см2/г.

При обычном способе смешения активированного цементного теста с заполнителями повышение прочности затвердевшего раствора и бетона меньше, чем на цементном камне. Это явление было отмечено ранее H.A. Мощанским. Такое снижение объясняется, по-видимому, недостаточно равномерным распределением песка в цементном тесте или крупного заполнителя в растворе. Незначительный эффект активации получился и при одноступенчатой турбулентной обработке цементно-песчаного раствора. Раствор циркулировал менее интенсивно, чем цементное тесто, поэтому большинство опытов проводили при совместном воздействии циркуляции и вибрации.   Наилучшие результаты были достигнуты при двухступенчатой схеме активации. Вначале подвергалось турбулентной обработке цементное тесто, а затем оно турбулентным способом смешивалось с песком. При этом на первой стадии достигается высокая степень коллоидации цементного теста, а на второй — максимальная гомогенность смеси.

При новом методе определения расслаиваемости вязкость дисперсионной среды выше, чем при определении расслаиваемости с вибрацией смеси на виброплощадке, однако время осаждения частиц песка в сотни раз больше, отсутствует эффект виброперемешивания. В результате взвешенные частицы песка успевают при осаждении пройти значительный путь, делая расслаиваемость заметной и легко поддающейся измерению. На основании проведенных опытов продолжительность  свободного осаждения песка для оценки расслаиваемости рекомендуется принимать 30 мин. Проведенные по этой методике эксперименты показали, что расслаиваемость цементно-песчанных растворов в результате турбулентной активации существенно снижается.

По окончании активации цементно-песчаного раствора в нескольких опытах отбирались пробы смесей, которые промывали на сите с отверстиями 0,15 мм. Оставшийся на сите песок высушивался и определялся его гранулометрический состав. Было обнаружено, что измельчения песка не происходило и, следовательно, это не являлось причиной уменьшения расслаиваемости раствора. Проведенные исследования показали, что при турбулентной активации под действием энергичных срезывающих усилий и ускоренной гидратации цемента тесто обогащается большим количеством коллоидных частиц. Тиксотропный коллоид, равномерно распределенный между более крупными частицами цемента, препятствует сближению последних, в результате чего процесс флокуляции протекает значительно медленнее в активированном цементном тесте, чем в тесте, не подвергнутом турбулентной обработке.

Высокие градиенты скорости, в цементном тесте при турбулентной обработке смеси, приводят к разрушению отдельных слипшихся агрегатов из цементных зерен и частиц песка. Отсутствие песчаных комьев и полное обволакивание цементным тестом каждой песчинки снижают фактическую гидравлическую крупность взвешенных частиц. Более мелкие частицы в соответствии с законом Стокса осаждаются с меньшей скоростью, что также благоприятствует сохранению однородности суспензии. В активированном составе отсутствуют рыхлые структуры, содержащие в своих ячейках большое скопление воды и быстро осаждающиеся. Кажущееся противоречие между снижением вязкости цементно-песчаного раствора в результате турбулентной и вибротурбулентной активации и меньшей расслаиваемостыо активированных растворов можно объяснить также взвешивающим воздействием на зерна песка более развитых в активированных составах диффузных структурированных оболочек из коллоидных частиц.

Пластическая прочность структуры в конце периода ее формирования  активации увеличивается. Интенсивность роста пластической прочности в период упрочнения кристаллизационно-коагуляционной структуры характеризуется углом наклона  кривой набора прочности к горизонту. Для смесей, подвергнутых турбулентной обработке, интенсивность роста пластической прочности выше.

Это явление также следует оценить положительно, так как более интенсивное структурообразование приводит к убыстрению набора прочности формирующегося материала.  Важными технологическими характеристиками смесей, определяющими во многом надежность работы бетонотранспортных и бетоноукладочных механизмов, а также качества готовых бетонных и железобетонных конструкций являются водоотделение и расслаиваемость. Влияние интенсивного перемешивания на водоотделение исследовали на цементном тесте и цементному чаном растворе по общепринятой методике — сцеживание и замер количества воды, отделившейся за 1 ч на поверхности смеси, залитой в мерный стеклянный цилиндр объемом 250 см3.

Величину водоотделения оценивали процентным отношением количества отделившейся воды к объему смеси, залитой в мерный цилиндр. Влияние вибрационной обработки подвижных цементного теста и цементно-песчаных растворов на их водоотделение оказалось менее эффективным, чем турбулентное воздействие. Расслаиваемость  раствора вызывается выпадением песка в осадок под действием сил тяжести. Осаждению песка в растворе препятствует сила, необходимая для срезывания (сдвига) слоев смеси, и выталкивающая (Архимедова) сила.  Для определения степени расслаиваемости  предусматривали применять специальную цилиндрическую форму, состоящую из трех составных колец.

Предварительные опыты, проведенные на составах 1:1; 1:2; 1:3 (по массе), показали недостаточную чувствительность описанного метода определения расслаиваемости. Даже при увеличении  продолжительности  вибрации формы с раствором с 50 с до 1 и 1,5 мин и амплитуды от 0,35 до 0,5 мм  не было обнаружено значительной разницы в погружении конуса в верхний и нижний слои раствора ни в контрольном, ни в активированном составах.

На основании опытов было сделано заключение, что способ определения расслаиваемости,  нельзя считать приемлемым. Уменьшение вязкостных свойств смеси в результате воздействия вибрации хотя и велико, но недостаточно, чтобы вызвать столь энергичное осаждение взвешенных в цементном тесте частиц песка. При вибрации подобных составов в них могут также возникать вихревые токи. Известно, что если вертикальная составляющая вихревого потока больше гидравлической крупности частиц, то последняя будет перемещаться вверх. Таким образом, в вибрируемом составе может иметь место эффект виброперемешивания, препятствующий расслоению.

Более значителен по продолжительности эффект повышения прочности для бетонов, приготовленных на растворе, активированном по двухступенчатой схеме. Влияние гомогенизации смеси на повышение прочности растворов подтверждено отдельной серией опытов по турбулентной активации составов на песках разной крупности — нормальном и пылеватом. Как и в аналогичных опытах при виброактивации, больший эффект турбулентной обработки был на пылеватых песках.

Для определения пластической прочности смеси в первые часы после ее затворения применялся уравновешенный конический пластометр, в более позднее время твердения (от 4—6 до 14 ч) после затворения — рычажный пластометр. Применение пластометра теоретически обосновано только для исследования коагуляционных структур, однако с некоторым допущением он используется и для изучения коагуляционно-кристаллизационных структур, образующихся при твердении цемента.

Реограммы и зависимости эффективной вязкости  от градиента скорости деформации  цементного теста на различных цементах и с различным водоцементным отношением показывают, что в результате турбулентной активации все реологические характеристики цементного теста понижаются. В опытах с цементным тестом на портландцементе при высоких предельное разрушение структуры было получено без активации. Активация в этом случае значительно снижает критическое напряжение, при котором достигается предельное разрушение структуры. При длительной турбулентной обработке цементного теста реологические константы его начинают увеличиваться из-за возрастающего количества коллоидных частиц в смеси.

Водные прослойки между цементными частицами уменьшаются и смесь начинает густеть. Опыты, проведенные с цементно-песчаными растворами, показали аналогичные результаты. При небольшом содержании песка и достаточно высокой подвижности в активированных цементно-песчаных растворах после области предельного разрушения структуры при дальнейшем увеличении градиента скорости наблюдалось увеличение вязкости.

Это увеличение вязкости объясняется переходом жидкообразной структурной системы в турбулентное состояние, интересно   отметить,   что   в   опытах   с тестом не было получено зоны перехода течения из ламинарного в турбулентное. Очевидно, что при небольшом содержании песка в подвижном растворе достижение турбулентности вызывается вращением зерен песка, увеличивающим градиенты скорости внутри смеси. Так же, как и при опытах с цементным тестом, длительная турбулентная обработка приводит в обратному, отрицательному эффекту.

По-видимому, повышенные прочностные показатели образцов, изготовленных по раздельной технологии, свидетельствуют о том, что значительная длина фибровых волокон обеспечивает надежную их заделку в бетонной матрице и практически вся фибра работает при разрушении образца на разрыв без выдергивания волокон, что характерно для сталефибробетона традиционной технологии. Достоинством раздельного способа изготовления изделий является отсутствие процесса смешивания, сопровождаемое, как правило, образованием комков и ежей, снижающих эффективность фибрового армирования, а недостатками — невозможность применения цементно-песчаных смесей с  удобоукладываемостью  менее 8 см осадки конуса, так как в противном  случае будет обеспечена  эффективная пропитка  фиброкаркаса, необходимость предварительного  изготовления  фиброкаркаса  и послойное формирование изделий. В основу дозирования фибры заложен принцип изменения мощности двигателя бетоносмесителя при прочих равных условиях в зависимости от объемного процента армирования смеси.

Несмотря на то, что практическая реализация фибробетона идет  еще недостаточно высокими темпами, в  России  имеется опыт изготовления сталефибробетонных конструкций: свай, ребристых плит-перекрытий, складчатых покрытий, цилиндрических изделий, формуемых методом  центрифугирования, днищ очистных сооружений, берегоукрепительных сооружений, элементов мостовых конструкций, а также стеклофибробетонных: несъемной опалубки монолитных  конструкций, ограждающих конструкций балконов и лоджий, виноградниковых стоек, облицовки каналов и др.

Для определения гранулометрического состава заполнителей был создан двух ситовой гранулометр (верхнее сито — 5 мм, нижнее сито — 20 мм) на базе гранулометра АГР-2. Он позволяет определять содержание фракции 5—20 мм в гравии крупностью 20—40 мм. Гранулометр оснащен специализированным вычислительным устройством для расчета содержания фракций. Длительность испытания одной пробы заполнителя на гранулометре 5 мин. При последовательном испытании трех фракций заполнителя с учетом времени пробоотбора минимальная периодичность коррекции находится в пределах 20—30 мин, что соответствует приведенным выше требованиям по частоте коррекции. Рассчитанные на ЭЦВМ дозы заполнителей выводятся на печать для ручной коррекции доз в режиме советчика или вводятся в систему задания доз при работе в автоматическом режиме.

Первый вариант системы автоматического регулирования качества бетона, включающий специализированную аналоговую управляющую вычислительную машину и комплект датчиков (влагомер Нейтрон-ЗМ, гранулометр АГР-2, потенциометрические датчики положения стрелок дозаторов), эксплуатировался на цикличном бетонном заводе Саяно-Шушенской ГЭС, обеспечивая устойчивую стабилизацию подвижности бетонной смеси и повышение однородности бетона по прочности. Аналогичная система с управляющим устройством на современной элементной базе, включающая 3 влагомера, внедрена в Саратовгэсстрое на заводе Балаковской АЭС.