Учебное пособие: Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів

Змішування (перемішування) - це технологічний процес утворення однорідних систем шляхом приведення в тісне зіткнення твердих і в'язко-пластичних тіл, рідин, газів або їх поєднань.

Змішування твердих тіл, в'язко-пластичних, рідких і інших середовищ здійснюється механічним, гідравлічним, пневматичним, комбінованим і іншими способами.

Машини, вживані для змішування компонентів будівельних сумішей, називаються змішувачами (міксерами) і рідше мішалками.

1.1. Змішування компонентів сипких будівельних сумішей (мас)

При виробництві таких будівельних матеріалів, як силікатна і будівельна цеглина, каміння, блоки, плити, плитки, сухі будівельні суміші і т.п. важливе місце відводиться технологічному процесу підготовки сировинних формувальних сумішей (мас) вогкістю не більше 10%. Від якості підготовки сумішей залежить і якість готових виробів [17, 49].

1.1.1 Закономірності змішування

Механізм дії змішування компонентів сипких сумішей (мас) є дуже складним і залежить від великої кількості чинників, у тому числі від параметрів змішувача і режимів його роботи.

Змішування сипких будівельних матеріалів складається з наступних механічних операцій: переміщення груп частинок матеріалу з одного місця в інше, так зване конвективне змішування (I); перерозподіл частинок при їх переміщенні, так зване дифузійне змішування (II); зосередження частинок в окремих місцях, так звана сегрегація частинок (мал.5.1).

В результаті змішування відбувається взаємне переміщення частинок різних компонентів суміші, що знаходяться до перемішування або окремо, або в неоднорідному стані [17, 49].

Ідеально в результаті змішування повинна вийти така суміш компонентів, що в будь-якій її точці (пробі) до кожної частинки одного з компонентів примикають частинки іншого компоненту в кількості, визначуваній співвідношенням 1:

1. Наприклад, якщо суміш складається з трьох компонентів, маси яких співвідносяться як числа А: В: С , то в будь-якому достатньо малому об'ємі (пробі), узятому випадково в довільному місці (точці), після змішування маси цих компонентів теж повинні відноситися як числа а: b : с .

Мал.5.1. Залежність коефіцієнта неоднорідності від часу змішування

Проте таке ідеальне змішування, тобто той, що рівномірне розташовує частинок в суміші в реальних умовах, не спостерігається [17,49].

Щоб оцінити якість змішування однією випадковою величиною, суміш умовно вважають двокомпонентною. Для чого з суміші виділяють який-небудь один компонент, званий умовно основним (ключовим). Решту компонентів, що входять в суміш, об'єднують в другий (загальний) компонент. По ступеню розподілу ключового (основного) компоненту в суміші, тобто в другому умовному компоненті, судять про якість змішування. Вибір компонентів при цьому є суб'єктивним.

Розроблено досить багато формул (емпіричної залежності) для розрахунку критерію якості змішування. Наприклад, при безперервному збільшенні поверхні розділу між компонентами за рахунок упровадження (дифузії) процес змішування описується наступним рівнянням

(5.1)

де S - поточна величина поверхні розділу; S₀ - максимально можлива поверхня розділу; е - підстава натурального логарифма, е = 2,71; k - коефіцієнт пропорційності; t - час змішування.

Іноді процес змішування зв'язується з впливом розміру і густини частинок окремих компонентів суміші, тобто з явищем сегрегації (розшарування). Ступінь змішування без урахування розшарування суміші описується залежністю

(5.2)

де А - постійний коефіцієнт, що враховує властивості сумішей (матеріалу), тип і режим роботи змішувача; t - час змішування; е = 2,71 - основа натурального логарифма.

Найбільше поширення для оцінки якості змішування компонентів сипкої будівельної суміші набув коефіцієнт неоднорідності (варіації)

(5.3)

де - середнє квадратичне відхилення концентрації ключового компоненту в пробах; - середньоарифметичне значення концентрації ключового компоненту в пробах; с_і - значення концентрації ключового компоненту в і-ої проби; п - число аналізованих (відібраних для аналізу) проб.

Чим менше значення тим вище якість змішення компонентів суміші і її однорідність.

Під кінетикою змішування розуміється закономірність протікання процесу в часі [17, 49, 73].

Закономірність зміни концентрації речовини в потоці при змішенні описується рівнянням [73].

(5.4)

де Q - витрата компонентів; С_Н , С - концентрація індикатора відповідно на вході і на виході змішувача; дτ - час змішування; V_с - об'єм робочого органу змішувача.

Ліва частина рівняння (5.4) виражає кількість індикатора, що поступає в змішувач. В правій частині рівняння перший доданок є кількістю індикатора, виведеного із змішувача, друге - кількість індикатора, що знаходиться в змішувачі з урахуванням концентрації його, що змінилася, за час дτ [73].

Приймаючи наступні параметри: