Учебное пособие: Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів

Зміна фізико-механічних і технологічних властивостей сировинних формувальних сумішей (мас) спікання, грануляція, гасіння, сегрегації, зволоження і т.п. вимагають вдосконалення технології приготування суміші. Одним із способів ефективної переробки формувальних будівельних сумішей є диспергіроване змішування, тобто одночасне подрібнення і змішування. Диспергірування - це тонке подрібнення твердих тіл, що приводить до утворення дисперсних систем. Диспергіроване змішування може здійснюватися в спеціальних машинах: швидкохідних двохвальних змішувачах безперервної дії; барабанних стрижньових розтирачах-гомогенізаторах, дискових і щіткових змішувачах і ін. [17, 46, 54, 79, 103].

Мал.5.6. Блок-схема програми моделювання диспергірованого змішування на ЕОМ.

Відомо, що хімічні реакції проходять по поверхні речовин, тобто по поверхні контактів між частинками матеріалу. Тому для підвищення інтенсивності хімічних реакцій речовин вимагається збільшити число контактів між частинками (компонентами). Цю мету переслідує процес подрібнення і процес змішування. Проте неможливо забезпечити достатнє число контактів суміші, якщо цю суміш тільки подрібнити або, навпаки, тільки змішати. Отже, одночасне подрібнення і змішування повинні характеризуватися єдиним узагальненим критерієм обробки. Таким критерієм, наприклад, може служити число контактів між компонентами суміші, вимірюване непрямим способом на основі моделювання [46, 54].

Моделювання процесу на ЕОМ дозволяє одночасно для кожного стану умовного об'єму елементів визначити число контактів елементів різних видів і дисперсію змісту елементів одного вигляду. Блок-схема програми моделювання приведена на мал.5.6 [46, 54].

При виконанні машинного експерименту задавалися наступними значеннями концентрації одного з компонентів: 0,033; 0,10; 0,17; 0,234; 0,333; 0,50. Для знаходження рівняння регресії використовували метод якнайменших квадратів. На рис 5.7 і 5.8 приведена графічна залежність числа контактів N елементів різних видів і коефіцієнтів лінійної регресії β₁ і β ₂ від дисперсії ключового компоненту D при різних значеннях концентрації α. Аналітична залежність для β₁ β ₂ і N мають вигляд

(5.9)

(5.10)

Мал.5.7. Залежність числа контактів N від дисперсії D і концентрації елементів а

Для практичного використовування, наприклад, стосовно обробки одиниці маси силікатної формувальної суміші, залежність (5.10) приводиться до вигляду

(5.11)

де а - математичне очікування змісту ключового компоненту в суміші; d - середній діаметр частинки суміші.

Мал.5.8. Залежність коефіцієнтів β₁ і β ₂ , від концентрації елемента а

Інтенсивність обробки силікатної суміші в барабанному стрижньовому розтирачі-змішувачі рекомендується визначати по формулі [46, 54, 79, 103]

(5.12)

де Q - продуктивність подрібнення-змішувача, кг/год; с - коефіцієнт проковзування стрижнів; φ - коефіцієнт заповнення барабана стрижньовим завантаженням; N₁ і N₂ - відповідно потужність, затрачувана на підйом і утримання стрижньового завантаження і на повідомлення енергії стрижням, кВт; k - відносний коефіцієнт скачування і підйому стрижнів; ψ - коефіцієнт відносної частоти обертання барабана. Рівняння кінетики подрібнення - змішування [46, 54, 103]

(5.13)

де п - поточне значення якості обробки суміші; п_м - максимально можлива якість обробки суміші; п₀ - якість суміші до її обробки; А - постійний коефіцієнт, що характеризує технологічну ефективність обробки; t - час обробки суміші.

Інтенсивність обробки суміші λ необхідно визначити досвідченим шляхом, для чого суміш піддається двократній обробці [46, 54, 79, 103].

Розділ 2. Формування будівельних сумішей

Формування - технологічний процес (сукупність процесів) отримання з формувальних сировинних сумішей (мас) виробів-напівфабрикатів заданої форми, розмірів, густини, міцності під дією зовнішніх силових дій.

Розрізняють наступні способи формування: пресування, литво, прокат, брикетування, центрифугування, віброформування, вакуумування і ін.

Формування буває: попереднє, остаточне, дискретне (циклічне), безперервне і ін.

В промисловості збірного залізобетону найбільше розповсюдження одержало вібраційне, відцентрове, прокатне і екструзійне формування бетонних і інших формувальних сумішей.

2.1. Вібраційне формування (ущільнення) бетонних сумішей

Вібраційне формування буває: ударне, власне вібраційне, імпульсне, вібровакуумне і комбіноване.

Вібраційне формування - це формування з використанням вібраційної дії на бетонну суміш, при якій внутрішні опори в ній знижуються, настільки, що сили тяжіння частинок суміші виявляються достатніми для її ущільнення.

В процесі формування бетонної суміші відбувається більш повне укладання частинок, яке супроводжується видаленням з суміші повітря і зростанням в 1,3...1,4 рази густині суміші в порівнянні з первинною, тобто відбувається її ущільнення. Звичайно ступінь ущільнення суміші оцінюють коефіцієнтом ущільнення К_у = 1 - П, де П - погрішність суміші. Для важких бетонів з осіданням конуса більше 4 см К_у повинне бути не менше 0,98, а для жорстких і дрібнозернистих сумішей не менше 0,96.

При найпоширенішому вібраційному формуванні зв'язку між частинками свіжоукладеної бетонної суміші слабшають настільки, що пухирці повітря спливають, вгору, а частинки заповнювача бетонної суміші під дією сил тяжіння опускаються вниз, сприяючи витісненню повітря. При вібраційній дії різко падає в'язкість бетонної суміші, і вона по своїх властивостях наближається до рідин. Падіння в'язкості, тобто ослаблення зв'язків між частинками бетонної суміші, відбувається завдяки тому, що вібрація викликає відносне переміщення частинок, і ослаблення цих зв'язків відбувається тим повніше, чим вище відносні швидкості їх проковзування. Отже, щоб встановити основні закономірності вібраційного формування, необхідно з'ясувати причину виникнення відносного проковзування частинок бетонної суміші при вібраційній дії на неї і причину, що обумовлює істотне зниження зв'язків між частинками при виникненні цього проковзування.