Разработка конструктивной схемы гравитационного смесителя для производства пенобетона

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В настоящее время при возведении малоэтажных сооружений, таких как коттеджи, «теплые» гаражи, в сельском строительстве и т.п. все более широкое применение получил легкий бетон [1], последний отличается от прочих долговечностью и эксплуатационной совместимостью с конструкционными материалами, экологической и пожарной безопасностью, относительно простой технологией производства и распространенностью сырья (чаще всего - местного). К тому же экономические условия в России предопределяют подобный подход к выбору эффективных строительных материалов, отвечающих требованиям по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в строительстве.

Определено, что параметры качества пенобетона зависят от стабильности свойств пенообразователя, вяжущего, тонкодисперсных наполнителей, технологических факторов, в том числе - технологии приготовления и условий твердения изделий.

Потерю устойчивости легкого пенобетона можно рассматривать как на микроуровне, т.е. отдельной межпоровой перемычке, так и на макроуровне - по отношению к выделенному единичному объему.

Для обеспечения устойчивости пен необходимо достижение кинетической устойчивости внутри пенной матрицы за счет сродства частиц твердой фазы и пены. Это достигается созданием условий для взаимного притяжения пузырьков воздуха и частиц твердой фазы, благодаря действию электростатических взаимодействий. Рекомендуется домалывать цемент и песок (а также использовать мелкодисперсные пески), применяемые для изготовления неавтоклавных теплоизоляционных пенобетонных изделий, вводить в смесь тонкодисперсные наполнители - “минерализаторы” (карбонатсодержащие отходы).

Существенное влияние на усадку смеси также оказывает В/Т. При его снижении практически весь объем жидкой фазы сравнительно равномерно заполняется твердыми частичками, и отсутствуют объемы жидкой фазы без присутствия твердой. Напротив, при увеличении В/Т упаковка твердых частичек в объеме жидкой фазы уже не в состоянии “забронировать” весь свободный объем межпленочной жидкости. В результате уменьшается устойчивость воздушных пузырьков и происходит усадка смеси.

В целом, решение вопросов о формировании макроструктуры легкого пенобетона требует более глубокого анализа ее зависимости от технологических факторов и более тонкого соблюдения режимов приготовления пенобетонной смеси, состава и свойств исходных компонентов.

Проведенный анализ показывает, что оптимальное направление развития индустрии стеновых материалов - создание разветвленной сети малых заводов и цехов по производству стеновых блоков и пазогребневых перегородочных плит из безавтоклавного бетона, а также монолитное домостроение из такого бетона с помощью передвижных установок для заливки стен, перекрытий и теплоизоляции. Реализация этого направления требует создания технологии и механизмов, зависимость которой от параметров окружающей среды, квалификации рабочих, кондиционности сырьевых материалов будет проявляться в наименьшей степени. Этим условиям в значительной мере отвечает технология пенобетона.

1. Аналитический обзор оборудования

Стационарные устройства

Конструкции комплексов: установка приготовления смесей для производства изделий из пенобетона; установка для получения и транспортирования пенобетонных смесей [4,стр.13-14] позволяют производить пенобетон в широком диапазоне средних плотностей (2001200 кг/м3) и обеспечивают высокую точность поддержания заданной плотности материала. Установки могут оснащаться системой пневматического перекачивания пеномассы. Масса установки с емкостью для хранения вяжущего, кремнеземистого компонента и пенообразователя от 5 до 12 т, энергооснащенность 26-42 кВт.

Технологическая линия для производства строительных изделий из неавтоклавного пенобетона [3,стр.6] отличается тем, что технологический процесс предусматривает выпуск пенобетонных изделий с формированием массивов размером 6005883500 мм с последующим их разрезкой и пропариванием. Цех по производству мелких стеновых блоков состоит из склада цемента, отделения приемки песка, помольного, смесеприготовительного и формовочного отделений, склада готовой продукции, котельной и компрессорной. Технологический процесс изготовления пенобетонных изделий состоит из следующих стадий: приема и переработки сырьевых материалов, дозирования компонентов, приготовления пены, приготовления ячеистобетонной смеси, формования, разрезки, тепловлажностной обработки, упаковки и складирования готовой продукции. Масса оборудования - 92 т, удельный расход потребляемой электроэнергии - 100 кВт·ч на 1 мі.

Принципиальное отличие отечественной технологии в том, что технология "Новостром" включает в себя этапы перемешивания пеномассы под избыточным давлением с последующим транспортированием бетона-полуфабриката к месту строительных работ по трубопроводу на расстояние более 200 м и высоту 30 м. В этой технологии герметичный смеситель на втором этапе используется как камерный насос. Основной объем пор образуется в момент выхода пеномассы из растворопровода через гаситель. В этой технологии исключена механическая порча пузырьков пены при транспортировании сырого пенобетона [5,стр.З]. Производительность установки 5-7 мі/час, суммарная мощность электродвигателей - до 40 кВт.

Описанные выше схемы характеризуются одинаковыми физическими способами получения пены, и вовлечением в нее кремнеземистых составляющих. Приготовление пенобетона осуществляется в пенобетоносмесителе периодического действия. Пенобетономешалка типа "Строитель" емкостью 500 л состоит из пеновзбивателя, растворного барабана и смесителя. Также применяются и пенобетоносмесители на 750 л, отличающиеся наличием пневматического приспособления для открывания и закрывания растворного барабана и смесителя, типом лопастей и устройством дозирования воды и цементно-песчаного шлама. Пена приготавливается из пенообразователя и воды в пеновзбивателе при скорости вращения лопастей 200-250 об/мин [6,стр.52].

Следующая технологическая линия по выпуску пенобетонных блоков может быть стационарной и мобильной. Ее можно использовать также и для монолитного домостроения. Отдозированная порция цементно-песчаного раствора загружается в бетоносмеситель принудительного действия, где она перемешивается с дополнительным количеством воды. Затем в пенообразователь с использованием датчика времени подают пену, полученную в парогенераторе, и смесь продолжают перемешивать до получения однородной ячеистобетонной смеси. В конструкции пеногенератора раствор пенообразователя и воздух от компрессора подаются в камеру предварительного смешения перпендикулярно друг другу. В результате механического воздействия происходит хорошее предварительное усреднение этих двух потоков. При этом происходит интенсивное образование пеновоздушной смеси, которая направляется в основную часть аппарата, где происходит добавление пенных пузырьков и их стабилизация [7,стр.4]. На выходе из пеногенератора получается мелкодисперсная, однородная и устойчивая пена с плотностью 65-70кг/мі, которая позволяет применять естественный кварцевый песок без дополнительного измельчения, что существенно упрощает технологический процесс.

Установка для приготовления пенобетона см [4,стр.10] позволяет изготавливать конструктивно-теплоизоляционные стеновые блоки плотностью 500-700 кг/м3 и теплоизоляционные плиты плотностью 120-400 кг/мі, кроме того, можно получать пенобетон для изготовления армированных плит перекрытия плотностью 800-1200 кг/м3. Рекомендуется данная установка, прежде всего на заводах ЖБИ и КПД. При этом используются существующие узлы приема, подачи и дозирования, вяжущих и заполнителей, пропарочные камеры и парк форм после их модернизации. Для организации производства требуется монтаж на существующих площадях пенобетонной установки, включающей стержневой смеситель, пеногенератор и пенобетоносмеситель [6,стр.10]. В качестве пенообразователя могут быть использованы различные органические пенообразователи, получаемые на основе натурального протеина, и синтетические, получаемые при производстве моющих средств на различных химических комбинатах.

Технология блоков заключается в следующем: исходные сырьевые материалы (цемент, песок или шлак) в заданном соотношении подвергаются механической активации в стержневом смесителе и подаются в пенобетоносмеситель. Раствор пенообразователя из бака постоянного уровня непрерывно поступает в пеногенератор, где смешивается с воздухом и интенсивно обрабатывается до получения тонкодисперсной пены, которая затем непрерывно подается в пенобетоносмеситель. Активированная смесь цемента и заполнителя, пена и вода перемешиваются в пенобетоносмесителе до получения однородной с пенобетонной мелкопористой формовочной массы, которая непрерывно поступает в приемное устройство узла формования [10,стр.18].

Мобильные установки

Наиболее широкое распространение получили именно мобильные пенобетонные установки. Их применение наиболее эффективно в жилищном строительстве. Перспективное решение проблемы устройства теплоизоляционных слоев - использование пенобетонов, возможно двумя способами. Первый - приготовление пенобетона на стационарной установке, расположенной у объекта, и перекачивание готовой смеси по шлангам к месту укладки. Второй - приготовление пенобетона на малогабаритном передвижном механизированном комплексе, который может перемещаться с этажа на этаж и из помещения в помещение через дверные проемы непосредственно к месту заливки.

В комплекс оборудования для приготовления и укладки пенобетонов "сухой минерализации" [1,стр.41] входят технологические линии приготовления пены и пенобетонной смеси. Для приготовления пены рабочий раствор пенообразователя подается насосом-дозатором в пеногенератор, одновременно туда же поступает сжатый воздух от компрессора. Приготовленная пена непрерывно поступает в пенобетоносмеситель, в который одновременно шнековым дозатором подается вяжущее, и все перемешивается.

Оборудование по [2,стр.4] скомпоновано в виде мобильной установки, позволяющей без переналадки производить и транспортировать по трубопроводу пенобетон плотностью 200-550 кг/м3 (теплоизоляционный пенобетон) и плотностью 550-1000 кг/мі (конструкционно-теплоизоляционный пенобетон) на большие расстояния. Давление сжатого воздуха до 0,7 МПа.

Передвижная станция пенобетонов приобъектного приготовления для монолитного строительства [8,стр.9] смонтирована в закрытом конвейере транспортных габаритов и включает в себя три технологические линии: приготовления пены, затем пенобетонной смеси и транспортирование ее к месту укладки. Линия приготовления пены состоит из баков запаса рабочего раствора пенообразователя для приготовления рабочего раствора пенообразователя, дозированного и запаса пенообразователя товарной консистенции; насоса-дозатора, пеногенератора и оснащена необходимой запорной и регулировочной арматурой. Линия приготовления пенобетонной смеси включает в себя бункеры запаса вяжущего с рукавным фильтром и вибратором заполнителя со скиповым подъемником, дозаторы вяжущего и заполнителя и пенобетоносмеситель. Пенобетоносмеситель, спаренный из двух скоростных вертикальных турбулентных смесителей, позволяет получать пенобетонные смеси с пониженным водо-твердым отношением и улучшенными структурными характеристиками. Подобная технологическая линия, оснащенная баросмесителем, где и происходит перемешивание пены и песчано-цементной смеси при давлении 4 атм.

Настоящая технология [10] позволяет изготавливать пенобетон непосредственно на объекте строительства путем применения компактного пеногенератора. Главным элементом пеногенератора является пропорционально работающий пневмонасос, приспособленный под всасывание дозированного объема воды и пенообразователя. На выходе пеногенератора получаем пену, которая впоследствии смешивается на миксере или бетономешалке с песчано-цементным раствором. Готовый пенобетон в жидком состоянии подается в формы или непосредственно в опалубку. Кроме того, разработан мобильный малогабаритный пенобетоносмеситель [11] аналогичной конструкции, но большей производительности - 2м3/ч.

Основное назначение агрегата [9] - получение пенобетонов малой плотности. В состав агрегата входит смеситель емкостью 200 л, совмещенный с пеногенератором, представляющий собой высокооборотный ротор с самостоятельным приводом, совершающий одновременно вместе с лопастями смесителя круговое (планетарное) движение. Предусмотрены также емкости для дозирования компонентов, приемный бак для готовой смеси и растворонасос. Последовательность операций: загрузка сыпучего компонента (цемента), заполнение второго дозатора водой, введение в воду затворения пенообразователя и других добавок, предварительное перемешивание, включение привода ротора и приготовление пеномассы, заполнение пеномассой приемного бака, перекачка бетона к месту укладки. Предусматривается возможность подачи пенобетона по шлангам на расстояние по горизонтали до 40 м, по вертикали - до 15 м.

Кроме вышеописанных установок выпускаются малогабаритные установки приготовления и транспортирования пенобетона [6]. Установка "УПТП" отличается лишь тем, что предварительное смешивание цементно-песчаной смеси осуществляется в горизонтально-роторном смесителе. Все технологические операции аналогичны классической технологии.

Полигонные приспособления

Станции для монолитного домостроения имеют несколько большие размеры, чем мобильные. Это объясняется необходимостью обеспечения достаточно большой производительности на один замес. Как правило, их устанавливают в непосредственной близости к нескольким малоэтажным домам частной застройки, и по трубопроводам обеспечивается подача пенобетонной смеси к опалубкам. Заливка должна обеспечиваться за три приема: до уровня подоконника; до уровня верхнего откоса; межэтажное перекрытие. Российскими специалистами создана универсальная пенобетонная установка [4], в которой, в отличие от изделий фирмы "Neopor" (Германия), перемещение смеси происходит под избыточным давлением в подающем трубопроводе, что обеспечивает получение пенобетона с низкой плотностью.

Непрерывная технология приготовления пенобетонной смеси под давлением с подачей ее по шлангам к месту укладки без разрушения пенобетонной структуры [10,стр.32], сущность технологии заключается в том, что исходная растворная смесь с помощью растворонасоса подается в высокоскоростной смеситель объемом 6л, куда одновременно непрерывно подается пена. Смешение пены со смесью происходит под давлением в течение 1-2 с, после чего пенобетонная смесь подается по шлангу к месту укладки. Пена также готовится непрерывно под давлением в высокоскоростном пеногенераторе объемом 4л.

Отличительная особенность технологического процесса приготовления пенобетона состоит в том, что в систему включена штукатурная станция (обычно имеющаяся на каждой стройке) и емкость для сбора воды после промывки системы [11,стр.28]. Основное отличие установок состоит в том, что пену в пеногенераторе получают не эжекцией, а путем принудительного наддува сжатого воздуха и пенообразующей жидкости в аэратор с одновременной подачей пены в смеситель. Такая технология позволяет получить пенобетон с замкнутыми порами в широком диапазоне плотности.

Так же существует способ прокачки пенобетонной массы к месту укладки методом перекачивания с пульсацией давления не более 2-2,5атм. Данная процедура позволяет устранить явления разрушения ячеистой смеси при передаче по трубопроводам, что играет существенную роль особенно при полигонной эксплуатации пенобетонных установок.

Бесспорным лидером в разработке технологий полигонного возведения монолитных зданий считаются испанская компания "Litebult" [9] и немецкая "KUNAI", с лицензированной технологией - "Neopor" [10]. Представленные компании выпускают комплексы для монолитного домостроения из пенобетона, используют стандартную технологию.

2. Патентные исследования

Гравитационный смеситель (АС 1175719 А)

Гравитационный смеситель состоит из соединенного с приводом вращения смесительного барабана 1, во внутренней полости которого неподвижно закреплены лопасти 2 и вал 3 со смонтированной на нем с возможностью вращения крыльчаткой 4 с перемешивающими лопастями 5, которые расположены под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения крыльчатки, причем ось вращения крыльчатки 4 расположена параллельно оси вращения смесительного барабана 1 и смещена относительно ее на 0,03 - 0,1 диаметра смесительного барабана 1. При этом крыльчатка 4 снабжена рассекателем потока 6, который установлен со стороны загрузочного отверстия барабана1 и взаимодействует с загружаемым материалом.

Гравитационный смеситель работает следующим образом.

Компоненты смеси поступают в полость вращающегося барабана 1, где поток материала, ударяясь об рассекатель 6, рассеивается, воздействуя при этом на лопасти 5 крыльчатки 4, которые развернуты относительно плоскости, расположенной перпендикулярно оси крыльчатки 4, в результате чего она начинает поворачиваться относительно своей оси, обеспечивая тем самым предварительное перемешивание материала. Так как ось рассекателя 6 смещена относительно оси барабана 1, то при вращении барабана рассекатель изменяет свое месторасположение в потоке материала, что также увеличивает интенсивность перемешивания смеси.

Во время перемешивания компоненты смеси со стенками барабана 1 перемещаются вверх, а достигнув определенного положения, материал под собственным весом падает, при этом он ударяется о верхние лопасти 5 крыльчатки 4 и изменяет направление движения, а крыльчатка4 поворачивается на валу 3, перемещая погруженными в смесь лопастями 5 часть материала, при этом смещение оси крыльчатки относительно оси барабана на величину 0,03 - 0,1 диаметра барабана позволяет при повороте барабана изменять степень погружения лопастей в смесь.



Рисунок 2.1. Гравитационный смеситель

Таким образом, использование энергии падающего материала обеспечивает вращение крыльчатки, в результате чего повышается интенсивность перемешивания материала.

Передвижной смеситель (АС 1611211 А3)

Передвижной смеситель содержит наклоненный смесительный барабан 1, днище 2 и расположенное напротив днища отверстие 3.

Смесительный барабан содержит нижний конический участок, следующий за ним цилиндрический участок и коническую горловину. На внутренней стороне барабана закреплены две спирали 4 и 5, смещенные одна относительно другой на 180, с одинаковым углом наклона к оси барабана 1.

Рисунок 2.2. Общий вид смесительного барабана

Рисунок 2.3. Смесительный барабан с устройством для подачи воды затворения строительного раствора

С помощью гидравлического приводного двигателя от встроенного генератора давления смесительный барабан может вращаться в двух направлениях.

Концентрично спиралям 4 и 5 в смесительном барабане смонтированы внутренние спирали 6 и 7, имеющие противоположное спиралям 4 и 5 направление навивки и смещенные одна относительно другой на 180. Одни их концы прикреплены к днищу барабана. Длина спиралей 4 и 5 превышает длину спиралей 6 и 7. Смеситель может быть выполнен с наружными и внутренними спиралями 4, 5, 6 и 7, имеющими одинаковый угол наклона к оси барабана.

Наружные спирали 4 и 5 могут иметь ширину, превышающую ширину внутренних спиралей 6 и 7. Спирали 6 и 7оединены со спиралями 4 и 5 стержнеобразными элементами. Смеситель может быть выполнен с соединенными между собой насосами 12 и расположенными на поверхности спиралей 6 и 7, обращенных к рабочей поверхности барабана 1, трубопроводами 10 и 11 с соплами 9. Трубопроводы 10 и 11 через поворотный ввод могут быть соединены посредством подводящего патрубка с насосом 12. Спирали 4 и 5 могут быть выполнены с соплами 9, расположенными на их торцевой поверхности. Смеситель может быть выполнен с подачей воды от насоса 12 через отверстие 3, барабана 1. Подводящий патрубок в этом случае крепится к вводу при помощи муфты 8 из эластичного материала, закрепленной посредством хомутов. Смеситель может быть снабжен дополнительными насосами 12 по количеству каналов ввода.

Передвижной смеситель работает следующим образом.

Через загрузочное отверстие подаются компоненты смеси в барабан 1. При вращении смесительного барабана 1 спиралями 4, 5, 6 и 7 смесь перемешивается. При этом спиралями 4 и 5 смесь направляется в сторону днища, а спиралями 6 и 7 к выгрузочному отверстию. После окончания процесса перемешивания барабану 1 сообщается вращение в другую сторону и смесь выгружается через отверстие 3 потребителю.



Рисунок 2.4. Смесительный барабан с размещенными внутри наружными спиралями

Автобетоносмеситель (АС 1600966 А1)

Смеситель состоит из смесительного барабана 1, полости которого установлена одно- или многозаходная спиралеобразная лопасть, состоящая из двух секций 2 и 3. Одна секция 2 спиралеобразной лопасти закреплена на внутренней стенке смесительного барабана 1, а другая, расположенная со стороны днища 4 барабана 1, секция 3 спиралеобразной лопасти жестко закреплена на валу 5 и установлена с зазором относительно стенок барабана 1. Вал 5 непосредственно соединен с приводом 7 реверсивного вращения. Между валом 5 и барабаном 1 смонтирована муфта включения 6.

Стенки барабана 1 могут быть оснащены расположенными между секциями 2 и 3 спиралеобразной лопасти дополнительными радиальными лопастями.

Автобетоносмеситель работает следующим образом.

Во время загрузки смеси муфта 6 устанавливается в положение, при котором вал 5 жестко соединяется с барабаном 1, в результате чего при вращении вала 5 обеспечивается вращение барабана 1. После того, как смесь будет нагружена. муфта 6 разъединяет вал 5 от барабана 1. Побуждение смеси осуществляется за счет секции 3 лопасти.



Рисунок 2.5. Автобетоносмеситель

Перемещаемая ими смесь воздействует на жестко соединенные с барабаном 1 лопасти секции 2, в результате чего происходит передача крутящего момента от вала 5 на смесительный барабан 1, за счет чего происходит вращение последнего. Этому способствуют также и радиально закрепленные лопасти. По мере затворения сыпучей смеси изменяются ее реологические характеристики, что приводит к взаимному проскальзыванию вала 5 относительно барабана 1, причем чем сильнее пластифицируется смесь. тем больше проскальзывание барабана относительно вала. Таким образом, определив величину проскальзывания как разность между скоростью вращения вала8 и скоростью вращения смесительного барабана 1, которая может быть определена с помощью тахометра или с помощью любого другого измерительного устройства, можно узнать степень готовности смеси в барабане 1.

Интенсивное перемешивание смеси достигается за счет того, что спиралеобразные лопасти секции 3 принудительно перемещают материал от днища 4 к лопастям секции 2, а затем попадая в зону действия лопастей 2, материал перемешивается гравитационным способом с одновременной подачей его к днищу 4 барабана 1, после чего цикл повторяется.

Для выгрузки смеси муфта 6 соединяет барабан 1 с валом 5. Лопасти секции 3, вращаясь вместе с барабаном 1, перемещают смесь к лопастям секции 2, которые прихватывают ее и подают к месту выгрузки.

Проведенные исследования показали, что используемые лопасти в представленных выше смесителях могут служить воздухововлекающими элементами.

3. Предварительный подбор параметров воздухововлекающих элементов

Цепи изготовляют на специальных заводах, а их конструкция, размеры, материалы и другие показатели регламентированы стандартами. По своему назначению цепи разделяют на следующие типы:

грузовые цепи, (рис. 3.1, I) служащие для подвески, подъема и опускания грузов. Применяются главным образом в грузоподъемных машинах;

тяговые цепи (рис. 3.2, II), служащие для перемещения грузов в транспортирующих машинах;

приводные цепи, служащие для передачи механической энергии от одного вала к другому.

Рисунок 3.1. Виды цепей

Так как цепь будет подвергаться нагрузке в агрессивной среде, было предложено выбрать для использования в качестве воздухововлекающих элементов грузовую цепь.

Рисунок 3.2. Предлагаемая форма воздухововлекающих элементов

Расчет процесса пенообразования на базе экспериментальной установки.

Расчет выполнен для пенобетонной смеси плотностью 400кг/м3 при следующих параметрах смесителя:

Рисунок 3.3 Схема экспериментальной установки.

Время цикла:

tцикл=tзагр+tперем+tвыгр, (3.1)

где tзагр - время загрузки материала в смеситель, tзагр = 10с ;

tперем - время перемешивания пенобетонной смеси в смесителе, tперем=335с;

tвыгр - время выгрузки материала из смесителя, tвыгр = 15с.

tцикл = 10 + 335 + 15 = 360с

1. Количество воздухововлекающих элементов, осуществляющих воздухововлечение за один оборот смесителя:

Zр = Zобщ - Z (3.2)

где Z - число воздухововлекающих элементов, не контактирующих с рабочим раствором, Z = 84;

Zобщ - общее количество воздухововлекающих элементов в смесителе

Zобщ = Zв* Кв, (3.3)

где Zв - количество воздухововлекающих элементов в одной цепи,

Zв = 27;

Кв - количество цепей, Кв=8.

Zобщ = 27 * 8 = 216

Zр = 216 - 84 = 132

2. Количество элементов, осуществляющих воздухововлечение за время перемешивания:

Zц = Zр * nц (3.4)

где nц - количество оборотов смесителя за цикл, nц = 180.

Zц = 132 * 180 = 23760

3. Объем поризованной смеси

V = Vж * K (3.5)

где Vж - объем жидкости, л;

К - кратность пенообразователя Пеностром Кмах= 6.

4. Потребное количество рабочего раствора - воды и пенообразователя:

Vж = Vсм / К (3.6)

где Vсм - вместимость смесителя при угле наклона 30, Vсм = 4,5 л;

Vж = 4,5 / 6 = 0,75л

Потребное количество пенообразователя из расчета 1,5л на 1м3 пенобетонной смеси при водотвердом отношении 0,7.

На 1м3 пенобетона требуется 450 кг цемента, тогда необходимое количество воды:

Ж = В * КВ/Т = 450 * 0,7 = 315 л (3.7)

Тогда на 0,75 л воды потребуется пенообразователя:

Vпо = (0,75 * 1,5) / 315 = 0,0036 л = 3,6 мл

5. Определим количество вовлеченного воздуха

Vвозд =Vп.с. - Vж (3.8)

где Vп.с. - объем пенобетонной смеси, Vп.с.= 4,5 л.

Vвозд = 4,5 - 0,75 = 3,75л

6. Определим количество воздуха, вовлеченного одним воздухововлекающим элементом:

Vэл = Vвозд /(Zр * nц) (3.9)

Vэл = 3,75 / 23760 = 0,00016 = 0,16 *103 м3.

4. Предварительный расчет и обоснование конструктивной схемы гравитационного смесителя

В процессе изучения влияния концентрации и вида поверхостно-активных веществ (ПАВ) на кратность пены установили некоторые, характерные для всех видов ПАВ, закономерности. Зависимости кратности пены от скорости и времени перемешивания представлены на рисунках 3.6 и 3.7. Установлено, что время приготовления пены в пределах 1,5 - 2,0 мин является наиболее оптимальным, а дальнейшее увеличение эффективных результатов не дает из- за незначительного роста кратности пены. При скорости вращения рабочего органа смесителя в пределах 500-900 об/мин наблюдается наиболее интенсивный рост выхода пены, затем происходит снижение и после 1000-1500 об/мин рост пены остается практически постоянным. Из этого можно сделать вывод, что при механическом получении пены в гравитационном смесителе оптимальным режимом получения низкократной пены (кратность менее 6) является скорость вращения рабочего органа 500-1000 об/мин.

Главной проблемой является частичное или полное разрушение пены в процессе ее минерализации. Таким образом показатель устойчивости пены к минерализации ее сухими компонентами, т.е. возможная степень разрушения пены в процессе перемешивания с вяжущим и заполнителем, позволит определить эффективность пенообразователя для производства пенобетонов по одностадийной технологии, их оптимальную концентрацию, дисперсный состав и кратность при получении пенобетонной массы заданной плотности и физико-механических свойств.

Показатель устойчивости к минерализации является одним из определяющих при подборе пенообразователя, так как разрушение пены в процессе минерализации приводит к деградации пенобетонной массы.

Способность образовать устойчивую пену при минимальной концентрацииявляется немаловажным фактором, определяющим кинетику структурообразования, от которой также зависит стабилизация всей пеносистемы.

Процесс минерализации пены сухими дисперсными компонентами сопровождается частичным разрушением пены. Это разрушение, как отмечалось ранее, связано с адсорбцией воды частицами твердой фазы из пены. В связи с этим возник вопрос исследования влияния природы минерализатора на устойчивость пены при минерализации, в частности, гидрофильности и гидрофобности.

Рисунок 4.1. Зависимость кратности пены от скорости перемешивания и вида ПАВ. 1 - «Прогресс»; 2 - «Окись амина», 3 - Сульфанол



Рисунок 4.2. Зависимость кратности пены от вида ПАВ и длительности перемешивания. 1 - «Прогресс»; 2 - «Окись амина»; 3 - Сульфанол

Гидрофильность неорганических минеральных вяжущих общеизвестна. В процессе адсорбции воды вяжущее настолько быстро «поглощают» воду, какбы «всасывая» ее. Процесс гидротации дисперсных частиц наступает практически с первых минут.

При производсте пенобетона чаще всего используют кремнеземистый немолотой заполнитель, характеризующийся гидрофильностью значительно меньшей, чем вяжущее.

Проанализировав процесс формирования пенобетонной массы позволяет оценивать влияние природы минерализатора на несущую способность пенобетонной массы.

В процессе приготовления пенобетонной массы, в случае использования однокомпонентного дисперсного минерализатора - цемента или гипса, наблюдается резкое увеличение вязкости смеси в совокупности с резким уменьшением ее подвижности

Можно сделать вывод, что в силу своей гидрофильности такие материалы обеспечивабт повышенную стабилизирующую эффективность, так как значительное количество воды оттягивают из системы, что делает пену более вязкой.

Но применение однокомпонентных минерализаторов из минеральных вяжущих для производства пенобетона плотностью 700-1200 кг/м3 не является перспективным.

Процесс минерализации пены показал отрицательное воздействие чистого вяжущего на формирование структуры пенобетонной массы. Из чего можно сделать вывод, что производство пенобетона на чистом вяжущем требует повышения концентрации ПАВ и водовяжущего отношения, а это отрицательно повлияет на механические свойства готового бетона

Перемешивание компонентов пенобетонной смеси в специальных смесителях - очень сложный и малоизученный процесс.

В результате механического перемешивания происходит изменение физико-механических свойств раствора, кристаллической решетки затвердевшего камня и поверхностных слоев цемента вследствие их деформирования. Основные факторы, влияющие на измельчение цемента, имеющего довольно сложную структуру, упругие и пластические характеристики материала, взаимодействие среды, в которой происходит измельчение материала, соприкасание частиц между собой в потоке и сама конструкция смесителя. Этим многообразием факторов обусловлена сложность задач теории. Известные положения Кика, Раттингера, Бонда и других ученых основаны на одностороннем учете одного из этих положений, поэтому оказались весьма ограниченными для практического применения и окончательного решения задачи в полном виде.

Теория измельчения обязательно должна быть связана с теорией прочности материала, подвергаемого измельчению, и с физико-химическими процессами образования цементного камня [15].

Изучение процесса измельчения делят на три самостоятельные группы: первая группа - исследования процесса разрушения под действием внешних ударных, сдавливающих и других воздействий; вторая - изучение гранулометрического состава и удельной поверхности измельчаемого материала для установления закономерностей распределения частиц по размерам, в зависимости от условий измельчения; третья группа- исследования, устанавливающие взаимосвязь между характеристикой дисперсности порошка цемента и затратами энергии на их измельчение. Анализ теоретических и экспериментальных исследований дается в монографиях Сиденко, Гийо. Отмечается , что в перемешивающих агрегатах частицы материала размельчаются от совместного и раздельного воздействия процессов раздавливания, раскалывания, резания, высокоскоростного удара и т.д.

Установлено, что частицы материала разрушаются последовательно, т.е. сначала "отлетают" частицы в виде осколков, предварительно и многократно испытавшие напряжения, близкие к предельным. Такие воздействия, несомненно, вызывают в частицах цемента развитие и образование новых дефектов. Пластические деформации имеют существенное значение в процессе тонкого измельчения.

В процессе измельчения в смесителе происходит также "ударное" измельчение, при котором материал разрушается за счет соударения встречных частиц (попадающих на преграды: козырек, корпус смесителя), поэтому вопросам, связанным со скоростью разгона частиц различных размеров, и степени их разрушения при соударении между собой, придается большое значение. Считается, что разрушающая скорость для случая удара шара о жесткую стенку определяется величиной упругих постоянных и прочностью упругих тел, но не их размерами. Этот вывод, основанный на теории Герца, справедлив для абсолютно хрупких тел, у которых упругие деформации остаются пропорциональными при центральном ударе. Двух шаров и сближении их центров. Разрушение и пластическое деформирование хрупких тел сосредоточено в близко лежащих к поверхности слоях, по которым происходит разрушение, а глубина предельных пластических деформаций мала [2].

Глубина пластических деформаций зависит от свойств материала, его температуры, от характера нагрузки. Анализируя материалы исследований по домолу кварца, можно сделать вывод о том, что чем меньше размер частиц, тем большую скорость в потоке они приобретают за один и тот же промежуток времени. Поэтому мелкие частицы будут догонять, и, в случае столкновений, подталкивать более крупные.

Исследования академика П.А.Ребиндера и других показали, что на механизм измельчения твердого тела значительное влияние оказывает среда, в которой находится материал, а также эффект понижения прочности твердых тел под влиянием физической сорбции на их поверхности активных веществ.

Эффект Ребиндера, а также другие поверхностные явления оказывают значительное влияние на процессы измельчения. Адсорбция ПАВ может понизить предел упругости, прочность и твердость и тем облегчить разрушение тел. При деформации тела в его поверхностном слое развиваются клиновидные микротрещины, способные смыкаться после снятия нагрузки. Адсорбционные слои, мигрируя на поверхности, достигают трещин и препятствуют их смыканию. Пленку жидкости между твердыми поверхностями оказывают на них расклинивающее действие.

Решающее значение адсорбционного эффекта понижения прочности, увеличения хрупкости и уменьшения работы разрушения имеют дефекты их структуры. По дефектам структуры осуществляется поступление жидкости. Адсорбционные эффекты проявляются тем сильнее, чем выше эффективность структуры.

На величину адсорбционного эффекта существенно влияют особенности физико-химического и механическое взаимодействия между средой и поверхностью тела. Наиболее благоприятными являются относительно медленные деформации по сравнению с миграцией жидкости по поверхности при периодическом силовом взаимодействии. Имеют значение периоды приложения "силы" и "отдыха". В период "отдыха" щели смыкаются, а потом вновь размыкаются, но уже на большую величину. Зоны "отдыха" должны быть незначительными, чтобы в этот период щели полностью не закрылись, а жидкость полностью не выдавилась.

Наиболее эффективной жидкостью является вода, Вода поступает в щели, образованные в период удара, и расклинивает их.

Проведем теплотехнический расчет стеновых комбинированных блоков для стен зданий до 3-х этажей. Блоки состоят из трех вертикальных слоев:

первый - защитно-декоративный вертикальный наружный офактуренный слой выполнен толщиной 50 мм, из тяжелого бетона (Т) прочностью по кл. В 12,5 (М-150).

второй - внутренний вертикальный теплоизоляционный слой выполнен из конструкционно-теплоизоляционного пенобетона или конструкционного пенобетона (П) с объёмным весом от D-800 кг/м3кл. В 3,5 (М-50) до D-1200 кг/м3 кл. В12,5 (М-150). Толщина второго слоя принимается по расчёту.

третий - вертикальный наружный штукатурно-защитный слой толщиной 20мм выполнен из цементно-песчаного раствора (Р) прочностью по кл. В7,5 (М-100).

Для стеновых комбинированных блоков с модулем 4 типов с плотностью D-800 кг/м3 кл. В3,5 (М-50)

Требуемое сопротивление теплопередаче блока определяется по формуле [11]

(4.1)

где n = 1, tв=200С, tн=-210С.

Тепловая инерция трехслойного блока определяется по формулам

(4.2)

(4.3)

где R - термическое сопротивление каждого из трехслойных блоков, л - коэффициент теплопроводности, д - толщина каждого слоя в трехслойном блоке,

Отсюда, тепловая инерция трехслойного блока равна

Требуемое сопротивление теплопередаче блока равно

Общая расчетная толщина трехслойного блока равна

Таким образом, толщина внутреннего слоя из пенобетона равна 330 мм и соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Для стеновых комбинированных блоков толщиной 500 мм., с модулем 5 типов плотностью D - 1000кг/м3 кл. В7,5 (М-100). Толщина первого и третьего наружных слоев блока остается такой же, как и у комбинированного блока толщиной 400 мм с модулем 4. Изменяется только толщина внутреннего пенобетонного слоя. Она равна 430 мм.

Определяем коэффициент (К) соотношения толщины пенобетонного слоя у блоков с модулем 4 и 5:

Общая толщина трехслойного блока с модулем 5 равна

Таким образом, толщина трехслойных стеновых комбинированных блоков равная 500 мм с модулем 5 при толщине внутреннего слоя из пенобетона, равного 430 мм соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Для стеновых комбинированных блоков толщиной 600 мм, с модулем 6 типов плотностью D - 1200 кг/м3 кл. В12,5 (М - 150). Толщина первого и третьего наружных слоев блока остается такой же, как и у комбинированного блока толщиной 400 мм с модулем 4. Изменяется только толщина внутреннего пенобетонного слоя. Она равна 530 мм.

Определяем коэффициент (К) соотношения толщины пенобетонного слоя у блоков с модулем 4 и 6:

Общая толщина трехслойного блока с модулем 6 равна

Таким образом, толщина трехслойных стеновых комбинированных блоков равная 600 мм с модулем 6 при толщине внутреннего слоя из пенобетона, равного 530 мм соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Из приведенных расчетов видно, что

при D = 800 кг/м3 общая толщина блока равна 400 мм,

при D = 1000 кг/м3 общая толщина блока равна 500 мм,

при D = 1200 кг/м3 общая толщина блока равна 600 мм,

т.е. толщина трехслойного блока равна половине плотности внутреннего пенобетонного слоя, поэтому, методом интерполяции определяем толщину блоков для промежуточных значений плотности блоков, а именно:

при D - 600 кг/м3 общая толщина блока равна 300 мм,

при D - 700 кг/м3 общая толщина блока равна 350 мм,

при D - 900 кг/м3 общая толщина блока равна 450 мм,

при D - 1100 кг/м3 общая толщина блока равна 550 мм,

что будет соответствовать повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Заключение

смесительный барабан строительный

Производство теплоизоляционных материалов в нашей зоне и по России в целом вызвано новыми требованиями СНиП. Ввиду малой энергоемкости такие поризованные материалы как пенобетоны получили наибольшее распространение.

В каждом конкретном случае производство пенобетонных изделий отличается технологическим процессом или использованием отличающегося оборудования для приготовления и перемешивания компонентов пенобетонной смеси.

Существующие технологические схемы производства пенобетона обычно включают оборудование для раздельного приготовления пенного раствора и оборудование для минерализации пенного раствора вяжущими веществами и их перемешивания.

Основной недостаток существующих схем в том, что сначала приготовляется пена, а потом в нее вводятся сухие компоненты, которые ее разрушают. Это способствует получению пенобетона высокой плотности (более 800 кг/м3) и низкой теплопроводности.

В результате научных исследований было предложено для получения качественной пенобетонной смеси процесс пенообразования водного раствора пенообразователя и процесс поризации бетонной смеси, усреднение ее компонентов, т.е. качественное перемешивание осуществлять в специальном гравитационном смесителе.

Модернизация смесителя заключается в том, что на корпусе размещают дополнительные воздуховолекающие элементы (тяговые цепи). Смеситель данной конструкции позволяет производить одновременное вспенивание и перемешивание материалов. За счет этого из технологической схемы исключаются пеногенератор и трубная разводка для подачи пены.

В результате внедрения модернизированного смесителя в технологическую схему снижаются энергозатраты используемого оборудования на 15…22%, повышается качество и конкурентноспособность продукции.

Литература

Меркин А.П., Зудаев Е.А., Селезнев И.Г. Передвижная станция приобъектного приготовления пенобетонов "сухой минерализации". Публикация в журнале: "Механизация строительства". 1995, №4.

Меркин А.П. Пенобетоны "сухой минерализации" для монолитного домостроения. Публикация в журнале: "Известия ВУЗов". 1993, №9.

Удачкин, Шашков А.Г. Неавтоклавная технология пенобетонных блоков 49. "Сиблок". Публикация в журнале: "Строительные материалы". 1993, №5.

Гудков Ю.В., Ахундов А.А., Иваницкий В.В. Технология и оборудование для производства пенобетонных блоков. Публикация в журнале: "Строительные материалы". 1994, №5.

Меркин А.П. Ячеистые бетоны: научные и практические предпосылки дальнейшего развития. Публикация в журнале: "Строительные материалы". 1995, №2.

.Черных В.Ф., Ницун В.И., Маштаков А.Ф. Технологическая линия по производству пенобетонных изделий неавтоклавного твердения. Публикация в журнале: "Строительные материалы". 1998, №12.

.Филиппов Е.Ф., Удачкин И.Б., Ретува О.И. Теплоизоляционный безавтоклавный пенобетон. Публикация в журнале: "строительные материалы". 1994, №4.

Румянцев Б.М., Зудяев Е.А. Передвижной механизированный комплекс для устройства теплоизоляционных слоев из пенобетонов "сухой минерализации". Публикация в журнале: "Промышленное и гражданское строительство". 1997, №8.

Производство пенобетона "Laspi". Электронная публикация. `www.laspi.cz/RUSTINA/foam-rus.html'.

Технология производства пенобетона. Электронная публикация. `www.sib.inage.ru/ex/inn_r/1_48.html'.

Ахундов А.А., Гудков Ю.В., Иваницкий В.В. Пенобетон - эффективный стеновой и теплоизоляционный материал. Статья в журнале: "Строительные материалы". 1998, №1.

Чирков Ю.Б. Возведение монолитных конструкций и сооружений из легкого бетона,- М.: Стройиздат, 1984. -168 е., ил.

Симонов М.З. Основы технологии легких бетонов.-М.: Стройиздат, 1973,584 с.

Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: справочник.- М.: Высш. шк., 1990. - 495 с.: ил.

Микульский В.Г. и др. Строительные материалы и изделия - М.: Изд-во АСВ, 2007.-520 с.

Комар А.Г., Баженов Ю.М., Сулименко Л.М. Технология производства строительных материалов: Учеб. для вузов по спец. «Экономика и орг. пром. строит. материалов». - М.: Высш.шк., 1984. - 408 с., ил.

Грызлов B.C. Физико-технические основы структурообразования легкого бетона повышенной теплотехнической эффективности. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л., ЛИИЖТ, 1990 г.

Размещено на Allbest.ru