Дозирование и перемешивание компонентов смеси (приготовление сырьевой смеси).
На качество смеси изготавливаемого строительного материала может сильно влиять точность дозирования. Если под влиянием внешних или внутренних причин нарушаются точность дозирования (автоматического отвешивания или объемного отмеривания) или ритмичность перемещения отдозированных компонентов к смесительному аппарату, то в процессе перемешивания возможно снижение качества получаемой смеси (массы) и готового материала (изделия).
С целью улучшения однородности смеси механическое перемешивание, как правило, осуществляется в две стадии:
1) предварительное смешение сухих компонентов;
2) смешение с жидкостью, принятой как обязательный компонент (технологическая связка) многих сырьевых смесей.
Это объясняется тем, что при перемешивании смеси сразу с жидкостью образуются агрегаты из частиц смеси под действием сил капиллярного сцепления, а это не дает возможности распределения частиц отдельных компонентов, особенно тонкодисперсных, по всему объему смеси. Перемешивание смеси в один этап становится эффективным при высоком содержании жидкой среды (в состоянии суспензии) и исчезновении сил капиллярного сцепления. При этом исчезают и электрические силы, действующие между частицами в сухих порошках, что обеспечивает высокую однородность получаемых смесей. Однако положительный эффект от такого перемешивания часто сводится на нет последующими высокими энергозатратами на высушивание сырьевой смеси перед обжигом (в технологиях керамики, цемента по мокрому способу и пр.).
Свежеприготовленная смесь (масса) обладает определенной технологичностью или удобообрабатываемостью, что выражается в ее реальной способности воспринимать дальнейшие технологические операции по формованию и уплотнению изделий. Смеси с весьма малой вязкостью (часто называемые литыми) практически не требуют уплотнения при формовании изделий или покрытий, что технологически удобно. Для воспроизведения литьевой технологии в смесь вводят соответствующие пластификаторы или суперпластификаторы. Введенные в относительно малых количествах, они способствуют резкому понижению вязкости смеси, облегчая формование изделий. Той же цели можно достичь дополнительным увеличением количества жидкой среды в смеси (технологической связки), однако это обычно приводит к резкому снижению качественных показателей готовых изделий и даже браку (растрескиванию, короблению и др.).
Уплотнение смеси и формование изделий.
Формование изделий сопряжено, как правило, с уплотнением смеси, т.е. с достижением плотной упаковки ее частиц. Уплотнение смеси уменьшает разобщенность частиц, переводя связи из точечных в межфазные по границам контакта. На последующих стадиях технологии (например, при обжиге) сокращается расход тепловой энергии за счет снижения температуры и уменьшения продолжительности выдержки. Уплотнение формуемых или отформованных изделий является важным этапом образования макроструктуры, поскольку в этот период в среде вяжущего вещества сравнительно устойчиво фиксируются зернистые и другие компоненты заполняющей части композита. Фиксация может происходить как непосредственным примыканием компонентов, в том числе с возможным срастанием (например, кристаллов), так и через прослойки полностью отвердевшего или постепенно отвердевающего вяжущего вещества. Контакт через прослойки на стадии уплотнения более типичен в технологиях, в которых отвердевание материала происходит в результате химических реакций (гидратаций, спекания и т.д.). Непосредственное контактирование или срастание частиц под влиянием поверхностной энергии, химических связей и других, в том числе комплексных, факторов (например, при прессовании под большим давлением) характерно для контактно-конденсационного механизма твердения.
При малых давлениях полезно в системе присутствие малых количеств жидкой среды как своеобразной смазки. При уплотнении высокопластичных и подвижных смесей макроструктура устанавливается весьма быстро и практически без приложения уплотняющих усилий, под влиянием гравитации (при наливных или литьевых способах производства). При уплотнении малоподвижных и жестких смесей, содержащих, как правило, пониженное количество вяжущего вещества или уменьшенное количество жидкой среды в нем, затрачивается значительно бoльшая работа, чем при уплотнении пластичных, подвижных или литых смесей. Разными приемами приходится принудительно сближать полидисперсные зерна, вытесняя часть вяжущего вещества в межзерновые поры и пустоты или в поры зерен заполнителя. При оптимальной структуре зерна заполнителя в объеме монолита контактируют через тонкие или тончайшие прослойки вяжущего вещества. Выбор оптимального способа формования и уплотнения зависит от характера исходного сырья и массовости производства, требуемых свойств и вида изделий. Но при всех способах важно обеспечить связность и начальную прочность изделий с последующим упрочнением их на других стадиях обработки.
В технологии обжиговых материалах распространенными являются способы полусухого и пластического, а также горячего прессования с использованием прессов, экструдеров, каландров и других машин. При способе пластического формования (керамического кирпича) уплотнение осуществляется в ленточных прессах. Во многих технологиях формование и уплотнение смеси совмещаются в одну операцию, в результате чего химические и физикохимические процессы, обеспечивающие структурообразование на микро- и макроуровнях, протекают также одновременно. Кроме обычных прессов (механических, гидравлических) в некоторых технологиях используют прессование методом взрыва с образованием сверхвысоких давлений мгновенного действия с изменением кристаллохимического строения вещества.
В технологии бетона самым характерным является вибрационное формование с приданием скоростей и ускорений частицам массы и, как следствие, ослаблением сил внутреннего трения, капиллярных и молекулярных связей, а также тиксотропным разрушением первичных структур. При вибрационном прессовании (вибропрессовании) достигается заданное уплотнение изделий при значительно меньших затратах энергии, чем при статическом прессовании. Кроме того, возрастает качество изделий, отсутствует анизотропия свойств, формуется более равномерная структура. Эффективность виброформования в ряде технологий повышается путем совмещения с вакуумированием.