Процессы и аппараты технологии строительных материалов. Учебно-методическое пособие (лабораторный практикум) для студентов направления подготовки 08.0

График зернового состава материала

Выводы:

11

Контрольные вопросы:

1.Какие дробилки используются для крупного дробления твердых минеральных материалов?

2.Принцип работы щековой дробилки.

3.Как посчитать среднестатистический размер исходного куска материала перед дроблением?

4.Способы измельчения твердых минеральных материалов.

5.Из каких горных пород получают щебень путем дробления. Что такое фракции: 20-40, 10-20, 5-10 мм?

6.Методика проведения исследований процесса дробления.

7.Какие необходимо получить результаты перед началом дробления материала?

8.Как оценить степень дробления материала?

9.Принцип назначения Дмакс, Дмин, Дcp, необходимые для построения графика зернового состава щебня.

10.Какие действия необходимо предпринять для обеспечения качества зернового состава щебня?

11.Что такое «частный остаток»?

12.Что такое «полный остаток»?

13.Как управлять качеством щебня, за счёт регулируемых параметров дробилки?

14.Способы измельчения твердых минеральных материалов.

15.Как управлять шириной выпускного отверстия щековой дробилки?

12

Лабораторная работа №2.

Исследование влияния поверхностно-активного вещества на процесс помола портландцемента

Цель работы. Ознакомиться с устройством лабораторной барабанной мельницы. Исследовать влияние добавки ПАВ на процесс измельчения. Определить удельные энергозатраты и производительность мельницы.

Общие сведения. Измельчением называют процесс разрушения кусков твёрдого материала до требуемых размеров. Измельчение осуществляется под воздействием различных сил – в основном механических, которые преодолевают силы взаимного притяжения между структурными элементами (атомами, молекулами) материала, что и приводит к разрушению в конечном итоге.

Процессы измельчения отличаются сложностью и находятся в зависимости от таких факторов, как форма, размеры и зерновой состав исходного и конечного материала, его физико-механических свойств

(однородности, наличия дефектов, прочности, твердости, влажности, вязкости) и других конструктивных особенностей измельчителя.

В производстве строительных материалов измельчение, в зависимости от размеров конечного продукта, условно разделяют на дробление и помол. При помоле размеры кусков исходного материала могут составлять

10-2…10-4 м, размеры же зерен измельченного продукта колеблются в пределах 10-3…10-7 м. Основными характеристиками помола являются степень измельчения (і) удельная поверхность (Sуд).

В технологии строительных материалов помол необходим, так как наряду с уменьшением размера зерен, при помоле происходит значительное увеличение суммарной площади поверхности материала, повышается его физико-химическая активность.

Тонкий помол материалов – весьма энергоёмкий процесс. Расход энергии при тонком измельчении теоретически должен быть во много раз

13

больше, чем при крупном и среднем помоле, а в действительности он больше в 15-20 раз.

Процесс разрушения твердого тела (материала) значительно облегчается, если ввести в измельчаемый материал поверхностно-активное вещество (ПАВ). Молекулы ПАВ, адсорбируясь на поверхности твердого тела, снижают его поверхностную энергию. Кроме того ПАВ, при отсутствии химического взаимодействия, может значительно снизить предел упругости,

прочность, твердость хрупких тел.

В настоящее время в технологии строительных материалов помол осуществляется в основном в барабанных мельницах (рис. 2.1).

Рис 2.1. Лабораторная барабанная (шаровая) мельница

Энергия, затрачиваемая при помоле материалов в барабанной мельнице, определяется по формуле:

= 0,357 D 9(1-K1)-1,75(1-K2) *(G1+G2)* / *m,

где G1, G2 – силы тяжести мелющих тел и размалываемого материала;

– время помола;

D – внутренний диаметр барабана мельницы;

– коэффициент заполнителя объема барабана; m – масса размалываемого материала;

K1, K2 – эмпирические коэффициенты, зависящие от степени заполнения барабана.

14

Значения эмпирических коэффициентов в зависимости от степени заполнения объема барабана мелющими телами представлены в табл. 2.1.

Коэффициент заполнения объема барабана определяется по формуле: φ = m1/ μ*π*γ*R2*L,

где m1 – масса мелющих тел, кг;

γ – плотность мелющих тел (7800 кг/м3);

R и L – внутренних радиус и длина барабана, м; μ –коэффициент разрыхления загрузки (0,55).

Производительность барабанных мельниц зависит от многих факторов.

Поэтому для приближенного определения производительности барабанных мельниц, предназначенных для помола портландцемента, рекомендуется следующая формула:

Q=6,45 √D*q*Кт,

где К – 0,035-0,04 т\кВт*ч – удельная производительность;

q – поправочный коэффициент на тонкость помола (табл. 2.2).

Таблица 2.2

15

Методика проведения работы. Взвешивают (с точностью до 1 г) 2 кг портландцементного клинкера и 100 г гипсового камня. Обе навески перемешивают и подвергают ситовому анализу путем просеивания через комплект сит с размером отверстий в свету: 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм.

После просеивания определяют с точностью до 0,1% частные остатки на каждом сите и на дне комплекса сит по формуле.

i= Mі / Mо * 100%

где Хі – частный остаток на і-том сите, %; Mі – масса остатка на і-том сите, кг (г); Mо – масса исходной навески, кг (г).

Затем определяют характерный размер зерен до помола по формуле: dx =Σdı*xı/ 100

где dı – средние размеры зерен отдельных фракций смеси материалов,

которые определяют как полу сумма размеров двух сит, ближнего верхнего,

через которое прошли зерна данной фракции, и сита, на котором зерна этой фракции остались после рассева.

Перед началом помола взвешивают мелющие тела с точностью 10 г.

После этого исходную массу загружают в отсек мельницы и плотно закрывают загрузочное отверстие мельницы. Мельницу включают и через определённое время, например, 20 минут, отбирают пробы отключая мельницу. Отобранные пробы взвешивают и подвергают рассеву на ситах: 0,2 и 0,088 мм.

Определяют частные остатки молотого материала и характерный размер частиц мелящийся смеси. Эту операцию повторяют на 40-ой и на 60-

ой минуте.

Результаты ситового анализа исходного и молотого продуктов вносят в таблицу 2.3.

16

Зависимость тонкости помола материала от времени помола в шаровой мельнице

Выводы:

17

Контрольные вопросы:

1.Способы измельчения минеральных материалов до пылевидного состояния.

2.Принцип работы барабанной мельницы.

3.Мелящие тела для барабанных мельниц.

4.Факторы, влияющие на качество (производительность) молотого материала.

5.Основные характеристики (параметры) молотого материала (например,

цемента).

6.Какую роль играют ПАВ (поверхностно активные вещества) при помоле минеральных материалов?

7.От чего зависит производительность барабанных мельниц?

8.Методика проведения исследований процесса помола портландцементного клинкера.

9.Точность измерения параметров при выполнении лабораторной работы.

10.Условия, которые необходимо контролировать в процессе выполнения лабораторной работы.

11.Главное контрольное сито для оценки тонкости помола цемента.

12.Как оценить средний размер исходного клинкера?

13.Как оценить промежуточный (конечный) результат помола портландцемента?

14.Какая зависимость тонкости помола и производительности мельниц?

15.Какие виды мельниц используются для помола минеральных материалов?

18

Лабораторная работа №3.

Исследование процесса перемешивания двухкомпонентной смеси

Цель работы. Определить зависимость качества двухкомпонентной смеси от длительности перемешивания. Оценить качество смеси по коэффициенту однородности.

Общие сведения. Практически любой строительный материал состоит как минимум из двух, а большей частью из нескольких компонентов. Качество смеси, из которой формуется изделие, во многом определяется качеством перемешивания. В практике производства строительных материалов широко применяется перемешивание сухих компонентов, приготовление полусухих, пластичных и литых масс.

Перемешивание – процесс многократного перемещения частиц неоднородной текучей среды относительно друг друга во всем объеме аппарата, протекающий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа. Процесс перемешивания направлен на получение однородных смесей и интенсификацию тепловых, массообменных и химических процессов.

Основной задачей этого технологического процесса в производстве строительных материалов является получение однородной смеси компонентов, т.е. гомогенизация смеси.

Скорость и результат смешения во многом определяются формой и величиной частиц, общим зерновым составом и зерновым составом каждого компонента в отдельности, числом смешиваемых компонентов и соотношением их количеств, плотностями смешиваемых компонентов и их коэффициентами трения, степенью увлажнения и способностью к слипанию отдельных частиц, степенью измельчения зернового состава в процессе перемешивания. Перемешивание осуществляется в специальных аппаратах – смесителях, конструкция которых зависит от характера смеси и требуемой производительности.

19

Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов. Смешивание масс – процесс, зависящий от многих параметров и факторов.

По функциональному назначению перемешивание осуществляется с целью:

1.Гомогенизации многокомпонентных систем (бетонные и растворные смеси, керамические массы и другие сыпучие и пластичные смеси).

2.Структурообразования (например, вспенивание, минерализация вспененных масс).

3.Улучшения условий протекания химических, тепловых и массообменных процессов.

По состоянию исходных компонентов различают перемешивание:

1)сухих сыпучих компонентов;

2)вязкопластичных формовочных масс;

3)отливочных масс (литьевые смеси, шликеры, шламы, волокнистые гидромассы и др.).

По способу перемешивания и конструктивным особенностям аппарата различают: механические (лопастные, вибрационные, шнековые, барабанные механизмы); пневматические (пневмосмесители); циркуляционные (связаны с пересыпкой смесей).

Пневматическое перемешивание – процесс перемешивания вязкотекучих смесей газом или воздухом. Его используют для перемешивания жидких сред повышенной химической активности,

разрушающих рабочие органы механических смесителей.

Перемешивание сжатым газом проводят в аппаратах, снабженных специальными устройствами – барботером или центральной циркуляционной трубой. Принцип пневматического перемешивания заключается в следующем: сжатый газ подается в циркуляционную перфорированную трубу; пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость,

20