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

находящуюся в сосуде, которая затем опускается вниз в кольцевое

пространство между трубой и стенками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание.

Основные характеристики и параметры перемешивания.

Основными характеристиками процесса перемешивания являются интенсивность (характер и кинетика протекания процесса) и эффективность

(характеристика результата процесса).

Интенсивность перемешивания (I) связана с объемом перемешиваемой смеси (V) за единицу времени (τ) и затраченной энергией (U) I = U/V·τ и

обуславливает характер движения (течения) смеси, который, в свою очередь,

определяется критерием Рейнольдса (Rе).

Следовательно, Rе является мерой интенсивности перемешивания жидкой среды:

I=ƒ(Re),

где Rе<2 – ламинарный режим; при 2<Rе<50 – переходный, а при Rе>50

– турбулентный режим перемешивания смеси.

Эффективность перемешивания, или результат процесса, определяется качеством полученной смеси, т.е. равномерностью распределения компонентов смеси (степенью ее однородности).

Смесители и принцип их работы. В зависимости от физического состояния перемешиваемых веществ различают:

1)машины для перемешивания жидких смесей (шлама, красителей и т.п.) – шламовые, пропеллерные, турбинные, планетарные, грабельные и др.;

2)машины для приготовления грубодисперсных суспензий (бетонных смесей, строительных растворов, керамических масс и т.п.);

3)машины для перемешивания сухих порошковых и зернистых материалов зачастую с последующим увлажнением – лопастные, бегунковые,

планетарные и другие смесители механического типа принудительного

действия (рис. 3.1).

21

Наиболее важной характеристикой перемешивающих устройств,

являющихся основой для их сравнительной оценки, является эффективность аппарата и интенсивность его действия. Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и в промышленности строительных материалов определяется степенью гомогенизации массы, т.е. степенью равномерности распределения компонентов в объеме полученной смеси. Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата.

Так как основным назначением операции смешения является максимальная однородность состава, то в случае двухкомпонентной смеси это требование идентично максимальному увеличению первоначальной поверхности раздела между компонентами смеси. Для осуществления этого требуется некоторое минимальное время.

В производстве большинства строительных материалов и изделий на различных этапах технологического процесса производится перемешивание поликомпонентных смесей. При помощи перемешивания стремятся достигнуть совершенного или полного взаимного расположения компонентов смеси друг относительно друга. Совершенным или полным можно назвать такое перемешивание, в результате которого малые пробы,

отобранные в любом месте системы, будут иметь одинаковые составы. К

таким системам можно отнести: красочные смеси, керамические смеси,

бетонные смеси и т. д.

Наибольшее распространение для перемешивания получили способы,

основанные на перемещении материалов состава смеси за счет гравитационных сил при вращении в барабане (гравитационные смесители) и

механическом перемещении за счет вращающихся лопастей

(принудительные смесители).

22

Рис. 3.1. Принципиальные схемы основных типов смесителей:

(а – глиноболтушка; б – горизонтальный лопастной смеситель для роспуска глины; в – пропеллерный смеситель; г – гравитационный смеситель периодического действия; д – бетоносмеситель принудительного действия; е – горизонтальный двухвальный смеситель непрерывного действия; ж – растворосмеситель; з – бегуны): 1 – траверса; 2 – рама; 3 –

резервуар; 4 – бороны на цепной подвеске; 5 – корпус; 6 – вал с лопастями; 7 – вал с пропеллером; 8 – барабан; 9 – венценосная шестерня; 10 – лопасти; 11 – чаша; 12 –

выгрузочное отверстие; 13 – загрузочная воронка; 14 – выгрузочная воронка; 15 – вал с винтовыми разрезными лопастями; 16 – корыто

23

составляет 3…4 кг. Соотношение крупных и мелких фракций смеси может быть: 1:1; 2:1, 3:1 (выбранный вариант подчеркнуть).

Приготовленные фракции помещают в сферические чаши. Процесс перемешивания осуществляется методом пересыпания материала смеси из чаши в чашу, имитируя гравитационный смеситель. Условия перемешивания при пересыпании: высота падения материала – 10 см; обеспечение непрерывного потока в течение 6-10 сек. Одним циклом следует считать двойное пересыпание – из чаши 1 в чашу 2 и затем из чаши 2 в чашу 1.

По окончании каждого цикла производят отбор проб из двух противоположных точек чаши 1. (парные пробы). Масса разовой пробы должна составлять 80…100 г. Каждую отобранную пробу подвергают рассеву на контрольном сите 0,63 мм, определяя массу остатка (фракция

1,25…2,5 мм) в г. Количество повторных разовых проб должно быть не менее 10-15 парных проб.

Результаты испытаний заносят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Результаты ситового анализа при перемешивании смеси

По данным табл. 3.1 строят график зависимости Ci от длительности перемешивания. По полученной кривой устанавливают достаточную длительность перемешивания. Признаком достаточности является стабильное стремление Ci к «0».

25

Влияние длительности перемешивания на величину Ci.

Ci, % 50 40 30 20 10

Время, мин

Определение однородности смеси производится после перемешивания исходных материалов с длительностью, полученной в предыдущем опыте и классифицированную как «достаточное». Для этого снова подготавливают две пробы выбранного состава и пересыпают в непрерывном режиме с назначенным количеством циклов, и после окончания перемешивания отбирают 10 проб материала массой 90…100 г. каждая. Разовые пробы отбирают из точек, равноудаленных друг от друга и рассеивают на контрольном сите 0,63 мм.

Результаты испытаний фиксируют в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Результаты ситового анализа проб после перемешивания смеси

26

Выводы:

Контрольные вопросы:

1.Для какой цели производят перемешивание материалов?

2.Виды смесителей, используемые для перемешивания многокомпонентных систем.

3.Области строительной индустрии, где перемешивание материалов является актуальным.

4.С помощью какого параметра оценивают качество смеси?

5.Способы перемешивания материалов и основные аппараты.

6.Что такое коэффициент однородности?

7.Что означает идеальное (полное) качество перемешанной смеси?

8.Классификация качества в соответствии с коэффициентом однородности смеси.

9.Методика проведения исследований процесса перемешивания двух компонентной смеси.

10.Контрольное сито для оценки состояния качества 2-х компонентной смеси.

11.Порядок работы с пробой материала.

12.Как определить (вычислить) показатель, являющийся идеальным состоянием (СО)?

13.Что такое среднестатистическое отклонение содержания в пробе одного из компонентов?

14.Как определить зависимость СО (отклонение от идеального) от длительности процесса перемешивания?

15.Принципы определения коэффициента однородности смеси.

27

Лабораторная работа №4.

Исследование процесса прессования пресс-порошков

и полусухих формовочных смесей

Цель работы. Изучить и отработать методики прессования образцов из полусухих смесей. Определить зависимости свойств отформованных образцов от величины давления прессования. Оценить качество полученного материала.

Основные понятия.

Классификация методов и общие закономерности формования

изделий. В технологическом процессе получения строительных изделий операции по формованию являются одним из основных переделов. В большинстве случаев применение того или иного способа формования определяется свойствами формуемых масс и видом изделия. Формование относится к основным технологическим операциям технологии строительных материалов.

Главным назначением формования является:

1)получение полуфабриката требуемой формы и размеров;

2)формирование проектируемой структуры (плотной или пористой);

3)достижение прочности сырца, необходимой для его транспортировки

идальнейшей обработки.

Существует большое количество способов формования, которые могут

быть объединены в две группы:

1.Способы формования изделий плотной структуры, основанные на принципе уплотнения формовочных масс путем движения твердой фазы в упруго-вязкой среде (прессование, виброформование, центрифугирование и их разновидности).

2.Способы формования пористых изделий, основанные на принципе разуплотнения (поризации) формовочных масс путем движения газовой фазы

28

(пузырьков воздуха) в вязкотекучей жидкости (вспучивание,

вибровспучивание, вспенивание и их разновидности).

Прессование – технологический процесс обработки различных материалов давлением на прессах. В технологии строительных материалов прессование – основная технологическая операция (формование), в

результате осуществления которой мало связная сыпучая смесь (порошок)

превращается в полуфабрикат (сырец), имеющий плотную зернистую структуру, определенные размеры, форму и основные признаки твердого тела. В зависимости от влажности смеси и типа пресса различают сухое,

полусухое, жесткое, пластическое, вакуум-пластическое и гидростатическое прессование.

Литье – процесс формования изделий из текучих и вязкотекучих смесей (бетонные смеси, керамические шликеры, силикатные расплавы,

расплавы металлов и др.). Литье применяется в технологии бетона, керамики,

стекла, металлов и пр.

Формование способом литья в специальные формы можно разделить также на две группы:

1) без отделения жидкой фазы (бетоны из подвижных смесей,

сантехкерамика из литьевых шликеров и др.); 2) с отделением жидкой фазы (ДВП и ДСП, минераловатные и

асбестоцементные изделия).

Экструзия – технологический процесс переработки полимерных материалов и пластических глиняных масс, осуществляемый в экструдерах.

Принцип работы экструдера заключается в продавливании вязкопластичной смеси через мундштук и головку определенного сечения. Рабочим органом машины чаще всего является вращающийся червяк (шнек).

Уплотнением или прессованием называют уменьшение объема,

занимаемого дисперсной системой, путем её сжатия внешним давлением.

Твёрдые частицы при сжатии системы сближаются, и уменьшение их объёма происходит за счёт уменьшения объёма пор, т.е. система уплотняется.

29

Объём самих твёрдых частиц, как правило, при сжатии системы не изменяется. Сжатие системы сопровождается относительным перемещением частиц, увеличением числа контактов между ними. В каждом контакте действуют силы сопротивления сжатию, поэтому по мере сжатия системы и увеличения числа контактов между твёрдыми частицами силы сопротивления сжатию возрастают.

Сжатие системы может происходить в двух режимах – равновесном и неравновесном.

В реальных условиях давление на систему увеличивается с некоторой скоростью или скачками.

После увеличения давления должно пройти некоторое время для того,

чтобы частицы сжимаемой системы заняли новые положения равновесия.

Поэтому равновесие между внешними и внутренними силами при прессовании наступает всегда с некоторым запозданием, а реальные процессы уплотнения всегда не равновесны.

Уменьшение внешней силы сжатия приводит к нарушению равновесия системы, и сжатый образец частично увеличивает свои размеры. Принято считать, что давление, достигнутое в конце цикла, максимальным давлением уплотнения. Наличие свободной воды в системе закупоривает часть пор. В

результате прессование сопровождается значительной упругой деформацией.

Следовательно, свойства пресс-порошков (их дисперсность и влажность) необходимо учитывать для получения изделий с заданными параметрами плотности и прочности.

Полусухое прессование. Полусухое прессование получило широкое распространение при изготовлении различного рода керамических изделий – кирпича, черепицы, бруса, плитки, огнеупорной керамики, небольших по величине бетонных изделий – плитки, бордюрного камня, а также силикатного кирпича.

Сочетание метода прессования с предварительной виброобработкой дает хорошие результаты и при изготовлении крупных железобетонных

30