Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів (стр. 1 из 14)
B. C. Богданов, А.С. Ільін, И.А. Семикопенко
ПРОЦЕСИ У ВИРОБНИЦТВІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ І ВИРОБІВ
Підручник для вузів
Під редакцією B. C. Богданова
Рекомендований Навчально-методичним об'єднанням вузів РФ за освітою в області будівництва як підручник для студентів вищих учбових закладів, що навчаються по напряму "Будівництво" (635500).
Білгород "Везеліца" 2007
Содержание
Розділ 1. Змішування компонентів будівельних сумішей
1.1. Змішування компонентів сипких будівельних сумішей (мас)
1.1.1 Закономірності змішування
1.1.2 Параметри, що впливають на якість змішування
1.1.3 Диспергіроване змішування сипких матеріалів
Розділ 2. Формування будівельних сумішей
2.1. Вібраційне формування (ущільнення) бетонних сумішей
2.2. Відцентрове формування
2.3. Роликове формування
2.4. Пресування порошкоподібних будівельних матеріалів
2.4.1 Визначення. Класифікація
2.4.2 Закономірності пресування
2.4.3 Параметри пресування
2.5. Випресовування
2.6. Екструзійне формування
2.7. Реологія будівельних матеріалів
Розділ 3. Дозування сипких і рідких матеріалів
3.1. Дозування будівельних матеріалів і рідких продуктів
3.2. Засипка прес-форм формувальною сумішшю
Розділ 4. Грануляція
4.1. Загальні відомості
4.2 Класифікація процесів грануляції
4.3. Грануляція на тарілчатих агрегатах
Розділ 1. Змішування компонентів будівельних сумішей
Змішування (перемішування) - це технологічний процес утворення однорідних систем шляхом приведення в тісне зіткнення твердих і в'язко-пластичних тіл, рідин, газів або їх поєднань.
Змішування твердих тіл, в'язко-пластичних, рідких і інших середовищ здійснюється механічним, гідравлічним, пневматичним, комбінованим і іншими способами.
Машини, вживані для змішування компонентів будівельних сумішей, називаються змішувачами (міксерами) і рідше мішалками.
1.1. Змішування компонентів сипких будівельних сумішей (мас)
При виробництві таких будівельних матеріалів, як силікатна і будівельна цеглина, каміння, блоки, плити, плитки, сухі будівельні суміші і т.п. важливе місце відводиться технологічному процесу підготовки сировинних формувальних сумішей (мас) вогкістю не більше 10%. Від якості підготовки сумішей залежить і якість готових виробів [17, 49].
1.1.1 Закономірності змішування
Механізм дії змішування компонентів сипких сумішей (мас) є дуже складним і залежить від великої кількості чинників, у тому числі від параметрів змішувача і режимів його роботи.
Змішування сипких будівельних матеріалів складається з наступних механічних операцій: переміщення груп частинок матеріалу з одного місця в інше, так зване конвективне змішування (I); перерозподіл частинок при їх переміщенні, так зване дифузійне змішування (II); зосередження частинок в окремих місцях, так звана сегрегація частинок (мал.5.1).
В результаті змішування відбувається взаємне переміщення частинок різних компонентів суміші, що знаходяться до перемішування або окремо, або в неоднорідному стані [17, 49].
Ідеально в результаті змішування повинна вийти така суміш компонентів, що в будь-якій її точці (пробі) до кожної частинки одного з компонентів примикають частинки іншого компоненту в кількості, визначуваній співвідношенням 1:
1. Наприклад, якщо суміш складається з трьох компонентів, маси яких співвідносяться як числа А: В: С, то в будь-якому достатньо малому об'ємі (пробі), узятому випадково в довільному місці (точці), після змішування маси цих компонентів теж повинні відноситися як числа а: b: с.
Мал.5.1. Залежність коефіцієнта неоднорідності від часу змішування
Проте таке ідеальне змішування, тобто той, що рівномірне розташовує частинок в суміші в реальних умовах, не спостерігається [17,49].
Щоб оцінити якість змішування однією випадковою величиною, суміш умовно вважають двокомпонентною. Для чого з суміші виділяють який-небудь один компонент, званий умовно основним (ключовим). Решту компонентів, що входять в суміш, об'єднують в другий (загальний) компонент. По ступеню розподілу ключового (основного) компоненту в суміші, тобто в другому умовному компоненті, судять про якість змішування. Вибір компонентів при цьому є суб'єктивним.
Розроблено досить багато формул (емпіричної залежності) для розрахунку критерію якості змішування. Наприклад, при безперервному збільшенні поверхні розділу між компонентами за рахунок упровадження (дифузії) процес змішування описується наступним рівнянням
(5.1)де S - поточна величина поверхні розділу; S0 - максимально можлива поверхня розділу; е - підстава натурального логарифма, е = 2,71; k - коефіцієнт пропорційності; t - час змішування.
Іноді процес змішування зв'язується з впливом розміру і густини частинок окремих компонентів суміші, тобто з явищем сегрегації (розшарування). Ступінь змішування без урахування розшарування суміші описується залежністю
(5.2)де А - постійний коефіцієнт, що враховує властивості сумішей (матеріалу), тип і режим роботи змішувача; t - час змішування; е = 2,71 - основа натурального логарифма.
Найбільше поширення для оцінки якості змішування компонентів сипкої будівельної суміші набув коефіцієнт неоднорідності (варіації)
(5.3)де
- середнє квадратичне відхилення концентрації ключового компоненту в пробах; 
- середньоарифметичне значення концентрації ключового компоненту в пробах; сі - значення концентрації ключового компоненту в і-ої проби; п - число аналізованих (відібраних для аналізу) проб.Чим менше значення
тим вище якість змішення компонентів суміші і її однорідність.Під кінетикою змішування розуміється закономірність протікання процесу в часі [17, 49, 73].
Закономірність зміни концентрації речовини в потоці при змішенні описується рівнянням [73].
(5.4)де Q - витрата компонентів; СН, С - концентрація індикатора відповідно на вході і на виході змішувача; дτ - час змішування; Vс - об'єм робочого органу змішувача.
Ліва частина рівняння (5.4) виражає кількість індикатора, що поступає в змішувач. В правій частині рівняння перший доданок є кількістю індикатора, виведеного із змішувача, друге - кількість індикатора, що знаходиться в змішувачі з урахуванням концентрації його, що змінилася, за час дτ [73].
Приймаючи наступні параметри:
, одержимо рівняння 
(5.5)У разі так званого процесу "вимивання", коли в поступаючому потоці індикатор відсутній, тобто Сн = 0, рівняння має вигляд [8]:
(5.6)Середній час перебування частинок в змішувачі τср означає, що об'їм речовини, що поступає в змішувач за час τср, чисельно рівний його місткості і є випадковою величиною [17, 73].
Середній час перебування частинок в умовних осередках (зонах) змішувача, що визначає якість змішування, залежить від конструкції і режиму роботи змішувача і фізико-механічних і технологічних властивостей перемішуваних компонентів суміші і визначається експериментально. В більшості промислових змішувачів можна одержувати суміші з якістю змішування не нижче 20% [17, 49].
1.1.2 Параметри, що впливають на якість змішування
З численних чинників, які впливають на процес змішування сипких будівельних сумішей, в першу чергу слід назвати концентрацію ключового компоненту, вогкість і модуль крупної суміші, оброблюваного матеріалу, час змішування і конструктивно-технологічні параметри змішувача. Зрозуміло, що розглянути всі випадки змішування будівельних сипких сумішей тут неможливо. Тому обмежимося тільки тими, які представляють науковий і практичний інтерес.
Як показали дослідження [17, 54, 79], концентрація ключового компоненту в суміші істотно впливає на критерій якості змішування (мал.5.2).
Із збільшенням концентрації ключового компоненту значення коефіцієнта неоднорідності змішування зменшується, досягає мінімально можливої величини і далі не знижується. Графік залежності має нелінійний вигляд. Встановлено, що при концентрації компоненту більше 10% можна добитися мінімального значення коефіцієнта неоднорідності змішування в двохвальних змішувачах безперервної дії. У тому випадку, коли в суміші знаходиться ключового компоненту менше 10%, то буде потрібно додатковий час на обробку суміші і, можливо, змішувач циклічної дії. Проте зважаючи на малу концентрацію і випадковий характер процесу коефіцієнт неоднорідності виходить великим.
Вогкість суміші також впливає на критерій якості змішування. Із збільшенням вогкості суміші коефіцієнт неоднорідності змішування збільшується (мал.5.2). Очевидно, що за наявності вологи процес змішування проходить менш ефективно, ніж при сухих компонентах суміші. Тому на практиці іноді застосовують двохступінчате (двохстадійне) змішування. Спочатку змішують сухі компоненти, а потім проводять змішування з додаванням води до заданої вогкості [54, 79].