СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Прежде чем говорить о направлениях развития теоретического знания процессов смесеобразования в области производства строительных смесей (бетонных в т.ч.), полезно оглянуться назад и дать хотя бы в общих чертах суть теории процесса смесеобразования, построенную научной школой под руководством кандидата технических наук М. В. Бунина.

В многочисленных научных трудах и монографиях коллектива этой школы на основе вариационных методов оптимизации производственных процессов, зонной механики и существующих на тот момент достижений в теории смесеобразования были сформулированы сущность, характер и основные закономерности процесса смесеобразования.

 

В работах, в которых исследовались бетонные смеси и их приготовление при обычных (не скоростных) рабочих процессах смесителей [1, 2, 3, 4, 5, 6] подчеркивалось следующее:
  • комплексные процессы образования смесей включают в себя механические и физико химические частные процессы;
  • в связи с кратковременностью процессов перемешивания бетонных смесей для первого приближения допустимо пренебречь происходящими в смесях химическими процессами;
  • механический процесс образования смеси является комплексным, поскольку содержит в себе два частных, причем «противоположных» друг другу, процесса – смешения и сепарирования; и именно в силу этого он никогда не приводит к получению «идеальной» смеси.

 

Физическая сущность процесса смешивания

В процессе смешивания можно выделить следующие основные составляющие: перенос объемов смешиваемых компонентов; деформирование (т. е. вытягивание этих объемов в зоне смешивания); микродеформирование смешиваемых масс внутри отдельных объемов и между ними.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Очевидно, что наиболее эффективно смешивание будет осуществляться под воздействием внешних нагрузок, интенсифицирующих процессы массообмена. Поэтому при приготовлении различных строительных многокомпонентных смесей и растворов, обладающих необходимой однородностью, наибольшее применение находит процесс механического смешивания.


Примечание

Известно, что существует также термин «перемешивание», означающий соединение объемов различных веществ с целью получения однородной смеси из нескольких материалов. В дальнейшем мы будем использовать только более точный термин – смешивание.


 

Характеристика качества смесей

Качество приготовляемых смесей можно характеризовать степенью смешивания или, например, степенью однородности, под которой понимается взаимное распределение двух и более компонентов после совершенного смешивания всей системы.

Таблица 1. Расчетные значения степени сепарации для смесей с различным удельным сопротивлением в роторном смесителе с вертикальным лопастным ротором при следующих параметрах: t=60 с; Smax=1,0; n=0,72 с-1; среднем диаметре лопастей d=2 м

p, кПа 75,0 70,0 65,0 60,0 25,0 20,0 18,0
S 0,11 0,095 0,08 0,067 0,013 0,0122 0,012

Как было констатировано [3, 7], из числа предложенных характеристик качества смесей наиболее важной оказалась степень сепарации смеси S – центральный абсолютный момент статистической плотности распределения физической плотности компонентов смеси по всему рассматриваемому объему:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

где V – полный геометрический объем смеси; ρсм – средняя плотность смеси во всем ее объеме; ρi – плотность i-го компонента на данном участке смеси ΔVе; – средняя плотность i-го компонента во всем объеме смеси; m – количество компонентов смеси; n – количество «элементов» – элементарных участков смеси.

Степень смешивания (или степень однородности), используемая для оценки интенсивности смешивания, является в то же время показателем эффективности смешивания.

 

Согласно ранее принятому в отечественной литературе определению, интенсивность действия смешивающего устройства (она же интенсивность смешивания) характеризуется обычно следующими величинами:
  • Временем достижения конкретного технологического результата при постоянной частоте вращения или частотой вращения (окружной скоростью смешивающих лопастей) смешивающего механизма при постоянной продолжительности процесса;
  • Мощностью, расходуемой на смешивание, приведенной к единице объема или массы смешиваемого материала.

Следует понимать, что каждая из перечисленных выше величин является мерой интенсивности смешивания не вообще, а лишь для конкретного смешивающего аппарата, работающего с конкретной средой. Поэтому крайне важно найти величину, наиболее близко коррелирующуюся с рациональностью конструкции смесителя.

 

Основные факторы, обуславливающие рациональность конструкции смесителя

Очевидно [8], что универсальный критерий интенсивности смешивания должен быть определен как скорость изменения степени смешивания во времени dI/dt.

В наших исследованиях [9] за основной фактор, обуславливающий рациональность конструкции смесителя, принята однородность смеси, выражаемая степенью ее сепарации S, характеризующей степень приближения смеси к материалу с некоторым идеальным порядком распределения в нем компонентов этой смеси. При этом скорость смешивания, представляющая собой уменьшение степени сепарации, и выражаемая уравнением служит критерием интенсивности процесса смешивания.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Скорость сепарации, пропорциональная разности масс и текущему значению степени сепарации, выражается отношением:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Анализ интегральной формы совокупного процесса смесеобразования, включающего, как уже отмечалось выше, в себя два частных и противоположных процесса – смешивание и сепарирование, описывается формулой:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

где S – центральный абсолютный момент статистической плотности распределения физической плотности компонентов смеси по всему рассматриваемому объему; а и k – постоянные, характеризующие процесс смешивания и зависящие от природы и состояния смешиваемых материалов, а также от конструкции и режима работы смесителя;

x – показатель общего поточного движения смеси в смесителе (предопределяется внутренним перемещением компонентов в зоне смешивания и характеризует суммарную меру воздействия смешивающего механизма на компоненты смеси, пропорциональную времени смешивания t, частоте воздействия n указанного механизма на смесь и количеству составляющих движения смешиваемой массы z, т.е. x = n•t•Z).

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Фирма Wiggert производит бетонные заводы на основе двух типов смесителей принудительного типа действия: с вертикальным и горизонтальным валом.
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Варьируя параметрами, характеризующими меру воздействия смешивающего механизма на смесь, можно добиться необходимой интенсивности смешивания при требуемых показателях качества смеси.

Существенным критерием рациональности конструкции смесителей является также эффективность смешивания, определяемая количеством энергии, затрачиваемой на смешивание.

С целью снижения энергоемкости процесса смешивания и т.о. повышения эффективности смешивания нами предложена [10] рациональная схема установки лопастей в роторных смесителях, при которой экономится до 30% энергии, за счет уменьшения мощности, потребной на преодоление заклинивания частиц щебня между рабочей кромкой лопасти и днищем смесительной чаши.

В целом процесс смешивания является случайным, что обусловлено влиянием суммы различных факторов (колебанием гранулометрического состава фракций минерального сырья, способом дозирования компонентов смеси и др.) Поэтому постоянство геометрических параметров и режима работы смесителя не может обеспечить протекание процесса смешивания по строго определенной зависимости.

Тем не менее, смесительный аппарат вносит определенную закономерность в процесс смесеобразования и может способствовать обеспечению процесса, близкого по параметрам к оптимальному (т.е., отвечающему экспоненциальной зависимости (4)). Говоря языком математики, можно сказать, что процесс смешивания (несмотря на то, что он является случайным процессом) обладает отрицательными обратными связями, и любой «выброс» степени сепарации приводит в действие эти связи, и процесс асимптотически приходит в соответствие с соотношением (4).

Таким образом, процесс смешивания является асимптотически устойчивым, что естественно, так как это заложено в природе системы «смеситель-смесь». Если за критерий оптимума принять максимальную скорость процесса, обеспечивающую наиболее эффективное смешивание и наилучшее использование всех возможностей системы «смеситель-смесь», то устремления технологов и конструкторов должны быть направлены на максимальное обеспечение экспоненциального хода процесса, а следовательно, на оптимальный выбор рабочих параметров системы «смеситель-смесь», что достигается путем определения:

  • рациональной (для конкретной смеси) частоты вращения лопастных валов;
  • формы и схемы установки лопастей на валах;
  • степени заполнения смесителя;
  • продолжительности смешивания.

Т. е. эти четыре фактора являются определяющими.

В предложенной нами зависимости (4) наибольшую трудность при их определении составляли параметры а и k – постоянные, характеризующие процесс смешивания и зависящие от природы и состояния смешиваемых материалов, а также от конструкции и режима работы смесителя. Мы находим их по опытным данным методами математической статистики.

 

Как сделать уравнение для определения степени сепарации универсальным и удобным

Очевидно, чтобы уравнение для определения степени сепарации как одного из важнейших критериев, оценивающих интенсивность и эффективность смешивания, было универсальным и удобным для практического применения, необходимо величину k представить в виде зависимости, объединяющей различные параметры, характеризующие как реологические свойства смешиваемых материалов, так и конструктивные особенности и режимы работы смесительного аппарата.

В качестве такой зависимости предлагается использовать критерий подобия Рейнольдса, используемый для описания процессов смешивания [8].

 

Традиционно критерий подобия для течения жидкости в аппаратах с мешалками определяется по формуле:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

где: n – частота вращения лопастей; d – средний диаметр окружности, описываемый лопастью мешалки; γ – плотность жидкости; η – коэффициент динамической вязкости жидкости.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Современное смесительное оборудование с принудительным смешиванием любых материалов обеспечивает приготовление смесей более высокого качества по степени однородности. В качестве смешивающего устройства используется либо вертикально вращающийся лопастной ротор или планетарный смешивающий механизм или механизм в виде двух горизонтально установленных лопастных валов, вращающихся навстречу друг другу.

Известно, что при изучении общих закономерностей процессов взаимодействия рабочих органов со средой используются различные реологические модели, представляющие среду в виде упрошенных моделей, составленных из механических элементов, каждый из которых (или их сочетание) дают представление об основных свойствах среды и характере напряженно-деформированного состояния под действием внешних нагрузок.

Критерий Рейнольдса в виде зависимости (5) может быть использован для описания реологической модели идеального вязкого тела, называемой моделью Ньютона. Работа внешних сил в этом случае затрачивается на преодоление сил вязкого трения.

Строительные смеси, приготовленные в лопастных смесителях, не могут быть описаны с помощью ньютоновской модели, ибо реологическая модель процесса смешивания является в этом случае сложной, поскольку содержит жесткопластический элемент, описываемый моделью Гука, и вязкий элемент, описываемый моделью Ньютона.

Такая модель называется упруговязкопластической моделью Бингама (Шведова), основным реологическим свойством которой является удельное сопротивление движению лопасти в рабочей среде p, зависящее как от ее плотности, так и от вязкости.

 

Исходя из вышеизложенного, критерий Рейнольдса для описания процесса смешивания в упруговязкопластической среде может быть представлен в модифицированном виде:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

И тогда в выражении (4)

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

показатель общего поточного движения x определяется продолжительностью смешивания t, а само выражение для определения степени сепарации примет вид:

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

где n – частота вращения лопастного ротора, с–1d – средний диаметр окружности, описываемый лопастями ротора, м; t – продолжительность смешивания, с; ρ – удельное сопротивление движению лопасти в смешиваемой среде, кПа.

В качестве примера, используя выражение (6), нами получены расчетные значения степени сепарации для смесей с различным удельным сопротивлением в роторном смесителе с вертикальным лопастным ротором при продолжительности смешивания t=60 с; Smax=1,0; n=0,72 с-1; среднем диаметре лопастей d=2 м.

Порядок полученных величин соответствует значениям степени сепарации, полученным ранее в экспериментальных исследованиях, а характер изменения степени сепарации смеси во времени, при заданных реологических, конструктивных и технологических параметрах, как и следовало ожидать, подчиняется экспоненциальной зависимости (см. рис 1).

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Рис.1. Графики зависимости степени сепарации S от продолжительности смешивания t.

Из анализа графиков видно, что при приготовлении смесей с меньшим удельным сопротивлением движению лопасти интенсивность процесса смешивания значительно возрастает. Так, например, если в случае ρ=70 кПа, S=0,026 достигается за 90 секунд, то для смеси с ρ=25 кПа то же значение степени сепарации достигается примерно за 35…38 секунд.

Решая уравнение (6) относительно переменных параметров n и t при заданной степени сепарации, можно рассчитать оптимальное их значение для приготовления смеси с различными реологическими свойствами в смесителях с различными конструктивными параметрами.

Ниже в таблице приведены результаты расчета времени, необходимого для смешивания в роторных смесителях диаметром 1,8 и 2,6 м смесей с заданной степенью сепарации S=0,04 и различными реологическими свойствами при различной частоте вращения ротора.

Таблица 2. Результаты расчета необходимого времени смешивания в роторных смесителях диаметром 1,8 и 2,6 м для приготовления смесей с заданной степенью сепарации S=0,04 и различными реологическими свойствами при различной частоте вращения ротора.

n, с-1 p, кПа
75 65 55 45 35 25 15
1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м 1,8 м 2,6 м
1 81 39 70 34 59 28 49 23 38 18 27 13 16 8
0,9 90 43 78 37 66 32 54 26 42 20 30 14 18 9
0,8 101 48 88 42 74 36 61 29 47 23 34 16 20 10
0,7 116 55 100 48 85 41 69 33 54 26 39 18 23 11
0,6 135 65 117 56 99 47 81 39 63 30 45 22 27 13
0,5 162 78 140 67 119 57 97 47 76 36 54 26 32 16
0,4 202 97 175 84 148 71 121 5 94 45 67 32 40 19
0,3 270 129 234 112 198 95 162 78 126 60 90 43 54 26
0,2 405 194 351 168 297 142 243 116 189 91 135 65 81 39

Используя выражение (7), можно решать и обратную задачу – прогнозировать качество получаемой смеси при имеющейся конструкции смесителя, его режимах работы и реологических свойствах приготовляемых смесей. И прямая, и обратная задачи могут быть решены путем использования соответствующих номограмм, прилагаемых к паспортным данным соответствующего смесителя.

 

Анализ конструкции смесителей, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными производителями

Анализ конструкции смесителей, выпускаемых отечественной промышленностью для производства бетонных и растворных смесей, показывает недостаточную связь между потребностями строительной отрасли и техническими параметрами этих машин.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Существенным критерием рациональности конструкции смесителей является также эффективность смешивания, определяемая количеством энергии, затрачиваемой на смешивание.
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Основными параметрами выбора являются производственная вместимость смесителя, энергоемкость процесса смешивания, надежность и долговечность машины, ее цена.
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Смеситель фирмы Шлоссер-Пфайффер (Германия). Вид внутри.

В России насчитывается более двух десятков производителей и поставщиков бетоносмесительного оборудования (ОАО «Тульский завод стройтехники», ОАО «Строймаш» (г. Лебедянь Липецкой области), АОЗТ «АОР» (г. Санкт-Петербург), ОАО «Ярославский завод «Стройтехника», ООО «УПТК Стройтехника» (г. Москва) и др).

Анализ конструкции и технических характеристик бетоносмесителей принудительного действия, выпускаемых этими предприятиями, показал их значительное разнообразие как по конструктивным, так и по технологическим параметрам. Но при этом при разработке указанных смесителей в основном не соблюдались какие-либо закономерности и положения создания типоразмерных рядов машин и реологические свойства смесей.

В настоящее время каждая категория потребителей бетоносмесительных машин приобретает специфические модели, выбор которых зависит от объемов и условий работ. При этом основными параметрами выбора являются производственная вместимость смесителя, энергоемкость процесса смешивания, надежность и долговечность машины, ее цена.

Оптимизировать эти параметры можно лишь в случае создания теоретически и технически обоснованного типоразмерного ряда выпускаемых смесителей, что имеет место у зарубежных фирм, выпускающих, например, землеройную технику (Кomatsu, Саtеrрillar и др.). Создание такого ряда бетоносмесительных машин позволяет оптимизировать структуру их парка и выпускать их в строгом соответствии с потребностями строительной индустрии, развитие которой непосредственно связано с общественным развитием.

При этом производителям бетоносмесителей не потребуются дополнительные затраты на проектирование и изготовление новых машин, находящихся в данном типоразмерном ряду, ибо их конструктивно-технологические параметры геометрически и физически подобны.

Используя известные критерии подобия Рейнольдса, Фруда, Вебера, Эйлера, нами получены зависимости для определения в геометрически подобных смесителях таких параметров, как: мощность, масса, частота вращения и др. Используя найденные зависимости, построен типо-размерный ряд роторных бетоносмесителей. Полученные расчетным путем на основе теории подобия параметры смесителей могут быть откорректированы применительно к более конкретным условиям работы и требованиям потребителя.

Организация производства бетоносмесительных машин данного типоразмерного ряда позволит осуществлять их выпуск в соответствии с конкретными нуждами потребителя и, тем самым, совершенствовать структуру парка машин, под которой следует понимать количественное соотношение между машинами (бетоносмесителями) одного и того же назначения, но разными по своим производственным характеристикам. От того, насколько это соотношение удовлетворяет потребностям предприятий строительной отрасли, во многом зависит эффективность использования техники и стоимость выполняемых ею работ.

Сравнивая бетоносмесительное оборудование отечественных и зарубежных производителей, можно констатировать следующее. Прежде всего, известно, что все бетоносмесители по способу смешивания делятся на два класса: со свободным смешиванием материалов (гравитационные) и с принудительным. Известно, что гравитационные смесители наиболее целесообразно использовать для приготовления более пластичных смесей, т.е. смесей, имеющих меньшее удельное сопротивление при их смешивании; для приготовления же жестких бетонных смесей наиболее эффективны смесители с принудительным смешиванием материалов.

В целом же относительно этих двух классов смесителей следует отметить, что смесители с принудительным смешиванием любых материалов обеспечивают приготовление смесей более высокого качества по степени однородности. И это связано не только с тем, что в этих смесителях смешиваемые компоненты подвергаются механическому воздействию со стороны смешивающего устройства, а главное, с тем, какое количество этих воздействий в единицу времени обеспечивает смешивающее устройство.

Учитывая вышесказанное, нами в свое время [11] была предложена классификация бетоносмесителей в зависимости от количества, рода и характера изменения во времени составляющих движений компонентов смеси под воздействием смешивающего устройства.

Для определения количества составляющих движений компонентов составляется принципиальная схема смешивающего устройства и схема возможных движений компонентов при их смешивании. Схема устройства ориентируется в пространстве по координатным осям x, y, z, на которые проецируются возможные движения смешиваемых компонентов.

При ориентации координатных осей принимается, что ось z совпадает с осью вращательного движения смешивающего устройства либо параллельна ей. При ориентации осей x и y следует по возможности стремиться совместить их направления с одним из направлений движения смешиваемых компонентов, исключая, таким образом, появление новой составляющей движения, фиктивно повышающей класс способа смешивания.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Род составляющих движений компонентов смеси определяется тем, что эти движения могут быть либо только поступательными, либо только вращательными, либо смешанными.

По характеру изменения составляющих движения во времени по скорости и направлению они принимаются либо постоянными, либо периодически меняющимися, либо произвольно меняющимися.

Анализ существующих конструкций бетоносмесителей, согласно предложенной классификации, позволяет определить потенциальные возможности конструкции смешивающего устройства и в основном определить область применения.

Так, наименьший эффект при смешивании следует ожидать в бетоносмесителях со свободным смешиванием материалов, в которых смешиваемые компоненты имеют лишь две составляющие движения, а смешивание осуществляется только постоянными движениями – вращательными и поступательными.

Наибольший эффект можно ожидать при приготовлении различных смесей в вибросмесителях, где смешиваемые компоненты могут иметь до пяти составляющих движений, а смешивание осуществляется одновременно поступательными и вращательными, произвольно меняющимися во времени, движениями компонентов смеси. То есть, в данных смесителях смешиваемые компоненты получают наибольшее количество воздействий в единицу времени со стороны смешивающего механизма.

Однако в силу низкой надежности вибросмесителей они до настоящего времени не находят должного применения и не выпускаются в промышленности.

Учитывая последнее обстоятельство, следует отдать должное группе смесителей с принудительным смешиванием материалов, имеющих в качестве смешивающего устройства либо вертикально вращающийся лопастной ротор, или планетарный смешивающий механизм, или механизм в виде двух горизонтально установленных лопастных валов, вращающихся навстречу друг другу.

В смесителях этой группы смешиваемые компоненты имеют не менее четырех составляющих движений, а смешивание в них осуществляется, как правило, одновременно поступательными и вращательными движениями, носящими периодический характер изменения во времени по направлению.

Опыт отечественных и зарубежных производителей и потребителей доказывает на практике преимущественное применение указанной группы смесителей, причем не только на стационарных, но и на передвижных бетоносмесительных установках.

Приведенные данные анализа бетоносмесителей были подтверждены результатами экспериментальных исследований по определению степени сепарации смесей, приготовленных в различных конструкциях бетоносмесителей.

Так, в бетоносмесителях со свободным смешиванием материалов степень сепарации смеси S не достигалась менее 0,09…0,1; в бетоносмесителях с принудительным смешиванием материалов она составляла в среднем 0,04…0,06, а в модели вибросмесителя степень сепарации составляла 0,02…0,03.

СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Продолжая говорить о совершенствовании бетонов и их технологических возможностях, необходимо сказать, что самую главную роль при этом играет процесс смешивания компонентов смеси и получение высокооднородных смесей.
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
Опыт отечественных и зарубежных производителей и потребителей доказывает на практике преимущественное применение указанной группы смесителей, причем не только на стационарных, но и на передвижных бетоносмесительных установках.

Что касается реализации с помощью существующего смесительного оборудования новых наработок в совершенствовании состава бетонов и технологий его производства, то необходимо отметить самую «хроническую», но вполне разрешимую проблему.

Дело в том, что нововведения технологов в составах бетона, в основном, заключаются в применении каких-то новых добавок, компонентов, в изменении пропорции этих компонентов, что неминуемо приводит к изменению реологических свойств приготовляемых смесей, и, несмотря на это, технологи в технологический процесс приготовления новой бетонной смеси «закладывают» прежний тип бетоносмесителя, конструктивные и технологические параметры которого рассчитаны на приготовление смесей с иными реологическими свойствами. О какой эффективности процесса смешивания в этом случае можно говорить?

В целях решения этой проблемы нами проводится в настоящее время исследование о влиянии реологических свойств смесей на качество их приготовления и уже практически разработана методика выбора типа смесителя, его конструктивных и технологических параметров для приготовления различных смесей.

Мы считаем, что в паспорте на каждый смеситель должны быть приведены сведения о режимах его работы для приготовления соответствующих смесей, чтобы исключить из ряда вон выходящие примеры, когда, скажем, на стекольном заводе для приготовления стекольной шихты используется роторный бетоносмеситель СБ-146 (!).

Продолжая говорить о совершенствовании бетонов и их технологических возможностях, мы еще раз хотим сказать, что самую главную роль при этом играет процесс смешивания компонентов смеси и получение высокооднородных смесей, что возможно сделать лишь в смесителях, имеющих наиболее оптимальные параметры (конструктивные, технологические). К сожалению, как и 20…30 лет назад, в настоящее время они не отработаны.

Знакомясь с высказываниями специалистов в области создания и производства современного смесительного оборудования, нельзя не обратить внимание, что основной акцент делается на вопросы очень важные (надежность, организация сервиса, внешний вид, используемые материалы, конструктивные новации, стоимость), но в большинстве из них ничего не говорится о недостатках или достоинствах тех или иных смесителей с позиции их главной задачи – получения высокооднородных смесей.

Больше внимания этим проблемам уделяют представители науки. По мнению большинства ученых, оба основных типа существующих смесителей (гравитационный и принудительный) не могут гарантировать качество смешивания. Основной недостаток – слабое протекание диффузионных процессов на уровне микрообъемов, в результате чего, при формирования изделий из смесей, приготовленных в таких смесителях, появляются дефекты, концентраторы напряжений и другие факторы, снижающие их механические свойства.

Промышленный опыт эксплуатации бетоносмесительного оборудования показывает, что одной из причин снижения прочностных показателей бетонных и железобетонных конструкций и, соответственно, срока их службы является неоднородный состав бетонной смеси. А причиной этого в значительной степени является именно невысокое качество бетона, выдаваемого смесителем.

Таким образом, повышение интенсивности процессов смешивания становится возможным только при использовании новых эффектов воздействия.

Одним из таких эффектов является, как мы упоминали и ранее, вибрация смешивающего устройства, ибо она значительно уменьшает вязкость смесей, что и обуславливает интенсификацию диффузионных процессов смешивания. Но это вибрация, а значит, вопросы, связанные с надежностью и сроком службы оборудования.

Сравнивая технические характеристики отечественных и аналогичных типов смесителей зарубежных производителей (Германии, Италии, Франции и др.), следует, справедливости ради, отметить более высокие показатели зарубежных по удельным энергозатратам, по удельной материалоемкости, по эстетическим и эргономическим показателям. Однако, в силу единства принципов и закономерностей процесса смешивания как в тех, так и других смесителях отсутствуют какие-либо существенные отличия, как по функциональным возможностям, так и по качеству приготовляемых смесей.

В заключение необходимо сказать, что, очевидно, в ближайшие 10…20 лет, при сегодняшнем уровне развития науки и производства, не приходится говорить о каких-то «революционных» изменениях и технических «прорывах» в области создания бетоносмесительной техники.

Значительные потенциальные возможности по совершенствованию смесительной техники заложены, прежде всего, в ориентации ее конструктивно-технологических параметров на приготовление смесей с определенными реологическими свойствами; в использовании скоростного смешивания в пределах докритических скоростей смешивающего устройства; в создании активных смешивающих устройств, обеспечивающих максимальное количество составляющих движений компонентов смеси, различных по виду и характеру изменения во времени и, наконец, в использовании для привода смешивающих устройств в стационарных БРУ гидравлического привода, позволяющего при необходимости: регулировать и задавать, необходимую для приготовления данных смесей, частоту вращения смешивающего устройства, а также регулировать и создавать необходимый крутящий момент на лопастных валах.

 

Литература

  1. Богомолов А. А., Бунин М. В. Анализ влияния конструкции бетоносмесителей на однородность смеси. – В кн.: Конструирование и динамическое исследование узлов механического оборудования предприятий строительных материалов. – Тр. Моск. инж.-строит. ин-т и Белгород. технол. ин-т строит. матер., 1974, вып. 2, с. 51–60.
  2. Богомолов А. А., Бунин М. В. О процессе перемешивания цементобетонной смеси как случайном асимптотически устойчивом процессе – В кн.: Механизация технологических процессов промышленности строительных материалов. – Тр. Моск. инж. – строит. ин-т и Белгород. технол. ин-т строит. матер., 1974, вып. 5, с. 29–36
  3. Бунин М. В. Вопросы теории процессов смесеобразования.– Тр./Харьк. автодор. ин-т, 1962, вып. 28, с. 86–95.
  4. Бунин М. В. О закономерностях принудительного смешивания как экстремали процессов//Горные строительные и дорожные машины. – Киев. Техника 1962 – вып. – 6. – с. 116–120.
  5. Бунин М. В., Грушко И. М., Ильин А. Г. Структура и механические свойства дорожных цементных бетонов. – Изд-во при Харьк. ун-те, 1968, с. 136–144.
  6. Бунин М. В., Богомолов А. А. Классификация движений компонентов бетонной смеси в процессе ее приготовления//Горные строительные и дорожные машины. – Киев. Техника 1969 – вып. – 8. – с. 128–131.
  7. Бунин М. В., Богомолов А. А. Влияние длительности перемешивания на однородность цементобетонных смесей//Горные строительные и дорожные машины. – Киев. Техника 1970 – вып. – 9. – с. 59–65.
  8. Hobler T., Strek F Chem. Stos., 3, 143 (1959).
  9. Бунин М. В., Ничке В. В., Кириченко И. Г., Богомолов А. А. Создание и эксплуатация строительных машин при вариационном выборе технических решений. – Киев: УМК ВО, 1992. – 196 с.
  10. Богомолов А. А. Роторный бетоносмеситель с модернизированным смешивающим механизмом./Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях. – С. – Петербург, 1995.
  11. Создание и эксплуатация строительных машин при вариационном выборе технических решений/М. В. Бунин, Ничке В. В, О. Г. Ктриченко, А. А. Богомолов. Киев: УМК ВО, 1992. – 196 с.

 


 

Автор: Богомолов А.А.
Источник: Строительная техника