Непрерывная технология приготовления пенобетонной смеси под давлением с подачей ее по шлангам к месту укладки без разрушения пенобетонной структуры [10,стр.32], сущность технологии заключается в том, что исходная растворная смесь с помощью растворонасоса подается в высокоскоростной смеситель объемом 6л, куда одновременно непрерывно подается пена. Смешение пены со смесью происходит под давлением в течение 1-2 с, после чего пенобетонная смесь подается по шлангу к месту укладки. Пена также готовится непрерывно под давлением в высокоскоростном пеногенераторе объемом 4л.
Отличительная особенность технологического процесса приготовления пенобетона состоит в том, что в систему включена штукатурная станция (обычно имеющаяся на каждой стройке) и емкость для сбора воды после промывки системы [11,стр.28]. Основное отличие установок состоит в том, что пену в пеногенераторе получают не эжекцией, а путем принудительного наддува сжатого воздуха и пенообразующей жидкости в аэратор с одновременной подачей пены в смеситель. Такая технология позволяет получить пенобетон с замкнутыми порами в широком диапазоне плотности.
Так же существует способ прокачки пенобетонной массы к месту укладки методом перекачивания с пульсацией давления не более 2-2,5атм. Данная процедура позволяет устранить явления разрушения ячеистой смеси при передаче по трубопроводам, что играет существенную роль особенно при полигонной эксплуатации пенобетонных установок.
Бесспорным лидером в разработке технологий полигонного возведения монолитных зданий считаются испанская компания "Litebult" [9] и немецкая "KUNAI", с лицензированной технологией - "Neopor" [10]. Представленные компании выпускают комплексы для монолитного домостроения из пенобетона, используют стандартную технологию.
2. Патентные исследования
Гравитационный смеситель (АС 1175719 А)
Гравитационный смеситель состоит из соединенного с приводом вращения смесительного барабана 1, во внутренней полости которого неподвижно закреплены лопасти 2 и вал 3 со смонтированной на нем с возможностью вращения крыльчаткой 4 с перемешивающими лопастями 5, которые расположены под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения крыльчатки, причем ось вращения крыльчатки 4 расположена параллельно оси вращения смесительного барабана 1 и смещена относительно ее на 0,03 - 0,1 диаметра смесительного барабана 1. При этом крыльчатка 4 снабжена рассекателем потока 6, который установлен со стороны загрузочного отверстия барабана1 и взаимодействует с загружаемым материалом.
Гравитационный смеситель работает следующим образом.
Компоненты смеси поступают в полость вращающегося барабана 1, где поток материала, ударяясь об рассекатель 6, рассеивается, воздействуя при этом на лопасти 5 крыльчатки 4, которые развернуты относительно плоскости, расположенной перпендикулярно оси крыльчатки 4, в результате чего она начинает поворачиваться относительно своей оси, обеспечивая тем самым предварительное перемешивание материала. Так как ось рассекателя 6 смещена относительно оси барабана 1, то при вращении барабана рассекатель изменяет свое месторасположение в потоке материала, что также увеличивает интенсивность перемешивания смеси.
Во время перемешивания компоненты смеси со стенками барабана 1 перемещаются вверх, а достигнув определенного положения, материал под собственным весом падает, при этом он ударяется о верхние лопасти 5 крыльчатки 4 и изменяет направление движения, а крыльчатка4 поворачивается на валу 3, перемещая погруженными в смесь лопастями 5 часть материала, при этом смещение оси крыльчатки относительно оси барабана на величину 0,03 - 0,1 диаметра барабана позволяет при повороте барабана изменять степень погружения лопастей в смесь.
Рисунок 2.1. Гравитационный смеситель
Таким образом, использование энергии падающего материала обеспечивает вращение крыльчатки, в результате чего повышается интенсивность перемешивания материала.
Передвижной смеситель (АС 1611211 А3)
Передвижной смеситель содержит наклоненный смесительный барабан 1, днище 2 и расположенное напротив днища отверстие 3.
Смесительный барабан содержит нижний конический участок, следующий за ним цилиндрический участок и коническую горловину. На внутренней стороне барабана закреплены две спирали 4 и 5, смещенные одна относительно другой на 180, с одинаковым углом наклона к оси барабана 1.
Рисунок 2.2. Общий вид смесительного барабана
Рисунок 2.3. Смесительный барабан с устройством для подачи воды затворения строительного раствора
С помощью гидравлического приводного двигателя от встроенного генератора давления смесительный барабан может вращаться в двух направлениях.
Концентрично спиралям 4 и 5 в смесительном барабане смонтированы внутренние спирали 6 и 7, имеющие противоположное спиралям 4 и 5 направление навивки и смещенные одна относительно другой на 180. Одни их концы прикреплены к днищу барабана. Длина спиралей 4 и 5 превышает длину спиралей 6 и 7. Смеситель может быть выполнен с наружными и внутренними спиралями 4, 5, 6 и 7, имеющими одинаковый угол наклона к оси барабана.
Наружные спирали 4 и 5 могут иметь ширину, превышающую ширину внутренних спиралей 6 и 7. Спирали 6 и 7оединены со спиралями 4 и 5 стержнеобразными элементами. Смеситель может быть выполнен с соединенными между собой насосами 12 и расположенными на поверхности спиралей 6 и 7, обращенных к рабочей поверхности барабана 1, трубопроводами 10 и 11 с соплами 9. Трубопроводы 10 и 11 через поворотный ввод могут быть соединены посредством подводящего патрубка с насосом 12. Спирали 4 и 5 могут быть выполнены с соплами 9, расположенными на их торцевой поверхности. Смеситель может быть выполнен с подачей воды от насоса 12 через отверстие 3, барабана 1. Подводящий патрубок в этом случае крепится к вводу при помощи муфты 8 из эластичного материала, закрепленной посредством хомутов. Смеситель может быть снабжен дополнительными насосами 12 по количеству каналов ввода.
Передвижной смеситель работает следующим образом.
Через загрузочное отверстие подаются компоненты смеси в барабан 1. При вращении смесительного барабана 1 спиралями 4, 5, 6 и 7 смесь перемешивается. При этом спиралями 4 и 5 смесь направляется в сторону днища, а спиралями 6 и 7 к выгрузочному отверстию. После окончания процесса перемешивания барабану 1 сообщается вращение в другую сторону и смесь выгружается через отверстие 3 потребителю.
Рисунок 2.4. Смесительный барабан с размещенными внутри наружными спиралями
Автобетоносмеситель (АС 1600966 А1)
Смеситель состоит из смесительного барабана 1, полости которого установлена одно- или многозаходная спиралеобразная лопасть, состоящая из двух секций 2 и 3. Одна секция 2 спиралеобразной лопасти закреплена на внутренней стенке смесительного барабана 1, а другая, расположенная со стороны днища 4 барабана 1, секция 3 спиралеобразной лопасти жестко закреплена на валу 5 и установлена с зазором относительно стенок барабана 1. Вал 5 непосредственно соединен с приводом 7 реверсивного вращения. Между валом 5 и барабаном 1 смонтирована муфта включения 6.
Стенки барабана 1 могут быть оснащены расположенными между секциями 2 и 3 спиралеобразной лопасти дополнительными радиальными лопастями.
Автобетоносмеситель работает следующим образом.
Во время загрузки смеси муфта 6 устанавливается в положение, при котором вал 5 жестко соединяется с барабаном 1, в результате чего при вращении вала 5 обеспечивается вращение барабана 1. После того, как смесь будет нагружена. муфта 6 разъединяет вал 5 от барабана 1. Побуждение смеси осуществляется за счет секции 3 лопасти.
Рисунок 2.5. Автобетоносмеситель
Перемещаемая ими смесь воздействует на жестко соединенные с барабаном 1 лопасти секции 2, в результате чего происходит передача крутящего момента от вала 5 на смесительный барабан 1, за счет чего происходит вращение последнего. Этому способствуют также и радиально закрепленные лопасти. По мере затворения сыпучей смеси изменяются ее реологические характеристики, что приводит к взаимному проскальзыванию вала 5 относительно барабана 1, причем чем сильнее пластифицируется смесь. тем больше проскальзывание барабана относительно вала. Таким образом, определив величину проскальзывания как разность между скоростью вращения вала8 и скоростью вращения смесительного барабана 1, которая может быть определена с помощью тахометра или с помощью любого другого измерительного устройства, можно узнать степень готовности смеси в барабане 1.
Интенсивное перемешивание смеси достигается за счет того, что спиралеобразные лопасти секции 3 принудительно перемещают материал от днища 4 к лопастям секции 2, а затем попадая в зону действия лопастей 2, материал перемешивается гравитационным способом с одновременной подачей его к днищу 4 барабана 1, после чего цикл повторяется.
Для выгрузки смеси муфта 6 соединяет барабан 1 с валом 5. Лопасти секции 3, вращаясь вместе с барабаном 1, перемещают смесь к лопастям секции 2, которые прихватывают ее и подают к месту выгрузки.
Проведенные исследования показали, что используемые лопасти в представленных выше смесителях могут служить воздухововлекающими элементами.
3. Предварительный подбор параметров воздухововлекающих элементов
Цепи изготовляют на специальных заводах, а их конструкция, размеры, материалы и другие показатели регламентированы стандартами. По своему назначению цепи разделяют на следующие типы:
грузовые цепи, (рис. 3.1, I) служащие для подвески, подъема и опускания грузов. Применяются главным образом в грузоподъемных машинах;
тяговые цепи (рис. 3.2, II), служащие для перемещения грузов в транспортирующих машинах;
приводные цепи, служащие для передачи механической энергии от одного вала к другому.
Рисунок 3.1. Виды цепей
Так как цепь будет подвергаться нагрузке в агрессивной среде, было предложено выбрать для использования в качестве воздухововлекающих элементов грузовую цепь.
Рисунок 3.2. Предлагаемая форма воздухововлекающих элементов
Расчет процесса пенообразования на базе экспериментальной установки.
Расчет выполнен для пенобетонной смеси плотностью 400кг/м3 при следующих параметрах смесителя:
Рисунок 3.3 Схема экспериментальной установки.
Время цикла:
tцикл=tзагр+tперем+tвыгр, (3.1)
где tзагр - время загрузки материала в смеситель, tзагр = 10с ;
tперем - время перемешивания пенобетонной смеси в смесителе, tперем=335с;
tвыгр - время выгрузки материала из смесителя, tвыгр = 15с.
tцикл = 10 + 335 + 15 = 360с
1. Количество воздухововлекающих элементов, осуществляющих воздухововлечение за один оборот смесителя:
Zр = Zобщ - Z (3.2)
где Z - число воздухововлекающих элементов, не контактирующих с рабочим раствором, Z = 84;
Zобщ - общее количество воздухововлекающих элементов в смесителе
Zобщ = Zв* Кв, (3.3)
где Zв - количество воздухововлекающих элементов в одной цепи,
Zв = 27;
Кв - количество цепей, Кв=8.
Zобщ = 27 * 8 = 216
Zр = 216 - 84 = 132
2. Количество элементов, осуществляющих воздухововлечение за время перемешивания:
Zц = Zр * nц (3.4)
где nц - количество оборотов смесителя за цикл, nц = 180.
Zц = 132 * 180 = 23760
3. Объем поризованной смеси
V = Vж * K (3.5)
где Vж - объем жидкости, л;
К - кратность пенообразователя Пеностром Кмах= 6.
4. Потребное количество рабочего раствора - воды и пенообразователя:
Vж = Vсм / К (3.6)
где Vсм - вместимость смесителя при угле наклона 30, Vсм = 4,5 л;
Vж = 4,5 / 6 = 0,75л
Потребное количество пенообразователя из расчета 1,5л на 1м3 пенобетонной смеси при водотвердом отношении 0,7.
На 1м3 пенобетона требуется 450 кг цемента, тогда необходимое количество воды:
Ж = В * КВ/Т = 450 * 0,7 = 315 л (3.7)
Тогда на 0,75 л воды потребуется пенообразователя:
Vпо = (0,75 * 1,5) / 315 = 0,0036 л = 3,6 мл
5. Определим количество вовлеченного воздуха
Vвозд =Vп.с. - Vж (3.8)
где Vп.с. - объем пенобетонной смеси, Vп.с.= 4,5 л.
Vвозд = 4,5 - 0,75 = 3,75л
6. Определим количество воздуха, вовлеченного одним воздухововлекающим элементом:
Vэл = Vвозд /(Zр * nц) (3.9)
Vэл = 3,75 / 23760 = 0,00016 = 0,16 *103 м3.
4. Предварительный расчет и обоснование конструктивной схемы гравитационного смесителя
В процессе изучения влияния концентрации и вида поверхостно-активных веществ (ПАВ) на кратность пены установили некоторые, характерные для всех видов ПАВ, закономерности. Зависимости кратности пены от скорости и времени перемешивания представлены на рисунках 3.6 и 3.7. Установлено, что время приготовления пены в пределах 1,5 - 2,0 мин является наиболее оптимальным, а дальнейшее увеличение эффективных результатов не дает из- за незначительного роста кратности пены. При скорости вращения рабочего органа смесителя в пределах 500-900 об/мин наблюдается наиболее интенсивный рост выхода пены, затем происходит снижение и после 1000-1500 об/мин рост пены остается практически постоянным. Из этого можно сделать вывод, что при механическом получении пены в гравитационном смесителе оптимальным режимом получения низкократной пены (кратность менее 6) является скорость вращения рабочего органа 500-1000 об/мин.