Главной проблемой является частичное или полное разрушение пены в процессе ее минерализации. Таким образом показатель устойчивости пены к минерализации ее сухими компонентами, т.е. возможная степень разрушения пены в процессе перемешивания с вяжущим и заполнителем, позволит определить эффективность пенообразователя для производства пенобетонов по одностадийной технологии, их оптимальную концентрацию, дисперсный состав и кратность при получении пенобетонной массы заданной плотности и физико-механических свойств.
Показатель устойчивости к минерализации является одним из определяющих при подборе пенообразователя, так как разрушение пены в процессе минерализации приводит к деградации пенобетонной массы.
Способность образовать устойчивую пену при минимальной концентрацииявляется немаловажным фактором, определяющим кинетику структурообразования, от которой также зависит стабилизация всей пеносистемы.
Процесс минерализации пены сухими дисперсными компонентами сопровождается частичным разрушением пены. Это разрушение, как отмечалось ранее, связано с адсорбцией воды частицами твердой фазы из пены. В связи с этим возник вопрос исследования влияния природы минерализатора на устойчивость пены при минерализации, в частности, гидрофильности и гидрофобности.
Рисунок 4.1. Зависимость кратности пены от скорости перемешивания и вида ПАВ. 1 - «Прогресс»; 2 - «Окись амина», 3 - Сульфанол
Рисунок 4.2. Зависимость кратности пены от вида ПАВ и длительности перемешивания. 1 - «Прогресс»; 2 - «Окись амина»; 3 - Сульфанол
Гидрофильность неорганических минеральных вяжущих общеизвестна. В процессе адсорбции воды вяжущее настолько быстро «поглощают» воду, какбы «всасывая» ее. Процесс гидротации дисперсных частиц наступает практически с первых минут.
При производсте пенобетона чаще всего используют кремнеземистый немолотой заполнитель, характеризующийся гидрофильностью значительно меньшей, чем вяжущее.
Проанализировав процесс формирования пенобетонной массы позволяет оценивать влияние природы минерализатора на несущую способность пенобетонной массы.
В процессе приготовления пенобетонной массы, в случае использования однокомпонентного дисперсного минерализатора - цемента или гипса, наблюдается резкое увеличение вязкости смеси в совокупности с резким уменьшением ее подвижности
Можно сделать вывод, что в силу своей гидрофильности такие материалы обеспечивабт повышенную стабилизирующую эффективность, так как значительное количество воды оттягивают из системы, что делает пену более вязкой.
Но применение однокомпонентных минерализаторов из минеральных вяжущих для производства пенобетона плотностью 700-1200 кг/м3 не является перспективным.
Процесс минерализации пены показал отрицательное воздействие чистого вяжущего на формирование структуры пенобетонной массы. Из чего можно сделать вывод, что производство пенобетона на чистом вяжущем требует повышения концентрации ПАВ и водовяжущего отношения, а это отрицательно повлияет на механические свойства готового бетона
Перемешивание компонентов пенобетонной смеси в специальных смесителях - очень сложный и малоизученный процесс.
В результате механического перемешивания происходит изменение физико-механических свойств раствора, кристаллической решетки затвердевшего камня и поверхностных слоев цемента вследствие их деформирования. Основные факторы, влияющие на измельчение цемента, имеющего довольно сложную структуру, упругие и пластические характеристики материала, взаимодействие среды, в которой происходит измельчение материала, соприкасание частиц между собой в потоке и сама конструкция смесителя. Этим многообразием факторов обусловлена сложность задач теории. Известные положения Кика, Раттингера, Бонда и других ученых основаны на одностороннем учете одного из этих положений, поэтому оказались весьма ограниченными для практического применения и окончательного решения задачи в полном виде.
Теория измельчения обязательно должна быть связана с теорией прочности материала, подвергаемого измельчению, и с физико-химическими процессами образования цементного камня [15].
Изучение процесса измельчения делят на три самостоятельные группы: первая группа - исследования процесса разрушения под действием внешних ударных, сдавливающих и других воздействий; вторая - изучение гранулометрического состава и удельной поверхности измельчаемого материала для установления закономерностей распределения частиц по размерам, в зависимости от условий измельчения; третья группа- исследования, устанавливающие взаимосвязь между характеристикой дисперсности порошка цемента и затратами энергии на их измельчение. Анализ теоретических и экспериментальных исследований дается в монографиях Сиденко, Гийо. Отмечается , что в перемешивающих агрегатах частицы материала размельчаются от совместного и раздельного воздействия процессов раздавливания, раскалывания, резания, высокоскоростного удара и т.д.
Установлено, что частицы материала разрушаются последовательно, т.е. сначала "отлетают" частицы в виде осколков, предварительно и многократно испытавшие напряжения, близкие к предельным. Такие воздействия, несомненно, вызывают в частицах цемента развитие и образование новых дефектов. Пластические деформации имеют существенное значение в процессе тонкого измельчения.
В процессе измельчения в смесителе происходит также "ударное" измельчение, при котором материал разрушается за счет соударения встречных частиц (попадающих на преграды: козырек, корпус смесителя), поэтому вопросам, связанным со скоростью разгона частиц различных размеров, и степени их разрушения при соударении между собой, придается большое значение. Считается, что разрушающая скорость для случая удара шара о жесткую стенку определяется величиной упругих постоянных и прочностью упругих тел, но не их размерами. Этот вывод, основанный на теории Герца, справедлив для абсолютно хрупких тел, у которых упругие деформации остаются пропорциональными при центральном ударе. Двух шаров и сближении их центров. Разрушение и пластическое деформирование хрупких тел сосредоточено в близко лежащих к поверхности слоях, по которым происходит разрушение, а глубина предельных пластических деформаций мала [2].
Глубина пластических деформаций зависит от свойств материала, его температуры, от характера нагрузки. Анализируя материалы исследований по домолу кварца, можно сделать вывод о том, что чем меньше размер частиц, тем большую скорость в потоке они приобретают за один и тот же промежуток времени. Поэтому мелкие частицы будут догонять, и, в случае столкновений, подталкивать более крупные.
Исследования академика П.А.Ребиндера и других показали, что на механизм измельчения твердого тела значительное влияние оказывает среда, в которой находится материал, а также эффект понижения прочности твердых тел под влиянием физической сорбции на их поверхности активных веществ.
Эффект Ребиндера, а также другие поверхностные явления оказывают значительное влияние на процессы измельчения. Адсорбция ПАВ может понизить предел упругости, прочность и твердость и тем облегчить разрушение тел. При деформации тела в его поверхностном слое развиваются клиновидные микротрещины, способные смыкаться после снятия нагрузки. Адсорбционные слои, мигрируя на поверхности, достигают трещин и препятствуют их смыканию. Пленку жидкости между твердыми поверхностями оказывают на них расклинивающее действие.
Решающее значение адсорбционного эффекта понижения прочности, увеличения хрупкости и уменьшения работы разрушения имеют дефекты их структуры. По дефектам структуры осуществляется поступление жидкости. Адсорбционные эффекты проявляются тем сильнее, чем выше эффективность структуры.
На величину адсорбционного эффекта существенно влияют особенности физико-химического и механическое взаимодействия между средой и поверхностью тела. Наиболее благоприятными являются относительно медленные деформации по сравнению с миграцией жидкости по поверхности при периодическом силовом взаимодействии. Имеют значение периоды приложения "силы" и "отдыха". В период "отдыха" щели смыкаются, а потом вновь размыкаются, но уже на большую величину. Зоны "отдыха" должны быть незначительными, чтобы в этот период щели полностью не закрылись, а жидкость полностью не выдавилась.
Наиболее эффективной жидкостью является вода, Вода поступает в щели, образованные в период удара, и расклинивает их.
Проведем теплотехнический расчет стеновых комбинированных блоков для стен зданий до 3-х этажей. Блоки состоят из трех вертикальных слоев:
первый - защитно-декоративный вертикальный наружный офактуренный слой выполнен толщиной 50 мм, из тяжелого бетона (Т) прочностью по кл. В 12,5 (М-150).
второй - внутренний вертикальный теплоизоляционный слой выполнен из конструкционно-теплоизоляционного пенобетона или конструкционного пенобетона (П) с объёмным весом от D-800 кг/м3кл. В 3,5 (М-50) до D-1200 кг/м3 кл. В12,5 (М-150). Толщина второго слоя принимается по расчёту.
третий - вертикальный наружный штукатурно-защитный слой толщиной 20мм выполнен из цементно-песчаного раствора (Р) прочностью по кл. В7,5 (М-100).
Для стеновых комбинированных блоков с модулем 4 типов с плотностью D-800 кг/м3 кл. В3,5 (М-50)
Требуемое сопротивление теплопередаче блока определяется по формуле [11]
(4.1)
где n = 1, tв=200С, tн=-210С.
Тепловая инерция трехслойного блока определяется по формулам
(4.2)
(4.3)
где R - термическое сопротивление каждого из трехслойных блоков, л - коэффициент теплопроводности, д - толщина каждого слоя в трехслойном блоке,
Отсюда, тепловая инерция трехслойного блока равна
Требуемое сопротивление теплопередаче блока равно
Общая расчетная толщина трехслойного блока равна
Таким образом, толщина внутреннего слоя из пенобетона равна 330 мм и соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.
Для стеновых комбинированных блоков толщиной 500 мм., с модулем 5 типов плотностью D - 1000кг/м3 кл. В7,5 (М-100). Толщина первого и третьего наружных слоев блока остается такой же, как и у комбинированного блока толщиной 400 мм с модулем 4. Изменяется только толщина внутреннего пенобетонного слоя. Она равна 430 мм.
Определяем коэффициент (К) соотношения толщины пенобетонного слоя у блоков с модулем 4 и 5:
Общая толщина трехслойного блока с модулем 5 равна
Таким образом, толщина трехслойных стеновых комбинированных блоков равная 500 мм с модулем 5 при толщине внутреннего слоя из пенобетона, равного 430 мм соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.
Для стеновых комбинированных блоков толщиной 600 мм, с модулем 6 типов плотностью D - 1200 кг/м3 кл. В12,5 (М - 150). Толщина первого и третьего наружных слоев блока остается такой же, как и у комбинированного блока толщиной 400 мм с модулем 4. Изменяется только толщина внутреннего пенобетонного слоя. Она равна 530 мм.
Определяем коэффициент (К) соотношения толщины пенобетонного слоя у блоков с модулем 4 и 6:
Общая толщина трехслойного блока с модулем 6 равна
Таким образом, толщина трехслойных стеновых комбинированных блоков равная 600 мм с модулем 6 при толщине внутреннего слоя из пенобетона, равного 530 мм соответствует повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.
Из приведенных расчетов видно, что
при D = 800 кг/м3 общая толщина блока равна 400 мм,
при D = 1000 кг/м3 общая толщина блока равна 500 мм,
при D = 1200 кг/м3 общая толщина блока равна 600 мм,
т.е. толщина трехслойного блока равна половине плотности внутреннего пенобетонного слоя, поэтому, методом интерполяции определяем толщину блоков для промежуточных значений плотности блоков, а именно:
при D - 600 кг/м3 общая толщина блока равна 300 мм,
при D - 700 кг/м3 общая толщина блока равна 350 мм,
при D - 900 кг/м3 общая толщина блока равна 450 мм,
при D - 1100 кг/м3 общая толщина блока равна 550 мм,
что будет соответствовать повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий.
Заключение
смесительный барабан строительный
Производство теплоизоляционных материалов в нашей зоне и по России в целом вызвано новыми требованиями СНиП. Ввиду малой энергоемкости такие поризованные материалы как пенобетоны получили наибольшее распространение.
В каждом конкретном случае производство пенобетонных изделий отличается технологическим процессом или использованием отличающегося оборудования для приготовления и перемешивания компонентов пенобетонной смеси.
Существующие технологические схемы производства пенобетона обычно включают оборудование для раздельного приготовления пенного раствора и оборудование для минерализации пенного раствора вяжущими веществами и их перемешивания.
Основной недостаток существующих схем в том, что сначала приготовляется пена, а потом в нее вводятся сухие компоненты, которые ее разрушают. Это способствует получению пенобетона высокой плотности (более 800 кг/м3) и низкой теплопроводности.
В результате научных исследований было предложено для получения качественной пенобетонной смеси процесс пенообразования водного раствора пенообразователя и процесс поризации бетонной смеси, усреднение ее компонентов, т.е. качественное перемешивание осуществлять в специальном гравитационном смесителе.
Модернизация смесителя заключается в том, что на корпусе размещают дополнительные воздуховолекающие элементы (тяговые цепи). Смеситель данной конструкции позволяет производить одновременное вспенивание и перемешивание материалов. За счет этого из технологической схемы исключаются пеногенератор и трубная разводка для подачи пены.