Способ приготовления бетонной смеси - RU2068826C1

Чертежи

Описание

Заявляемое изобретение относится к области строительных материалов, к способу приготовления бетонных смесей, содержащих цемент, заполнители, воду, и может быть использовано при изготовлении строительных конструкций из них.

Известен способ приготовления бетонной смеси путем смешения в турбулентном смесителе цемента, воды, крупного и мелкого заполнителей. С целью снижения расхода цемента и повышения прочности последовательно вводят при непрерывном перемешивании в течение 15 20 с воду, цемент и песок, затем - плотный заполнитель и осуществляют окончательное перемешивание в течение 45
100 с [1]
Известен также способ приготовления бетонной смеси, по которому на первой стадии в работающий скоростной смеситель с частотой вращения рабочего органа 600 об/мин и линейной скоростью не менее 14 м/с вводят воду, через 20 с подают 1/2 1/4 требуемого на замес песка с твердостью по шкале Мооса более 5, затем еще через 20 с весь цемент и перемешивают цементно-песчаный раствор в течение 40 80 с. За 20 с до окончания приготовления цементно-песчаного раствора в низкоскоростной смеситель с частотой вращения рабочего органа 33 77 об/мин подают оставшуюся часть песка и крупный заполнитель и перемешивают их в течение 20 25 с. После чего в низкоскоростной смеситель подают цементно-песчаный раствор и смешивают его со смесью заполнителей в течение 50 60 с.

Недостаток данного способа приготовления бетонной смеси заключается в том, что при последовательном введении и перемешивании в скоростном смесителе в частотой вращения рабочего органа 600 об/мин воды и 1/2 1/4 части требуемого на замес песка, затем еще через 20 с остатка цемента и дополнительном перемешивании цементно-песчаного раствора еще 40 80 с экспоненциально будет возрастать, с одной стороны, вязкость системы, что затрудняет работу смесителя-активатора и потребует для компенсации возникающего усилия дополнительного расхода электроэнергии. С другой стороны, процесс перемешивания в турбулентных режимах представляет собой колебательную систему. Если есть колебания, то на каких-то этапах возникают и резонансные явления. Амплитуда резонанса принудительных колебаний системы, как следует из классических трудов, зависит от вязкости среды, в которой происходят колебания. В работах Ландау доказано, что амплитуда вынужденных колебаний системы обратно пропорциональна размеру частиц и увеличивается с их уменьшением. То есть эти рассуждения позволяют утверждать, что эмпирический выбор скорости активации по прототипу 600 об/мин не является оптимальным и не позволяет в полной мере утверждать, что при такой скорости активации достигается максимальный эффект увеличение активности цемента и энергии. Таким образом, к одному из недостатков данного способа приготовления бетонной смеси следует также отнести и то, что при выборе скорости активации не учитываются резонансные явления, что значительно снижает эффективность активации. Поэтому целью изобретения является повышение эффективности активации и увеличение прочности бетона.

Поставленная цель достигается тем, что смешение в смесителе-активаторе осуществляют при частоте вращения рабочего органа, кратной частоте собственных колебаний цементного теста.

Осуществляют способ следующим образом: используют портландцемент М400, песок с удельной поверхностью 400 500 см²/г, щебень фракций 5 20 мм. Влажность песка 5 6% щебня 2 3%
На первой стадии в работающий смеситель-активатор вливают необходимое количество воды. Через 20 с подают 1/2 1/4 части требуемой на замес песка с твердостью по шкале Мооса более 5. Затем через 20 с вводят необходимое на замес количество цемента и перемешивают цементно-песочный раствор в течение 40 80 с. За 20 с до окончания приготовления цементно-песчаного раствора в смеситель принудительного действия с частотой вращения рабочего органа 33 77 об/мин подают оставшуюся часть песка и крупный заполнитель и перемешивают их в течение 20 25 с. После чего в смеситель принудительного действия подают активированный цементно-песчаный раствор и смешивают его со смесью заполнителей в течение 50 60 с.

В результате совпадения на первой стадии частот собственных колебаний рабочего органа смесителя и самого цементного теста возникает явление резонанса, сопровождающееся резким увеличением амплитуды собственных колебаний активируемой системы, происходит интенсификация процесса диспергирования, снижение вязкости, создаются в результате более благоприятные условия для протекания процессов гидратации.

При этом необходимо учитывать, что максимальный эффект будет достигаться при значениях частот вращения рабочего органа, максимально приближающихся к резонансной частоте активируемого цементного теста.

Из литературы (И. Г. Гранковский. Структурообразование в минеральных вяжущих системах. Киев, Наукова думка, 1984) известно, что в зависимости от В/Ц резонансная частота колебаний цементного теста колеблется в пределах 500
1100 Гц. Исследованиями, проведенными на модернизированной в ТашИИТе резонансной установке ИГ-1Р, установлено, что для активируемой системы прототипа указанная величина составляет 575 Гц. То есть для достижения максимального эффекта, согласно формуле изобретения и описанию, необходимая скорость ротора для достижения резонанса должна составлять 575 х 60 34500 об/мин. Однако такая скорость вращения рабочего органа на современных промышленных смесителях-активаторах не достигается. Диапазон скоростей вращения серийно выпускаемых машин составляет 750 1500 об/мин. Поэтому с технологической и технической точки зрения частоту вращения рабочего органа необходимо выбирать 34500/n, где n целое число, обеспечивающее диапазон скоростей вращения 750 1500 об/мин, при которой удается совместить частоту вращения рабочего органа с частотой собственных колебаний активируемой системы и добиться резонанса. Тогда при таких условиях резонанс будет "работать" на интенсификацию процесса и повышение качества смеси, со всеми вытекающими из этого последствиями.

Легко просчитать, что для обеспечения условия 750 ≅N≅1500, необходимой скоростью для достижения максимального эффекта активации (экономии цемента, повышения эффективности активации, увеличения прочности), рациональные скорости вращения рабочего органа смесителя-активатора составят:
при n 50 N 575 х 60/50 690 об/мин.

при n 40 575 х 60/40 862,5 об/мин.

при n 30 N 575 х 60/30 1150 об/мин.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ приготовления бетонной смеси отличается от известного тем, что предполагает не эмпирически, а обоснованно производить выбор частоты вращения рабочего органа смесителя-активатора, и осуществлять смещение при частоте собственных колебаний цементного теста, при которых обеспечиваются явления резонанса. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Известное техническое решение [2] показывает, что указанный способ приготовления бетонной смеси предполагает раздельное приготовление вяжущей части (цементного теста) в скоростном смесителе. Однако он не учитывает эффекта резонанса, который проявляется в заявляемом решении, что позволяет значительно увеличить эффект активации и повысить прочность бетона. Таким образом, данный способ приготовления смеси позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Для экспериментальной проверки заявляемого способа приготовления бетонной смеси использовали портландцемент М400, полученный совместным помолом клинкера Ахангаранского цемзавода с 3,5% гипса и удельной поверхностью 2950 см²/г; речной песок Куйлюкского карьера с S_уд. 490 см²/г, щебень гранитный фракций 5 20 мм. Влажность песка 5,8% щебня 2,45%
На первой стадии в работающий скоростной смеситель-активатор со скоростями вращения рабочего органа 600, 690, 862 и 1150 об/мин вливали необходимое количество воды. Через 20 с подавали: 1/2 требуемого на замес количества песка и перемешивали 20 с. Затем в работающий смеситель вводилось необходимое на замес количество цемента и всю цементно-водно-песчаную смесь перемешивали еще 60 с. За 20 с до окончания перемешивания активизированного цементного теста параллельно в смесителе принудительного перемешивания со скоростью вращения ротора 68 об/мин производится смешение оставшейся части песка и всего щебня и дополнительное перемешивание после загрузки в течение 20 с. По истечении указанного времени в смеситель принудительного действия подают активизированное цементное тесто и проводят домешивание со смесью заполнителей 60 с. При проведении экспериментов предлагаемый способ был опробован на бетонных смесях следующего состава, кг/м³: вода 161, цемент 292, песок в активаторе 370, песок в принудительном смесителе 370, щебень - 1227.

Результаты испытаний бетонных смесей и бетонов, приготовленных при необходимых скоростях вращения рабочего органа смесителя-активатора, приведены в таблице.

Анализ таблицы показывает, что по предлагаемому способу приготовления бетонной смеси во всех примерах имеет место увеличение прочности бетонов против прототипа. Приготовление бетонной смеси при скорости активации, отличающейся от резонансной, дают незначительный прирост прочности (пример 2 и 4).

Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с известными аналогами и прототипом очевидны, т. к. выбор оптимального для данной активируемой системы скоростного режима, совпадающего с частотой собственных колебаний цементного теста, способствует формированию в ней резонансных явлений. Это обстоятельство обусловливает повышение эффективности перемешивания, способствует созданию благоприятных условий для течения процессов гидратации и структурообразования, позволяет повысить потенциальную активность цемента и в конечном итоге прочность бетона.

Экономический эффект может быть подсчитан следующим образом: при расходе цемента в контрактном примере (прототип) 292 сг/м³ достигается увеличение прочности бетона в предлагаемых примерах на 15 20% что позволяет снизить расход его на 10 20% то есть на каждый м³ бетона фактическая экономия может составлять 25 30 кг. При объеме производства бетона в 10 тыс. м³ в год экономия составит 250 300 т.

Предложенное техническое решение целесообразно использовать на заводах ЖБИ и КПД. ТТТ1

Реферат

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано при приготовлении бетонных смесей. Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности активации вяжущего, экономии цемента и увеличение прочности бетона. Перемешивание цементного теста при частоте вращения рабочего органа смесителя-активатора, кратной частоте собственных колебаний цементного теста, позволяет повысить прочность бетона на 25 - 30%. В результате создаются предпосылки для решения вопросов экономии цемента. 1 табл.

Формула