Смешение компонентов сыпучих строительных смесей (масс)

При производстве таких строительных материалов, как силикатный и строительный кирпич, камни, блоки, плиты, плитки, сухие строительные смеси и т. п. важное место отводится технологическому процессу подготовки сырьевых формовочных смесей (масс.) влажностью не более 10 %. От качества подготовки смесей зависит и качество готовых изделий.

Закономерности смешения

Механизм действия смешения компонентов сыпучих смесей (масс) является очень сложным и зависит от большого количества факторов, в том числе от параметров смесителя и режимов его работы.

Смешение сыпучих строительных материалов складывается из следующих механических операций: перемещение групп частиц материала из одного места в другое, так называемое конвективное смешение (I); перераспределение частиц при их перемещении, так называемое диффузионное смешение (II); сосредоточение частиц в отдельных местах, так называемая сегрегация частиц (рис. 8.1.).

В результате смешения происходит взаимное перемещение частиц различных компонентов смеси, находящихся до перемешивания либо отдельно, либо в неоднородном состоянии.

Идеально в результате смешения должна получиться такая смесь компонентов, что в любой её точке (пробе) к каждой частичке одного из компонентов примыкают частички другого компонента в количестве, определяемом соотношением 1:1. Например, если смесь состоит из трёх компонентов, массы которых соотносятся как числа А:В:С, то в любом достаточно малом объёме (пробе), взятом случайно в произвольном месте (точке), после смешения массы этих компонентов тоже должны отно­ситься как числа а:Ь:с.

Рис. 8.1. Зависимость коэффициента неоднородности от времени смешения

 

Однако такое идеальное смешение, т. е. равномерное расположение частиц в смеси в реальных условиях не наблюдается.

Чтобы оценить качество смешения одной случайной величиной, смесь условно считают двухкомпонентной. Для чего из смеси выделяют какой-либо один компонент, называемый условно основным (ключевым). Остальные компоненты, входящие в смесь, объединяют во второй (общий) компонент. По степени распределения ключевого (основного) компонента в смеси, т. е. во втором условном компоненте, судят о качестве смешения. Выбор компонентов при этом является субъективным.

Разработано довольно много формул (эмпирических зависимостей) для расчета критерия качества смешения. Например, при непрерывном увеличении поверхности раздела между компонентами за счет внедрения (диффузии) процесс смешения описывается следующим уравнением

 

S = S_o(l-e^-kl),

 

где S - текущая величина поверхности раздела; S_o - максимально возможная поверхность раздела; е - основание натурального логарифма, е = 2,71; k - коэффициент пропорциональности; l - время смешения.

Иногда процесс смешения связывается с влиянием размера и плотности частиц отдельных компонентов смеси, т. е. с явлением сегрегации (расслоения). Степень смешения без учёта расслоения смеси описывается зависимостью

 

 

где А - постоянный коэффициент, учитывающий свойства смесей (материала), тип и режим работы смесителя; l - время смешения e = 2,71 - основание натурального логарифма.

Наибольшее распространение для оценки качества смешения компонентов сыпучей строительной смеси получил коэффициент неоднородности (вариации)

где σ - среднее квадратическое отклонение концентрации ключевого компонента в пробах; с - среднеарифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах; с_i - значение концентрации ключевого компонента в i-ой пробе; п - число анализируемых (отобранных для анализа) проб.

Чем меньше значение ϑ_с, тем выше качество смешения компонентов смеси и её однородность.

Под кинетикой смешения понимается закономерность протекания процесса во времени.

Закономерность изменения концентрации вещества в потоке при смешении описывается уравнением.

где Q - расход компонентов; С_н, С - концентрация индикатора соответственно на входе и на выходе смесителя; д τ - время смешения; V_c - объём рабочего органа смесителя.

Левая часть уравнения (5.4) выражает количество индикатора, поступающего в смеситель. В правой части уравнения первое слагаемое представляет собой количество индикатора, выведенного из смесителя, второе - количество индикатора, находящегося в смесителе с учётом изменившейся концентрации его за время д τ.

Среднее время пребывания частиц в смесителе τ_ср означает, что объём вещества, поступающего в смеситель за время τ_ср, численно равен его вместимости и является случайной величиной.

Среднее время пребывания частиц в условных ячейках (зонах) смесителя, определяющее качество смешения, зависит от конструкции и режима работы смесителя и физико-механических и технологических свойств перемешиваемых компонентов смеси и определяется экспериментально. В большинстве промышленных смесителей можно получать смеси с качеством смешения не ниже 20 %.