Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технологических и технических решений при производстве пенобетона 11
1.1. Существующие технологии в современном производстве пенобетона .11
1.2. Существующее оборудование для реализации технологических решений 21
1.3. Механическая активация цементных систем .29
1.3.1. Сухая механоктивация 30
1.3.2. Мокрая механоактивация 32
1.4. Способ и оборудование для мокрой механической активации .35
1.5. Цель и задачи исследования 39
1.6. Выводы .40
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование конструктивно- технологических параметров линии по производству пенобетонной смеси 42
2.1 Модельные допущения и основные положения теории 42
2.2. Вычисление радиальной компоненты вектора скорости вязкого материала в роторно-пульсационной установке .45
2.3. Вычисление тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной установки 52
2.4 Вычисление величины давления, оказываемого материалом на корпус РПУ .58
2.5 Расчет мощности роторно-пульсационной установки .59
2.6. Выводы .62
ГЛАВА 3. План, программа и методика проведения экспериментальных исследований 63
3.1. Основные положения экспериментальных исследований .63
3.2. Описание экспериментальной установки и средств контроля .65
3.3. Методика проведения экспериментальных исследований и измерений .70
3.4. Характеристика исследуемых компонентов пенобетонной смеси..76
3.5. Выводы 78
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований процесса получения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке 79
4.1. Уравнения регрессии, описывающие зависимость р, R, Л от варьируемых факторов х1 х2, х3, Х4 79
4.2. Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке 84
4.3. Определение рациональных параметров процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке 101
4.4. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных 107
4.4. Выводы 109
5. Промышленное внедрение 112
5.1 Описание способа получение пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего в промышленных условиях 112
5.2. Расчет экономической эффективности 117
5.3 Выводы 121
Основные результаты и выводы 122
Литература
- Способ и оборудование для мокрой механической активации
- Вычисление тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной установки
- Методика проведения экспериментальных исследований и измерений
- Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке
Введение к работе
Актуальность работы. В связи с действующими экономическими реалиями в РФ на современном этапе, в секторе строительства уже весьма продолжительное время ведется интенсивный поиск эффективных и вместе с тем недорогих теплоизоляционных и конструкционных решений при строительстве, как жилых, так и промышленных зданий, и сооружений, а так же в индивидуальном жилищном строительстве. Одним из решений, способным удовлетворить вышеуказанным требованиям, ученые и производственники считают развитие производства пенобетона.
При нормальных условиях эксплуатации срок службы пенобетона не ограничен, он со временем становится только прочнее. Пенобетон по теплоизоляционным свойствам примерно в 10 раз лучше, чем бетон, а его себестоимость по сравнению с автоклавным газобетоном ниже на 25% и значительно ниже себестоимости строительного кирпича. Приведенные преимущества объясняет повышенный интерес к пенобетону как теплоизолирующему материалу в современных сложных экономических условиях.
Практика изготовления пенобетона показывает на большие различия в физико – механических показателях готовых изделий. Это связано с влиянием многих факторов, зачастую производителями не учитывается такой фактор, заметно влияющий на активность цементов, как продолжительность его хранения на складе после изготовления. Любой цемент при хранении теряет 15-20 % своей активности через 3 месяца и 20-30 % через 6 месяцев. Процесс идет не только из-за присутствия влаги в воздухе, но и под воздействием атмосферной углекислоты. Для получения пенобетона необходимо, чтобы сроки схватывания цемента были минимальные. Как правило, начало схватывания – 2-3 часа. Но для пенобетона нужно, чтобы система быстрее набирала прочностные показатели, иначе пена начинает разрушаться, и в это время необходимо, чтобы цементная система приобрела определённую пластическую прочность. Поэтому при получении особенно лёгких пенобетонов приходится применять активацию цемента или применять совместную механическую и химическую активации. Ме-ханоактивация цемента позволяет снизить расход вяжущего при производстве пенобетона до 20%, что положительно сказывается на себестоимости готового пенобетона.
Вместе с тем, существующие технологические решения и оборудование, реализующее их, в России находятся в стадии постоянного усовершенствования.
Главным недостатком для производителей и потребителей технологического решения является большой набор единиц техники, входящих в
стандартный технологический комплекс, а значит повышенные энергопотребление, металлоемкость и, соответственно, стоимость готового продукта. Обычно стандартный комплекс для производства пенобетона включает питатели-дозаторы, емкости расходных материалов, пеногене-ратор, смеситель - активатор, накопительную емкость и перекачивающий насос. Решить указанные выше проблемы можно путем совмещения ряда технологических операций в одном аппарате, например: активации цементного раствора и гомогенизация пенобетонной смеси. Для осуществления предложенного варианта необходимо разработать такое технологическое решение, которое обеспечило производство пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсаци-онной установке, а так же провести исследование лабораторного образца и сделать выбор рациональных режимов его работы.
На основании всего перечисленного выше, можно сделать вывод об актуальности данной проблемы и определить цель настоящей работы.
Цель работы – разработка способа и оборудования для получения пе-нобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего, обеспечивающих снижение расхода вяжущего до 20% при производстве пенобетона.
Задачи исследований:
-
Провести анализ направлений развития технологических и технических решений при производстве пенобетона и выявить направления развития технологических решений при производстве пенобетона.
-
Разработать способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке, обеспечивающий снижение расхода вяжущего до
20%.
3. Провести теоретические исследования предложенного способа,
конструктивно-технологических параметров установки для производства пенобетонной смеси.
-
Исследовать технологический процесс и режимы работы ро-торно-пульсационной установки в составе производственной линии для производства пенобетона с использованием механоакти-вированного вяжущего и определить влияние времени предварительной механоактивации.
-
Получить методом планирования многофакторного эксперимента уравнения регрессии для прочности, плотности и теплопроводности пенобетонных блоков от входных конструктивно-технологических факторов, и провести экспериментальную проверку в лабораторных и промышленных условиях разработанных теоретических моделей.
-
Определить рациональные параметры процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего и методику расчета рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-пульсационной установки.
-
Разработать технологическую схему реализации способа производства пенобетонной смеси в роторно-пульсационной установке с использованием механоактивированного вяжущего и
апробировать её в условиях реального производства.
Научная новизна заключается в получении:
нового способа и оборудования для получения пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего, обеспечивающих снижение расхода вяжущего до 20%.
аналитических выражений для расчета радиальной компоненты вектора скорости движения вязкого материала в роторно-пульсационной установке;
аналитических выражений для расчета тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсаци-онной установки;
уравнений, позволяющих вычислить величины давления, оказываемого материалом на корпус роторно-пульсационной установки;
- аналитических выражений для расчета полной затрачиваемой
мощности роторно-пульсационной установки при производстве пенобе-
тонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего;
- уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные ре
жимы процесса производства пенобетонной смеси с использованием ме-
ханоактивированного вяжущего предложенным способом.
Практическая значимость работы заключатся в получении на основании экспериментальных исследований и теоретических разработок принципиально нового технологического решения – способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего, на данное технологическое решение подана заявка на изобретение №
Полученные теоретические модели, технологические решения, а также рекомендации по рациональным рабочим режимам роторно-пуль-сационной установки могут быть использованы при расчете и проектировании технологических процессов пролучения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-технических конференциях: «Энергосберегающие технологические комплексы и оборудо-
вание для производства строительных материалов»; (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2011, 2012, 2013 г.).
Реализация работы.
Экспериментальные и теоретические результаты данной работы апробированы и внедрены в ООО «Ударник» (г. Белгород) при производстве пенобетона, в учебном процессе при выполнении дипломных и курсовых проектов на кафедре «Механического оборудования» БГТУ им. В.Г. Шухова.
Результаты диссертационной работы рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Механического оборудования» в мае 2014 года.
Публикации.
По результатам работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в центральных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получен патент на полезную модель РФ.
Автор защищает.
-
Новый способ производства пенобетона с использованием меха-ноактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке обеспечивающий снижение расхода вяжущего до 20%, защищенный патентом РФ на изобретение.
-
Аналитические выражения для вычисления радиальной компоненты вектора скорости вязкого материала в роторно-пульсаци-онной установке.
-
Уравнения для вычисления тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной установки.
-
Зависимости для определения давления, оказываемого материалом на корпус роторно-пульсационной установки.
-
Выражения, определяющие потребляемую мощность роторно-пульсационной установки.
-
Зависимости для определения высоты подъема материала в расширительном бункере от конструктивных и технологических параметров.
-
Расчётную схему обоснования выбора системы координат и расположения основных конструктивных элементов роторно-пуль-сационной установки.
-
Регрессионные модели, позволяющие определить влияние основных варьируемых факторов при производстве пенобетонной смеси, обусловленных протеканием процесса на теплопроводность, прочность, и плотность изделий.
-
Теоретически обоснованное конструктивное решение роторно-пульсационной установки, позволяющее снизить расход вяжущего до 20%.
Структура и объем работы.
Способ и оборудование для мокрой механической активации
Пенобетон – не достижение современных супер технологий. Впервые пенобетон был запатентован в Германии в 1890 году, затем в Дании и Норвегии. А в 1923 году было налажено крупномасштабное промышленное производство пенобетона под маркой «YTONG» в Швеции. В нашей стране систематические исследования по технологии ячеистых бетонов начались с 1928 года, а уже в начале 30-х годов неавтоклавный пенобетон нашел применение в строительстве.
В настоящий момент производство и предложение пенобетона отстаёт от нарастающего спроса на него. Оценить точный объем производства пенобетона в России сложно, так как рынок насыщен множеством мелких производителей. Но по самым скромным подсчетам в общей сложности выпускают около 9 млн.м3 пенобетона в год. От традиционных строительных материалов пенобетон, как и другие ячеистые бетоны, отличается следующими свойствами: влагостойкость, экологическая чистота, высокое теплосопротивление, монолитность, экономичность, негорючесть, долговечность [63,91].
На сегодняшний день появилось много компаний, производящих оборудование для получения пенобетона, появилось много производителей пенобетона и изделий из него. Ученые, разрабатывая новые технологии, исходили из необходимости создания выгодного в производстве и обладающего при этом высокими эксплуатационными характеристиками пенобетона. Проанализировав известные технологические решения, можно выделить шесть способов получения пенобетона, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки [101]. Рисунок 1.1 Схема производства пенобетона классическим способом
1.Классический способ Сущность данного способа заключается в смешении пены с растворной смесью. Рекомендуется следующая последовательность приготовления смеси: сначала в растворосмеситель засыпается песок и цемент, затем все перемешивается до получения однородной смеси. Далее цементно-песчаная смесь затворяется водой в количестве, соответствующем выбранной рецептуре и продолжается их перемешивание до получения однородной пластичной массы. Часть воды и концентрат пенообразователя дозируют по объему, после чего их смешивают и получают рабочий раствор пенообразователя, который затем поступает в пеногенератор, для получения пены. Далее согласно требуемой объемной плотности пенобетона растворная смесь и пена из пеногенератора подается в пенобетоносмеситель, где они перемешиваются. Готовая пенобетонная смесь транспортируется насосом к месту укладки в формы или монолитную конструкцию. Получить необходимую прочность пенобетона на сжатие, можно контролируя задаваемую плотность.
Для данного способа характерна многоэтапность в производстве пенобетона, что влечет за собой снижение обеспечения качественных показателей свойств пенобетона, а так же использование большого количества вспомогательного оборудования. Большое количество операций необходимых для производства пенобетона по данному способу увеличивает время получения пенобетона, что снижает производительность. Использование вспомогательного оборудования по данному способу удорожает себестоимость продукции и стоимость самой установки.
2.Способ сухой минерализации Данный способ был разработан А.П. Меркиным. Методы «мокрой» минерализации пены и «сухой» минерализации пены различаются тем, что в первом случае приготовленную пену смешивают со специально приготовленным водо-цементно-песчаным раствором, во втором, с сухими компонентами (цемент и заполнитель). Приготовление пенобетона по технологии «сухой минерализации» пены производят путем смешения сухих компонентов с низкократной пеной, полученной при помощи пеногенератора, либо любым иным способом.
Большую роль в приготовлении пенобетона методом «сухой» минерализации играет интенсивность перемешивания. Именно эта характеристика позволяет разделить технологию «сухой» минерализации на два независимых метода получения пенобетона. Рисунок 1.2 Схема производства пенобетона способом сухой минерализации
При этом, по мнению А. П. Меркина, происходит «бронирование единичного воздушного пузырька частицами твердой фазы и отсасывание воды из пены». Так происходит образование высокоустойчивой пенобетонной массы с малым количеством свободной воды. Мелкие и гидрофильные частицы твердой фазы сорбируются на поверхности пенных пузырьков. Формирование гладкой глянцевой поверхности стенок пор предопределяет высокая насыщенность ПАВ поверхности раздела «воздушная пора – дисперсионная среда». Формируется плотный припоровый слой толщиной 12-30 мкм – зона подкрепления. В условиях эксплуатационных нагрузок на пенобетон объем единичной поры работает как арка и плотный припоровый слой пенобетона «сухой минерализации» может рассматриваться как армированный нижний пояс конструкции [89,100].
К недостаткам данной технологии можно отнести невозможность получения изделий стабильного качества.
Под научным руководством И.Б. Удачкина разработаны и запатентованы технология и оборудование для производства пенобетона на основе избыточного давления. Технология получила широкое распространение в строительной индустрии под названием «баротехнология пенобетона». Она представлена на рынке строительной индустрии Российской Федерации с 1996 г.
Процесс перемешивания пены с цементом и песком осуществляется в герметичном пенобаробетоносмесителе, где при помощи компрессора создается внутреннее давление. После перемешивания пенобетонная смесь подвергается воздействию давления, воздушные пузырьки при этом сжимаются пропорционально величине избыточного давления. В сжатом состоянии пузырьки упрочняются. В результате в смесителе находится пенобетонная смесь, в которой пена распределена равномерно.
Вычисление тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной установки
Целью проведения экспериментальных исследований является определение характера влияния предлагаемого способа и конструкции роторно-пульсационной установки, ее конструктивно-технологических параметров на получение пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего. Методика проведения экспериментальных исследований включает в себя необходимость решения таких вопросов как: - разработка принципиальной технологической схемы для получения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в установке роторно-пульсационного типа; - выбор и обоснование параметров, подвергающихся контролю и изменению при проведении экспериментальных исследований; - оценка критериев эффективности процесса производства пенобетона; - выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней варьирования исследуемых параметров процесса; - определение качественных показателей полученной пенобетонной смеси.
Порядок проведения экспериментальных исследований процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке представлен в виде блок-схемы на рисунке 3.1. Статистический анализ показателей эффективности РПУ для производства механоактивированного пенобетона Рисунок 3.1 Блок-схема процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в РПУ 3.2. Описание средств контроля и экспериментальной установки
Для получения достоверных данных при проведении экспериментальных исследований по изучению процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в РПУ требуется использование средств контроля и экспериментального оборудования, а именно:
1) экспериментальная роторно-пульсационная установка для исследования способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего, обеспечивающая изменение исследуемых параметров и режимов установки в заданных пределах.
2) контрольно-измерительная аппаратура должна соответствовать режимам исследования изучаемого процесса и обеспечивать необходимую точность измерения.
С целью исследования процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего, с учетом вышеуказанных требований, была изготовлена роторно-пульсационная установка и разработан способ производства пенобетона с использованием
.Фотография общего вида экспериментальной установки, состоящей из роторно-пульсационной установки с бункером для механоактивации цементного раствора и производства пенобетонной смеси, пеногенератора с компрессором, электродвигателя, аппаратуры управления им, представлена на рисунке 3.3. Рисунок 3.3 Общий вид экспериментальной установки
Установка работает следующим образом (рисунок 3.4). . В герметичный бункер 5 из емкости 1 поступает заданное количество воды. Вращение роторно-пульсационной установки 6 осуществляется электродвигателем 15, и вода циркулирует по замкнутому циклу. В циркулирующий поток воды через бункер 5 из емкостей 2 и 3 дозируется цемент и при необходимости песок соответственно.
Далее из емкости 4 подается раствор пенообразователя и сжатый воздух от компрессора 7в пеногенератор 8. Полученная в пеногенераторе 8 пена подается в камеру смешения 6 РПУ одновременно с циркулирующим рабочим раствором. При этом клапан 11 на входе в бункер 5 закрыт. Поризация пенобетонной смеси происходит при частоте вращения ротора около 1000 об/мин. Здесь же создается необходимое давление готовой смеси, что обеспечивает ее последующую транспортировку без использования вспомогательного устройства. Готовая смесь поступает в выходной патрубок 13 и далее через открытый клапан 14 по трубопроводу поступает к месту заливки 9. Избыточное давление из бункера 5 сбрасывается в атмосферу при помощи обратного клапана 10. Рисунок 3.5 Частотно-импульсный преобразователь Delta VDF185F23A/43A с пультом управления
Для придания вращения валу РПУ используется трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель мощностью 18,5 кВт. Частоты вращения вала установки регулируется с помощью частотно-импульсного преобразователя Delta VDF185F23A/43A, который позволяет варьировать частоту выходящего тока в пределах от 0 до 400 Гц с точностью 1%.
Подача пены в роторно-пульсационную установку осуществляется пеногенератором ПГН-1 (рисунок 3.6) с максимально создаваемым давлением 0,4 Мпа и производительностью до 120 дм3/мин. Расход и кратность вспенивания регулируются изменением давления сжатого воздуха на пеногенераторе и изменением расхода пенообразователя.
Методика проведения экспериментальных исследований и измерений
Для решения поставленной задачи исходными данными являются уравнения регрессии р =/ , R= /, Л = /, представленные как функции цели, зависящие от четырех (хь х2, х3, х4) переменных: числа оборотов вала ротора при механоактивации пв об/мин; времени механоактивации tак мин; водоцементного соотношения В/Ц и давления подаваемой пены Рп МПа.
Так как только все три функции дают полную картину о качестве полученного продукта и его стоимости их необходимо рассматривать совместно. Для поиска экстремумов были выполнены следующие условия: значения плотности и теплопроводности должны стремиться к минимуму, а величина прочности - к максимуму. p- min,i?- max, /l- min. (4.9)
Плотность достигает своего минимального значения при следующих значениях изменяемых параметров: частоте вращения вала ротора при механоактивации ив=3000 об/мин, времени механоактивации t=5 мин, водоцементном соотношении В/Ц=0,6, давлении подаваемой пены Рп=0,42 МПа и равна 301 кг/м3.
Максимального значения прочность пенобетона достигает при частоте вращения вала ротора при механоактивации ив=3000 об/мин, времени механоактивации /=17,1 мин, водоцементном соотношении В/Ц=0,65, давлении подаваемой пены Л=0,35 МПа и равна 0,71 МПа.
Минимальное значение теплопроводности, равное 0,05 Вт/(мС) наблюдается при частоте вращения вала ротора при механоактивации ив=4000 об/мин, времени механоактивации /=17,1 мин, водоцементном соотношении В/Ц=0,6, давлении подаваемой пены Рп=0,35 МПа. На рисунках 4.9 - 4.12 показаны комплексные графики функций плотности, прочности и теплопроводности р, R,l = / . Для решения многокритериальной задачи оптимизации функций п-переменных был использован «методом лица, принимающего решение».
На рисунок 4.9 показано изменение плотности р, прочности R, теплопроводности Л от частоты вращения вала ротора пв в процессе механоактивации при других неизменных параметрах.
Из графиков следует, что рост частоты вращения вала ротора пв с 1586 до 4414 об/мин при других фиксированных параметрах прочность R и плотность р растут. Прочность повышается с 0,64 до 0,67 МПа, что составляет 5 %, при этом плотность повышается с 308 до 322 кг/м3 , что составляет 5 %. Теплопроводность готового пенобетона снижается с 0,082 до 0,054 Вт/(мС) при увеличении частоты вращения вала ротора во время механоактивации.
Для частоты вращения вала ротора оптимальной областью является пв =3000 - 3500 об/мин. При этих значениях пв: р = 3\2 кг/м3, R =0,66 МПа и 1=0,06 Вт/(мС).
Время механоактивации оказывает значительное влияние на все исследуемые факторы, сильнее всего на теплопроводность. Теплопроводность при увеличении времени механоактивации с 2,9 до 10 мин падает и достигает своего минимума при t=10 мин, 1=0,062 Вт/(м0С), с дальнейшим увеличением времени механоактивации теплопроводность растет.
При увеличении времени механоактивации происходит рост прочности с 0,63 до 0,69 МПа, что составляет 9%. Плотность пенобетона с увеличением времени механоактивации так же растет с 302 до 315 кг/м3, что составляет 4%.
Область оптимальная для времени механоактивации находится при /=10 - 12 мин. При этих значениях tак: /7 = 312 кг/м3, R =0,65 МПа и 105 Л =0,062 Вт/(м0С). Рисунок 4.11. Графики зависимости рациональных значений функций отклика от водоцементного соотношения В/Ц при ив=3000 об/мин, /=10 мин, Рп=0,35 МПа
Анализируя графики р, ЯД = /(В/Ц), изображенные на рисунке 4.11, делаем следующие выводы. С увеличением В/Ц значения прочности R и плотности р пенобетонных изделий снижаются по практически линейному закону вдоль всей оси В/Ц при остальных неизменных параметрах. Своего минимального значения равного 310 кг/м3 плотность достигает при В/Ц=0,67. Максимального значения равного 315 кг/м3 плотность достигает при В/Ц=0,53. В результате увеличения В/Ц с 0,53 до 0,67 плотность снизилась на 2%.
Увеличение В/Ц от 0,53 до 0,67 дает снижение прочности пенобетонного блока с 0,668 до значения 0,657 МПа, что составляет 2%.
При росте водоцементного соотношения до 0,6 теплопроводность падает, достигая своего минимума равного 0,062 Вт/(м0С), дальнейший рост В/Ц ведет к увеличению теплопроводности. Область оптимальная для водоцементного соотношения находится при В/Ц=0,57 - 0,6, при этих значениях: /7 = 312 кг/м3, R =0,661 МПа и Л =0,062 Вт/(м0С).
На рисунке 4.12 показаны графики изменение функций плотности, прочности и теплопроводности от давления подаваемой пены. Увеличение давления подаваемой пены до области 0,38 - 0,4 МПа обеспечивает снижение величин теплопроводности 1=0,062 Вт/(м0С) и прочности Я=0,654 МПа, при дальнейшем росте давления подаваемой пены и других фиксированных параметрах, мы наблюдаем незначительный рост теплопроводности и прочности. Плотность пенобетона с увеличением давления подаваемой пены падает на всем протяжении оси Рп, максимальное значение плотности /7 = 316 кг/м3 достигается при Рп=0,35 МПа, а минимальное р = 307 кг/м3 при Рп=0,42 МПа, падение плотности составило 3%.
Оптимальной областью для Рп является Рп=0,32-0,35 МПа. При данных значениях Рп: /7 = 312 кг/м3, R =0,66 МПа и Л =0,062 Вт/(м0С). На рисунках 4.9 - 4.12 представлены графики, которые кроме полученных рациональных значений графики имеют практический интерес, они позволяют нам спрогнозировать характеристики готового продукта. Предпочтительным режимом работы является плотность /7 = 312 кг/м3, прочность R = 0,66 МПа, теплопроводность 1=0,062 Вт/(мС) при пв =3300 об/мин, /=10 мин, В/Ц=0,58, Рп=0,32 МПа. При этом достигается большая низкая теплопроводность при достаточной прочности и плотности.
Данные диапазоны работы роторно-пульсационной установки являются наиболее рациональными и удовлетворяют требованиям производственных и лабораторных условий. Представленный способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего обеспечивает получение пенобетона с гарантированными показателями при снижении расхода вяжущего до 20%.
При проведении экспериментальных исследований на опытно -промышленном образце были выполнены замеры мощности, потребляемой роторно-пульсационной установкой, с помощью энергомонитора 3.3Т. Показания энергопотребления фиксировались для каждой серии опытов согласно плану экспериментов, описанному в главе 3.
Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке
Проведенные технико-экономические расчеты показали техническую и экономическую целесообразность внедрения нового способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационой установке в ООО «Ударник».
1. Разработан способ получения пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего защищенный патентом РФ на изобретение № 2013151717, и технологическая документация обеспечивающая реализацию указанного способа в роторно-пульсационой установке с бункером для производства пенобетонной смеси. Проведена его апробация в условиях ООО «Ударник» (г. Белгород), показавшие, что качественные показатели получаемых пенобетонных блоков сохраняются при снижении расхода вяжущего. 2. Экономический эффект согласно стоимостному расчету достигает 9% от стоимости 1м3 готовых изделий. 3. Техническую и экономическую целесообразность внедрения нового способа производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего на ООО «Ударник» показали проведенные технико-экономические расчеты. Срок окупаемости составил 0,54 года. Экономический эффект за 3 года составил 2263883,2 руб.
1. Рассмотрены основные технологические и технические решения при производстве пенобетона, пути развития и совершенствования технологии и техники для производства пенобетонных смесей с использованием механоактивированного вяжущего. Установлено, что в связи с развитием индивидуального жилищного строительства для производства пенобетонных смесей перспективны мобильные установки. Предложено разработать способ и оборудование для производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего.
2. На уровне изобретения разработан и запатентован новый способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке.
3. Аналитическим путем получены: выражения, определяющие радиальную и тангенциальную составляющие скорости движения материала во внутренней области роторно-пульсационной установки; уравнение, определяющее потребляемую мощность роторно-пульсационной установки; зависимости, определяющие высоту подъема материала в расширительном бункере от конструктивных и технологических параметров.
4. В лабораторных и опытно-промышленных условиях осуществлена экспериментальная проверка разработанных теоретических и технологических моделей. Определены зависимости и величины влияния исследуемых параметров: оборотов вала ротора пв, времени механоактивации tак, водоцементного соотношения В/Ц и давления подаваемой пены Рп. на плотность р, прочность R и теплопроводность готовых Л пенобетонных блоков. Определена общая область расположения оптимумов с учетом выходных параметров, что подтверждается адекватностью квадратичных моделей.
5. На основе рассчитанных уравнений регрессии осуществлена оптимизация процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке при условиях, когда выполняется требование /?- min, R- max, Л-ипіп. Выявлено, что для любого сочетания входных величин от числа оборотов вала ротора пв, времени механоактивации tак, водоцементного соотношения В/Ц и давления подаваемой пены Рп. существует их оптимальное сочетание, когда прочность стремится к максимуму, а плотность и теплопроводность - к минимуму. Это возможно при следующих значениях величин: пв =3300 об/мин, /=10 мин, В/Ц=0,58, Рп=0,32 МПа. Проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных значений мощности затрачиваемой роторно-пульсационной установкой, который показал наибольшее расхождение 9,4 %, что свидетельствует об адекватности теоретических исследований
6. Осуществлен в промышленных условиях способ производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего в ООО «Ударник», показавший высокую эффективность использования данного способа производства в роторно-пульсационной установке при производстве пенобетонной смеси, обеспечивающей снижение расхода вяжущего до 20%. В аккредитованном сертификационном испытательном центре «БГТУ - сертис» подтверждено соответствие качественных показателей пенобетонных блоков с использованием механоактивированного вяжущего, получаемых в роторно-пульсационной установке согласно требованиям предъявляемым ГОСТ 24485 - 89.
7. Техническую и экономическую целесообразность внедрения нового способа производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего на ООО «Ударник» показали проведенные технико-экономические расчеты. Экономический эффект за 3 года составил 2263883,2 руб. Срок окупаемости составил 0,54 года.
Похожие диссертации на Способ и оборудование для производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего
