Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса
1.1. Тенденции раэвшпя и рои шодсіва сухих строительных смесей
1.2. Классификация и свойства сухих строительных смесей
1.3.1. Основные технологические процессы при производстве сухих строительных смесей
1.3.2. Заводы и оборудование для выпуска сухих строительных смесей
1.4. Реологические Свойстве строительных расі воров на основе сухих смесей в ЮВИ симости назначения
1.5. Выводы
2. Принципы повышения эффективности производства сухих строительных смесей различного функционального назначения
Специфика твердения строительных растворов на основе сухих смесей
Теоретические походы к созданию оптимальных структур - проектирование эффективности за счет совершенствования нормативной докумен тации сухих строительных смесей
3. Повышение эффективности сухих строительных ( ml ( ей за счет рационального использования природных ресурсов и техногенного сырья в качестве заполнителей и наполнителей
3.1. Повышение эффективности за счет рационального использования вяжу щих
3.2. Природные сырьевые материалы
3.3. Техногенные продукты
3.4. Роль заполнителей и наполнителей в формировании технологических и эксплуатационных свойств строи ієн.ных растворов на основе сухих смесей
3 4.1. Заполнители в сухих смесях и в растворах
3.4.2. Наполнители в сухих смесях и в растворах
3.5. Теоретические
Выводы
4. Теплоизоляционные растворы на основе сухих смесей
4.1. Композиционные вяжущие с использованием отходов перлитового производства
4.1.1. Влияние минеральных ДОбавоК на свойства вяжущих композиции, приго I овленных в шаровой мельнице з
4.1.2. Влияние минеральных добавок на свойства вяжущих композиций, приготовленных в вибрационное мельнице
4.1.3. Микроструктура вяжущих композиций. ПОЛученНЫХ В шаровой и вибрационной мельницах
4.1.4. Анализ результатов исследования вязнущих композиций, полученных в шаровой и вибрационной мельницах и обоснование принятою помольною агрегата
4.1.5. Оптимизация ком позиционных вяжущих модифицирующими лобавка-ми
4.1.6. Влияние первичною контакта при введении функциональных добавок в композиционное вяжущее
4.2. Разработка составов теплоизоляционных смесей и их поведение на различных основаниях
4.2.1. Разработка составов сухих ісіі.юи юляцнонных смесей с использованием вспученного перлитового песка
4.2.2. Микроструктура теплоизоляционных растворов, приготовленных на цементе и композиционном вяжущем
4.2.3. Исследование микроструктуры контактной юны: основание
Выводы 5. Сухие теплоизоляционные смеси для кладочных работ
5.1. Кладочные растворы для легких бетонов и требования к ним
5.1. Кладочные растворы для легких бетонов
5.1.2. Требования, предъявляемые к кладочным растворам для ячеистых бетонов
5.2. Разработка составов сухих іеплонзоляционньїх смесей для кладочных раство
5.3. Изучение влияния гранулометрического состава на теплопроводность мал
5.4. Оптимизация сухих смесей для кладочных рабої комплексными модифицирующими добаакамя
5.5. Микроструктуры теплоизоляционных кладочных растворов
5.6. Основные показатели качества кладочных теплоизоляционных растворов на различных основаниях
5.7.Выводы
6. Теплой юляционные растворы для чердачных перекры тий на основе сухих смесей
6.1. Требования, предъявляемые к теплоизоляционным смесям для утепления чердачных помещений и смеси и растворы для утепления чердачных помещении и крыш
6.3. Подбор СОСТавОВ сухих теплоизоляционных смесей
6.4 Подбор оптимального грануломеі рического состава
6.5. Изучение теплопроводности смесей для утепления чердачных помещение и
крыш
6.6, Исследование влияния различною содержания лобавок на физико-механические свойства сухой смеси утепления чердачных помещении и крыш метолом матема тического планирования эксперимента 4
7. Сухие напольные, клеевые, штукатурные смеси на шлаков
7.1 Сталеплавильные шлаки
7.2. Размо.тоспособноегь и гранулометрический состав наполни гелей шлаков
7.3. Оллсп.тавнльный шлак - зано.тниіель сухих смесей
7.4.1 Составов шлаковых растворов
7.5. Разработка методики определения реологических характеристик растворов и подбора водотвердого отношения
7.6. Сухие смеси лля устройства полов с использованием
7.7. Сухие клеевые смеси с использованием сталеплавильных шлаков
7.8. Сухие штукатурные смеси с использованием сталеплавильных шлаков 7.у. Физико-химические нронессы стру прообразован и я цементных композиций
7.9.1. Исследование продуктов
7.9.2. Электронные микроскопические исследования продуктов гидрата нин
7.10. Обоснование ісхпических іребований к наполнителям
7.11. Основные показателя качества напольных, клеевых и штукатурных растворов на различных основаниях
7.12. Вы воды N. сухие смеси для ремонтных и восстановительных работ
Требования к сухим ремонтным смесям
8.1. Повышение эффективности сухих ремонтных смесей
8 ; Сродство структур - принцип проектирования составов ремонтных смесей Х4
Классификация ремонтных смесей в зависимое
Выводы
9. Совершенствование
Литература
- Основные технологические процессы при производстве сухих строительных смесей
- Теоретические походы к созданию оптимальных структур - проектирование эффективности за счет совершенствования нормативной докумен тации сухих строительных смесей
- Роль заполнителей и наполнителей в формировании технологических и эксплуатационных свойств строи ієн.ных растворов на основе сухих смесей
- Разработка составов теплоизоляционных смесей и их поведение на различных основаниях
Основные технологические процессы при производстве сухих строительных смесей
В настоящее время в России осуществляется неуклонный рост объемов гражданского строительства, в значительной мере этому способствуют государственные целевые жилищные программы, как «Жилище», «Доступное и комфортное жилье – гражданам России». По итогам 2012 года Россия заняла второе место в Европе по числу построенных квартир, за этот год в стране было построено 5,8 квартир на 1000 жителей, что на 75% выше среднего показателя для 27 европейских стран. Лидером по числу построенных квартир в Европе заняла Франция с показателем 7,8 квартиры. По данным Росстата (2012 г.) в России было построено 838 тысяч квартир общей площадью 65, 7 млн. кв.м. Лидерами по строительству жилья стали Московская обл., Краснодарский край и Москва. По числу построенных квартир на 1000 человек - Московская обл., Краснодарский край и Белгородская область. При этом, став лидером в процессе строительства, Россия сильно отстает от Европы в результатах – обеспеченности жильем [1].
В связи с утверждением государственной программы «Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами граждан Российской Федерации» в 2013-2020 гг. предусматривается строительство жилья экономкласса и объектов инфраструктуры на вовлеченных в экономический оборот площадях, примыкающих к крупным городам. Для реализации этой масштабной долгосрочной строительной программы по жилищному строительству потребуется значительное количество разнообразных эффективных строительных материалов нового поколения, с гарантированным обеспечением современных требований по качеству, по номенклатуре, по энергоэффективности, экологическим и прочим требованиям, приближенным к стандартам Европейского Союза [2]. Особое место среди современных материалов занимают сухие строительные смеси (ССС) [13-26,27-61]. ССС имеют неоспоримые преимущества и высокую эффективность, как в техническом, так и в экономическом отношении (рисунок 1.1).
Сухие смеси – это зеркало современной стройиндустрии, от их мощности и эффективности зависят архитектурная выразительность и эстетика градостроительства, создание комфортных условий проживания, рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и многое другое
Крупным производителям ССС представляется, что качественная составляющая продуктов многих российских производителей уже достаточно высока, чтобы защищать себя от возможной интервенции со стороны европейских и азиатских производителей (Китай, Ближний Восток). Для остальных компаний – это лишний повод задуматься о новом, качественно новом уровне производства, о возможном выживании в еще более жестких условиях рынка. Для того чтобы выжить необходимо ликвидировать имеющиеся огромные проблемы в строительном комплексе, в том числе и в плане наличия строительных материалов, необходимы новые подходы для создания конкурентной продукции и организации выпуска их с требуемыми свойствами для удовлетворения потребностей строительного комплекса.
Анализ основных проблем строительного комплекса России показывает, что вступление нашей страны в ВТО будет способствовать развитию инновационных процессов в отрасли применения современных технологий и материалов (рисунок 1.2). По мнению крупных производителей ССС, этот шаг серьезно не отразится на развитии отрасли. Им представляется, что качественная составляющая продуктов многих российских производителей уже достаточно высока, чтобы защитить себя от возможной интервенции со стороны европейских и азиатских производителей [7]. По истечении года присутствия России в ВТО, даже при некотором ослаблении тарифной защиты, экономическая ситуациям в России остается достаточно стабильной [8].
Преимущества строительного комплекса РФ от вступления в ВТО Для строительного комплекса вступление в ВТО – скорее благо, чем угроза: строителям придется научиться конкурировать со своими иностранными коллегами, что будет способствовать развитию инновационных процессов в отрасли и стимулировать применение современных технологий и материалов [5]. В настоящее время в Западной Европе и США сертифицировано по стандартам ИСО 9001-2008 более 80% компаний, в Китае число таких предприятий достигло 40%. Именно эти компании могут вытеснять наших производителей с их места на рынке. Вот в связи с этим необходимо разрабатывать отечественные эффективные материалы на основе новых теоретических подходов к их разработке и отвечающих высоким требованиям по качеству продукции и соответствующих европейским образцам.
Плюсом вступления России в ВТО для строительной отрасли в первую очередь является рост конкуренции на рынке. Строителей этот шаг подтолкнет к повышению производительности труда. Заставит подтянуть дисциплину на своих предприятиях, сократить сроки строительства и использовать новейшие материалы и технологии, снизить использование ручного труда, уменьшить энергозатраты, повысить эффективность производственного процесса, и, конечно же, усилить управленческую команду. Минусы в том, что некоторые строительные организации могут не выдержать конкуренции с более сильными участниками рынка.
Но прежде необходимо решить глубочайшие проблемы российской стройки - это устаревшая база нормативной технической документации, дефицит квалифицированных кадров, административные барьеры, препятствующие развитию строительства – старые технологии строительства.
Российский строительный комплекс должен обеспечиваться российскими же строительными материалами. В целом, вступление в ВТО – позитивный для страны процесс, он означает, что мы движемся по пути развитых европейских государств [6].
Присоединение Российского строительного комплекса к ВТО должно способствовать развитию инновационных процессов в отрасли применения современных технологий и материалов, а для этого необходимы обоснованные теоретические основы и специфические подходы для разработки отечественных материалов на местных материалов, в частности ССС различного функционального назначения.
Использование ССС в строительстве позволяет повысить производительность труда в 1,5-5 раз, снизить материалоемкость (снижение потерь на доставках, при производстве работ – в 3-10 раз), повысить качество и долговечность выполненных строительных работ (рисунок 1.1). Именно с этим связаны столь широкое применение ССС в развитых странах и высочайшие темпы роста их использования в РФ. Так темпы ежегодного прироста выпуска модифицированных ССС в РФ составляют около 50% в объемном выражении, для районов же, не входящих в группу депрессивных, эти темпы еще выше. На данный момент годовое потребление ССС в РФ в пересчете на душу населения составляет 9-10 кг, тогда как в странах ЕС этот показатель превышает 30 кг/чел., а в отдельных странах ЕС - свыше 80 кг/ чел. [9].
Теоретические походы к созданию оптимальных структур - проектирование эффективности за счет совершенствования нормативной докумен тации сухих строительных смесей
Предприятие ООО «Байкалпромкамень» производит мраморный белый песок различного гранулометрического состава, который применяется для производства ССС и фактурированных штукатурок. Это предприятие с весны 2006г. производит микрокальцит торговой марки Inter Carb, который для российского рынка является относительно новым продуктом. Сырьем для микрокальцита служит мелкокристаллический мрамор высокого природного качества с минимальными включениями примесей. Химический состав микрокальцита,%: CaCО3 98, Fe2O3 0,14, рН=8…9. Плотность 1450кг/м3, влажность 0,2%, коэффициент преломления 1,6, твердость по шкале Мооса 3-4, светлота в системе CIELAB 99,5%. Интенсивность цвета 98,61%. Фракционный состав микрокальцита различных марок колеблется от 300 мкм до
Качественные ССС создаются с использованием тонкодисперсного наполнителя оптимальной гранулометрии. Одним из способов улучшения физико-механических свойств сухих смесей является наполнение матрицы цементного вяжущего высокодисперсными минеральными частицами. Это не только улучшает прочностные и деформативные характеристики композита, но и дает возможность целенаправленного формирования макро- и микроструктуры композита. Микронаполнитель в цементном камне образует микрокаркас создавая микроструктуру материала в целом.
В цементных композитах частицы микрокальцита могут служить дополнительными центрами кристаллизации [202]. На основе микрокальцита выпускают белые шпаклевочные смеси для финишных работ, белые и цветные затирки, клей для кафельной плитки, специальные реставрационные растворы. Фасадные шпаклевочные и декоративные штукатурки на основе микрокальцита отличаются высокой атмосферостойкостью, прочностью и белизной. Использование микрокальцита различных марок позволяет выбирать наполнитель, учитывая фракционный состав всех компонентов, что особенно важно при производстве как тонкодисперсных, так и крупнодисперсных сухих смесей для облицовки, штукатурки, декоративной и ремонтной отделки строительных поверхностей.
Глина. В качестве основных компонентов сухой смеси [204] предложено использовать известь и глину различного минералогического состава. Принято считать гидратированные глинистые минералы инертными. По данным В. Д. Глуховского [203] гидроксид кальция практически не вступает в химическое взаимодействие с глинистыми минералами, происходит лишь стабилизация грунтоматериалов кальциевыми вяжущими. Работами [204] предложено для активации процесса твердения совместно измельченную смесь глины и извести затворять раствором соды Na2CO3. При этом по мнению О. П. Орентлихер, В. И. Логаниной, А.М. Пичугина и Р. Ю. Пучкова происходит химическое взаимодействие между известью и содой с образованием СаСО3 и NaOH и последующим взаимодействием щелочи с глиной с образованием гидратов алюмосиликатного состава. Из различного соотношения указанных компонентов, можно получать композиции, обладающие различными физико-механическими свойствами.
Бентонит. При разработке сухих смесей специального назначения, например, гидро-и пароизоляционных материалов, штукатурных материалов повышенной водостойкости и водонепроницаемости, наряду с традиционными заполнителями используют наполнители, которые увеличиваются в объеме при водозатворении. К таким наполнителям относятся бентонит, который в водонасыщенном состоянии обеспечивает увеличение водонепроницаемости материалов.
Метакаолинит. Одним из наиболее распространенных способов регулирования свойств цементных композитов является введение высокоактивных микродобавок на основе аморфизированных оксидов, входящих в состав микрокремнезема [205]. Однако постоянно растущая цена на микрокремнезем, применение его с большим расходом суперпластификаторов заставляет строителей искать этому модификатору альтернативу. Применение в ССС метакаолинита является эффективным технологическим и экономическим решением. Такие свойства метакаолинита, как белый цвет, высокая дисперсность, размер частиц метакаолинита не более 5 мкм, в 2,5 раза большая способность к связыванию свободной извести по сравнению с микрокремнеземом за счет образования гидроалюминатов кальция позволяет обеспечивать заданную прочность материалов при меньших дозировках, снизить усадочные деформации, повысить пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей, существенно снизить расход суперпластификаторов, необходимых при введении тонкодисперсной добавки к цементу, снизить расход цемента. Метакаолинит на основе каолинов лучших Уральских месторождений отличается высокими дисперсностью(размер частиц 1-5 мкм) и содержанием аморфных оксидов SiО2 и А12О3 (не менее 80%).
Исследовалось [206] влияние метакаолинита на водовяжущее отношение смесей равной подвижности, прочностные показатели, усадочные деформации растворов. Результаты экспериментов показали, что добавка метакаолинита в цементных композициях позволяет повысить прочностные показатели на 50-60% в раннем и марочном возрасте, снизить усадочные деформации в 2 и более раз при оптимальной дозировке 4-6% от массы цемента, в 2 раза меньшей оптимальной дозировке микрокремнезема.
Исследования усадочных деформаций показало, что со временем твердения в растворах развиваются деформации обратного расширения за счет кристаллизации гидроалюминатов и гидросульфоалюминатов кальция. Таким образом, введение метакаолинита позволяет получать безусадочные цементно-песчаные растворы как в ранние, так и в поздние сроки твердения, при дозировке метакаолинита и сернокислого натрия 4 и 0,5 % соответственно, а если увеличить дозировку метакаолинита до 6 %, возможно получать расширяющиеся смеси. При использовании в комплексе с суперпластификатором метакаолинит сохраняет модифицирующую способность. При совместном использовании добавки метакаолинита с сернокислыми соединениями обеспечивается получение расширяющихся составов.
Гекторитовая глина. В состав сухих смесей вводят специальные химические добавки, которые оптимизируют технологические свойства (пластичность, сопротивляемость к расслоению, высокое водоудержание, консистенцию, устойчивость к сползанию и др.), сохраняя их работоспособность в течение длительного времени.
Реологические свойства строительных растворов, приготовленных из ССС рекомендуется регулировать введением минеральной добавки BENTONE ОС на основе гекторитовой глины. BENTONE ОС - это тонкодисперсный сухой порошок -производится компанией «Elementis Specialties», работающей в области строительной химии уже 150 лет. Производство компонентов, влияющих на реологические свойства, являются ядром технологических разработок компании.
Роль заполнителей и наполнителей в формировании технологических и эксплуатационных свойств строи ієн.ных растворов на основе сухих смесей
Массовое применение перлитовых растворов в строительстве является одним из перспективных направлений по улучшению теплозащитных и акустических характеристик зданий и сооружений. В последние годы получили широкое распространение различные теплоизоляционные растворы, в том числе, на основе вспученного перлитового песка, вяжущего и добавок. Однако имеющиеся на рынке теплоизоляционные сухие смеси на основе перлита имеют высокую стоимость и требуют совершенствования некоторых технологических и эксплуатационных свойств. Поэтому целью данного направления работы является разработка составов теплоизоляционных сухих смесей для кладочных работ.
На основании результатов литературных данных и предварительных испытаний по изготовлению и применению легких кладочных растворов были назначены с учетом требуемой подвижности некоторые составы смесей (таблица 5.4) для проверки их в лабораторных условиях.
В качестве вяжущего использовали полученное ранее композизиционное вяжущее -КВ (глава 4). Опытным путем подбиралось соотношение количества рядового перлитового песка и связующего, а в соответствии с предъявляемыми техническими требованиями (подвижностью) подбиралось водоцементное отношение.
В соответствии с ГОСТ 28013-98 «Растворы строительные. Общие технические условия» подвижность кладочного раствора должна быть: Основное назначение раствора Глубина погружения конуса, см Марка по подвижности Пк Для кладки из пустотелого кирпича или легких блоков 7-8 Пк2
Оптимальное количество воды, установленное в результате экспериментальной проверки различных составов масс, должно четко соблюдаться при дозировке смеси. При недостаточном количестве воды масса менее подвижна, труднее поддается формованию. Избыточное количество воды вызывает растекание отформованных изделий, их деформацию. Повышение текучести масс может быть достигнуто введением пластифицирующих добавок. Однако необходимо иметь в виду, что в производстве теплоизоляционных изделий вода не только обеспечивает требуемую пластичность массы, но служит также источником повышения пористости готовых изделий. В результате испарения воды внутри изделий остаются заполненные воздухом ячейки. Это необходимо иметь в виду при формовании изделий.
Принятые составы представлены в таблице 5.15. Отношение цемента и вспученного перлитового песка подбиралось по объему. Количество воды устанавливалось экспериментально в соответствии с техническими требованиями.
С увеличением расхода КВ повышается плотность и прочность растворов, что связано с увеличением контактного слоя вяжущего между зернами перлитового песка, обеспечивающего повышение прочности.
Проблема назначения оптимального (рационального) зернового состава заполнителей изучается давно, однако в настоящее время она далеко не исчерпана, требует дальнейших исследований и дальнейших разработок. Решение этой проблемы осложняется тем, что в качестве критериев оптимизации зернового состава могут одновременно выступать несколько характеристик, например, прочность и удобоукладываемость. В этом случае учет разных характеристик может приводить к явно противоречивым выводам по назначению гранулометрического состава заполнителей.
Известно много мнений и предложений по назначению оптимального гранулометрического состава заполнителя. По критерию оптимизации их можно разделить на две основные группы. В рамках первой группы предложений для назначения оптимального гранулометрического состава используется критерий минимизации расхода вяжущего вещества для получения определенной подвижности и прочности раствора. Это метод непрерывной гранулометрии [158-160]. В основе второй группы предложений заложен другой критерий оптимизации – минимизация объема пустот заполнителя. Этот прием базируется на принципе последовательного заполнения пустот. Согласно этому принципу зерна более мелких фракций должны попадать в пустоты, образующиеся при укладке более крупных частиц. Назначаемый в соответствии с этим принципом зерновой состав заполнителя получил название прерывистой гранулометрии [158].
При подборе оптимального гранулометрического состава мы взяли за основу метод минимизации объема пустот заполнителя, т.е принцип прерывистой гранулометрии, и метод, разработанный в БГТУ им. В.Г. Шухова на кафедре Строительного материаловедения, изделий и конструкций профессором, доктором технических наук А.Н. Хархардиным.
В первом случае для подбора оптимального гранулометрического состава строительного раствора мы установили, какая фракция заполнителя используется в конкретном изготавливаемом строительном растворе. Для кладочных растворов на легких заполнителях применяется максимальная фракция заполнителя до 2,5мм [157]. Это определило наш выбор принять в исследованиях заполнитель – перлит, прошедший через сито 2,5 мм и остаток на сите 1,25. Графическим методом (в масштабе) был подобран гранулометрический состав перлитового песка для заполнения смеси. Использовалось две модели заполнения: «шестерка» и «четверка». Графически эти способы упаковки представлены на рисунках 5.3 и 5.4.
Согласно результатам, полученным при графическом подборе гранулометрического состава заполнителя можно сделать следующие выводы: 1. При распределении гранул по принципу упаковки зерен «шестерка» необходимо наличие фракции 1,25 в количестве 90% и фракции 0,14 – 3%, для заполнения остающихся пустот потребуется перлитовая пыль в количестве 7% от необходимой общей массы перлитового песка. 2. При распределении гранул по принципу упаковки зерен «четверка» необходимо наличие фракции 1,25 в количестве 76% и фракции 0,14 – 14%, для заполнения остающихся пустот потребуется перлитовая пыль в количестве 10% от необходимой общей массы перлитового песка.
Разработка составов теплоизоляционных смесей и их поведение на различных основаниях
Для проведения исследований по изучению процесса смешения сухих строительных смесей в пневмосмесителе непрерывного действия, использовалось следующее оборудование: 1) экспериментальная лабораторная установка для изучения процесса смешения с возможностью изменения исследуемых параметров и режимов работы пневмосмесителя в определенных пределах; 2) контрольно-измерительные приборы: манометры, ротаметр и др., обеспечивающие необходимую точность измерения. С учетом вышеуказанных требований и плана экспериментов, был использован экспериментально-промышленный образец установки для изучения варьируемых параметров и исследования процесса смешения сухих строительных смесей в пневмосмесителе непрерывного действия [444, 445]. Экспериментальная установка пневмосмесителя (рисунок 9.3) состоит из бункеров 1 для компонентов сухой смеси, патрубков для введения компонентов смеси 2, загрузочной трубы 3, патрубков для подвода сжатого воздуха 4, в большем торце конфузора смесительной камеры находится полость с дополнительным подводом сжатого воздуха 5, установленных манометров 6, корпуса основной камеры смешения 7 и зоны выгрузки материала 8.
Схема экспериментальной – полость с дополнительным подводом установки пневмосмесителя:: 1 – бункер; 2 – сжатого воздуха; 6 – манометры; 7 – корпус патрубки ввода компонентов; 3 – труба основной камеры смешения; 8 – выгрузка подающая; 4 – патрубки подвода воздуха; 5 материала Рисунок 9.4 – Фотография экспериментальной установки пневмосмесителя
Фото и технические характеристики экспериментальной установки пневмосмесителя непрерывного действия приведены на рисунке 9.4 и таблице 9.1. Питание пневмосмесителя обеспечивалось сжатым воздухом. Компрессор К-29, применяемый для получения сжатого воздух, оснащен однофазным электродвигателем, реле давления и ресивером на 22 литра. По магистрали от ресивера воздух через сопло подавался в узлы пневмосмесителя.
Пневмосмеситель непрерывного действия (рисунок 9.3) работает следующим образом. Ингредиенты сухой смеси поступают в бункера 1, по патрубку введения компонентов 2 смесь поступает в подающую трубу 3. Сжатый воздух подаётся от компрессора в патрубки подвода воздуха 4 и полость с дополнительным подводом воздуха 5. Манометры 6, установленные на патрубках подвода воздуха, обеспечивают возможность регулирования давления и режимов смешения. Дополнительно установленные сопла позволяют по подающей трубе захватывать материал и частично гомогенизировать, уже при движении по загрузочной трубе к основной камере смешения 7.
Камера смешения представляет собой горизонтальный конфузор. В торце большего диаметра камеры смешения по окружности расположены сопла. Эта часть камеры характеризуется активным смешением сырьевых компонентов сухой смеси, за счёт мощных вихревых потоков, перемешанная смесь выбрасывается в зону выгрузки смеси и далее поступает к месту упаковки. Пневмосмеситель состоит из основной камеры смешения, которая включает корпус, патрубок подачи материала, сопла. Сопла предназначены для создания вихревых потоков смешиваемых ингредиентов смеси и расположены по окружности камеры смешения.
Коническая форма смесительной камеры дополнительно повышает эффективность при гомогенизации компонентов сухих смесей.
С помощью редуцирующего устройства с манометром типа Testo 312 - 3 регулировалась подача сжатого воздуха в систему. Контроль рабочего давления воздуха от компрессора осуществлялся манометром типа ТМ-510Р.00, с пределом измерения 0,СН-1,6 МПа.
Для определения объемного расхода сжатого воздуха применялся ротаметр VA-40 типа F фирмы «KROHNE», позволяющий измерять давления газов и жидкостей, при направлении потока снизу вверх, на вертикальных участках трубопровода. Диапазон измерения воздуха при давлении до 0,5 МПа изменяется от 0,007 до 180 м3/час [444-448].
В процессе изучения смешения компонентов сухих смесей в пневмосмесителе необходимо выявить взаимосвязи между факторами, определяющими течение процесса и представить их в количественной форме - в виде математической модели. Математическая модель процесса смешения, являясь отображением наиболее существенных сторон процесса, представляет собой совокупность уравнений, условий и алгоритмических правил и позволяет: - получить информацию о процессах, имеющих место в данном объекте; - анализировать их с помощью уравнений регрессии; - получать информацию, которая позволит управлять изучаемым объектом.
Построение математической модели осуществляли методом наименьших квадратов [447-450], позволяющим реализовать проведение опытов в заданных условиях и иметь требуемые результаты при существенном сокращении количества опытов и минимальной ошибке измеряемых величин по сравнению с моделями определенного класса, к примеру, линейных.
При планировании многофакторных экспериментов был применен центральный композиционный рототабельный план второго порядка (ЦКРП-2n) полнофакторного эксперимента (ПФЭ), где п - число независимых переменных при многофакторном планировании экспериментов [451].
В кодированной форме в соответствии с планом приняты следующие уровни варьирования факторов: минимальный -1; средний 0; максимальный +1. Величина звездного плеча составляет 2.
При назначении уровней варьирования факторов принимались во внимание результаты поисковых экспериментов и реальные условия протекания процесса. Количество факторов назначалось исходя из результатов проведения поисковых экспериментов.
В качестве варьируемых факторов, влияющих на процесс смешения, были приняты: давление в основной камере смешения, давление в подающих эжекторах и длина загрузочной трубы. Исследования проводились в соответствии с определенной методикой. Для исключения влияния систематических ошибок опыты проводились в случайной последовательности [452]. Таблица плана эксперимента приведена в таблице 9.2.
В принятой методике исследований для получения достоверности и надежности необходим расчет требуемого количества опытов. Минимальное число опытов рассчитывалось по известной методике [451] на основе поисковых экспериментов.
Необходимым количеством повторных опытов при смешении должно быть не менее трех. В результате обработки результатов экспериментов по ЦКРП - 2П получены уравнения регрессии в кодированном виде. С помощью критического значения распределения Стьюдента [454] осуществлялась проверка значимости коэффициентов в полученных уравнениях регрессии. С помощью критерия Фишера проверялась адекватность полученного уравнения регрессии экспериментальным данным.
