Способ и устройство для приготовления пенобетона

 

Способ и устройство для приготовления пенобетона относится к области производства пенобетона, используемого в строительстве для ограждающих конструкций зданий. Способ приготовления пенобетона, включающий перемешивание вяжущего, воды, пенообразователя, добавки в две стадии: гомогенизации и поризации. Стадию поризации совмещают с активацией вяжущего, которую осуществляют путем обработки гомогенизированной смеси вяжущего, воды и раствора пенообразователя в течение 2-15 мин в активаторе центробежного типа непрерывного действия с окружной скоростью 1500-5000 м/мин и часовой производительностью 20-100 объемов смеси, приготавливаемой за один прием. Способ может быть осуществлен при введении песка и/или другого крупного наполнителя в смесь после стадии ее поризации и активации, дополнительно гомогенизируя полученную смесь. Устройство для приготовления пенобетона содержит смеситель периодического действия с перемешивающим органом и привод. Оно снабжено активатором центробежного типа непрерывного действия, закольцованным со смесителем трубопроводами. На трубопроводе между смесителем и активатором последовательно установлены узлы регулирования подачи смеси и ввода воздуха в активатор. Изобретение позволит повысить качество пенобетона. 2 с. и 1 з.п. ф-лы. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области производства пенобетона, используемого в строительстве для ограждающих конструкций зданий.

Известен способ непрерывного получения поризованной строительной смеси в две стадии: гомогенизации и поризации на установке, включающей смеситель, в котором непрерывно получают гомогенизированную смесь вяжущего, добавок и воды, а ее поризацию осуществляют в другом агрегате непрерывного действия - смесителе-поризаторе, в который подают также раствор пенообразователя и сжатый воздух из компрессора, где они перемешиваются при однократном прохождении через поризатор /1/.

Недостатком известного технического решения является невысокое качество поризованной смеси из-за низкой интенсивности ее механической обработки при непрерывном процессе поризации, а также сложность конструкции установки в целом и ненадежность работы перемешивающих органов смесителя - поризатора, так как в процессе работы ячейки перфорированных дисков или сеток забиваются.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ приготовления поризованной строительной смеси путем загрузки в смесительную емкость воды, пенообразующей добавки, цемента и песка и их перемешивания. Способ характеризуется тем, что перемешивание осуществляют в две стадии, на первой стадии - гомогенизации, перемешивание ведут в течение 5-30 с со скоростью 40-200 оборотов в минуту, а на второй стадии - поризации - в течение 50-180 с со скоростью 400-1000 оборотов в минуту. Предлагается также устройство периодического действия для осуществления этого способа, включающее одну смесительную емкость, приводной вал и полые лопасти с соплами различной конструкции /2/.

Недостатком известного технического решения является сравнительно невысокое качество поризации (наличие крупных и неравномерных пор), а также медленный набор пенобетоном сырцовой прочности из-за низкой интенсивности механической обработки смеси вяжущего, воды, песка и пенообразователя на стадии поризации. Перечисленные недостатки вызваны тем, что гомогенизацию смеси и ее поризацию ведут в одном агрегате. Поэтому одновременно необходимо обрабатывать весь объем (замес) приготавливаемой смеси, а это неизбежно ведет к усложнению конструкции перемешивающих органов смесителя, их износу, снижению стабильности технологии процесса и надежности оборудования, большому расходу электроэнергии и не дает возможности получать качественный пенобетон.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение качества пенобетона, ускорение его твердения в первоначальные сроки (время набора сырцовой прочности), упрощение конструкции смесителя - поризатора и, соответственно, повышение стабильности технологического процесса и надежности работы оборудования, снижение расхода электроэнергии.

Повышение качества пенобетона, ускорение его твердения в первоначальные сроки (время набора сырцовой прочности) достигается за счет того, что в способе приготовления пенобетона из вяжущего, воды, пенообразователя и при необходимости наполнителя в две стадии: гомогенизации и поризации, стадию поризации совмещают с активацией вяжущего, которую осуществляют путем многократной обработки гомогенизированной смеси вяжущего (цемента, цемента и молотых кремнеземистых компонентов, вяжущего низкой водопотребности (ВНВ) и других) воды и пенообразователя в течение 2-5 мин в активаторе непрерывного действия с окружной скоростью 1500-5000 м/мин и часовой производительностью 20-100 объемов смеси, приготавливаемой за один прием. При необходимости получения более плотного пенобетона в смесь после ее поризации и активации вводят песок и/или другой крупный наполнитель и смесь дополнительно гомогенизируют.

Повышение стабильности технологического процесса и работы оборудования, а также снижение расхода электроэнергии достигается за счет того, что устройство для приготовления пенобетона, включающее смеситель периодического действия с перемешивающим органом дополнительно содержит активатор центробежного типа непрерывного действия, закольцованный со смесителем трубопроводами, причем на трубопроводе между смесителем и активатором последовательно установлены узлы регулирования подачи смеси и ввода воздуха в активатор.

Способ осуществляли следующим образом.

В смеситель периодического действия загрузили цемент, а также воду. После гомогенизации в полученную смесь подали пенообразователь, включили активатор и осуществили обработку смеси в течение 2-5 мин путем непрерывного пропускания через активатор центробежного типа с окружной скоростью 1500-5000 м в мин по кольцу: "смеситель - трубопровод - узел регулирования подачи смеси в активатор - трубопровод - узел регулирования ввода воздуха в активатор - трубопровод - активатор - трубопровод - смеситель". Подачу смеси в активатор регулировали таким образом, чтобы обеспечивалась производительность активатора от 20 до 100 объемов обрабатываемой смеси в час и в месте установки узла ввода воздуха поддерживалось разрежение не менее 100 мм водяного столба. Последнее обеспечивало (без применения компрессора) постоянный подсос воздуха в объеме, достаточном для поризации смеси до требуемой плотности. Данный вариант способа наиболее приемлем для получения пенобетона низкой плотности (менее 300-400 кг/м³).

Для получения пенобетонных изделий с плотностью более 500-600 кг/м³ после поризации смеси отключали активатор и в смеситель в поризованную смесь подавали кварцевый песок с модулем крупности - 1,8 и смесь вновь гомогенизировали в течение 0,5-5,0 мин. Объем одновременно приготавливаемого пенобетона (одного замеса) составлял от 0,5 до 2,0 м³.

Конкретные составы, параметры обработки смеси и физико-технические свойства пенобетона приведены в таблице.

Примеры 1 - 6 выполняли по предлагаемому техническому решению без заполнителя с использованием в качестве вяжущего цемента, а также цемента и молотого шлака, а 7-14 с использованием в качестве вяжущего цемента, а в качестве заполнителя - кварцевого песка с модулем крупности 1,8.

Примеры 3, 4, 5, 6, 9, 10, 12, 13, 14 выполняли по предлагаемому техническому решению с запредельными параметрами способа, а параметры примера 15 взяты из прототипа.

Из таблицы видно, что только использование приведенных в способе параметров и последовательности операций позволяют получать пенобетон высокого качества с ускоренными сроками твердения в первоначальные сроки.

Увеличение времени обработки смеси более 15 мин (опыты 4, 12) при прочих близких показателях свойств повышает водопотребность смеси из-за загустевания и, соответственно, ведет к снижению прочности, при этом расход электроэнергии увеличивается.

Уменьшение времени обработки менее 2 мин (опыты 3, 9) приводит к увеличению времени набора сырцовой прочности и к снижению конечной прочности, так как эффект активации практически отсутствует. Такой же результат получается при окружной скорости менее 1500 м/мин (опыт 13, 14) и часовой производительности менее 20 объемов смеси (замеса) (опыт 5).

Повышение производительности более 100 объемов смеси (замеса) в час (опыты 6, 12), как и увеличение окружной скорости более 5000 м/мин не дает улучшения качества, но приводит к увеличению расхода электроэнергии, т.е. технически и экономически не оправдано.

На чертеже изображено устройство для приготовления пенобетона, которое включает смеситель периодического действия 1 с перемешивающим органом, активатор 2 центробежного типа непрерывного действия, узел регулирования подачи смеси 3 и узел регулирования подачи воздуха 4 в активатор 2, а также трубопроводы 5, которые последовательно соединяют между собой смеситель 1, активатор 2 и узлы регулирования подачи смеси 3 и воздуха 4.

Перемешивающий орган смесителя 1 имеет окружную скорость 100-200 м/мин. В качестве активатора 2 рекомендуются различные виды центробежных насосов, а также другие агрегаты с повышенной интенсивностью перемешивания, например центробежные краскотерки.

Устройство работает следующим образом.

В смеситель 1 периодического действия подавали в определенном в лабораторных условиях соотношении воду и вяжущее или вяжущее и молотый кремнеземистый компонент и гомогенизировали. Затем подавали в него пенообразователь. После чего включали активатор 2 и смесь по трубопроводам 5 непрерывно отбирали из смесителя 1, подавали раствор в активатор 2 и возвращали в смеситель 1. Узлами регулирования подачи смеси 3 и воздуха 4 подбирали при наладке режим с часовой производительностью активатора 2 от 20 до 100 объемов смеси, приготавливаемой в один прием при окружной скорости активатора 1500-5000 м/мин, а также с разрежением на входе в активатор, обеспечивающим подачу (всасывание) воздуха, необходимого для достижения в заданное время требуемой степени поризации смеси. При необходимости получения более плотного пенобетона активатор 2 отключали и в смеситель 1 поризованную смесь подавали кварцевый песок с модулем крупности 1,8 и гомогенизировали.

За счет интенсивного перемешивания гомогенизированной смеси и воздуха, с одной стороны достигается дробление и качественное перемешивание воздушных пузырьков в смеси (средний размер пор менее 0,2 мм), а с другой - за счет турбулентных потоков жидкой фазы и многократных сжатий и разряжений пузырьков воздуха происходит сдирание пленок продуктов гидратации с поверхности вяжущего и соответственно приводит к резкому ускорению его твердения.

Небольшой объем одновременно и интенсивно обрабатываемой предварительно гомогенизированной смеси и воздуха, а также отсутствие на этой стадии абразивного наполнителя, например песка, в десятки раз снижает износ оборудования. Кроме того, небольшие размеры устройства для интенсивного перемешивания (активации) значительно снижают затраты на его восстановление или замену, что неизбежно при эксплуатации подобного оборудования, а также позволяют изготавливать изнашивающиеся детали устройства из более дорогих, но износостойких материалов.

Предлагаемое устройство позволяет по тем же причинам одновременно приготавливать практически неограниченный объем (до 10-20 м³) смеси (замеса), в то время как для известного это проблематично и в примерах прототипа объем смеси составляет только 0,1 м³.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо и может быть использовано при производстве пенобетона без каких-либо ограничений и особых условий.

Источники информации: 1. А.с. N 1694395, МКИ B 28 C 5/16, "Смеситель", БИ N 44, 1991 г.

2. Патент N 2081099, МКИ C 04 B 40/00, B 28 C 5/15, "Способ приготовления поризованной строительной смеси и устройство для его осуществления", БИ N 16, 1997 г.

Формула изобретения

1. Способ приготовления пенобетона из вяжущего, воды, пенообразующей добавки в две стадии: гомогенизации и поризации, отличающийся тем, что стадию поризации осуществляют с активацией путем обработки гомогенизированной смеси вяжущего, воды и раствора пенообразующей добавки в течение 2 - 15 мин в активаторе центробежного типа действия с окружной скоростью 1500 - 5000 м/мин и часовой производительностью 20 - 100 объемов смеси, приготавливаемой за один прием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что песок и/или другой наполнитель вводят в смесь после стадии ее поризации и активации и дополнительно гомогенизируют.

3. Устройство для приготовления пенобетона, включающее смеситель периодического действия с перемешивающим органом и привод, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит активатор центробежного типа непрерывного действия, закольцованный со смесителем трубопроводами, причем на трубопроводе между смесителем и активатором последовательно установлены узлы регулирования подачи смеси и ввода воздуха в активатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2