Общие сведения. Смешивание – один из основных процессов строительного производства, имеющий своей целью получить из несколькихматериалов однородную смесь

Смешивание – один из основных процессов строительного производства, имеющий своей целью получить из несколькихматериалов однородную смесь, обладающую новыми по сравнению с исходными компонентами свойствами.

Основным современным строительным материалом является бетон, получаемый соединением щебня (гравия), песка, цемента, воды и, при необходимости, специальных добавок в определенной пропорции при равномерном распределении этих компонентов между собой.

При смешивании частицы компонентов перемещаются в объеме смесителя друг относительно друга под воздействием импульсов, передаваемых смешиваемой среде рабочими органами. Из всех видов смешивания наиболее распространённым является механическое, осуществляемое в смесителях гравитационного (рисунок 1) и принудительного действия (рисунки 2 – 3).

Последние являются наиболее перспективными машинами, так как позволяют получать смеси любой консистенции за короткое время.

Основным параметром смесителей циклического действия является объём готового замеса в метрах кубических, а смесителей непрерывного действия – производительность в метрах кубических в час. Смесители принудительного действия выпускаются двух типов: с горизонтальными смесительными валами и корытообразным корпусом (лотковые) (рисунок 2) и с вертикальным смесительным валом и цилиндрическим чашеобразным корпусом (тарельчатые) (рисунок 3).

Приведенные данные свидетельствуют об определенных преимуществах лотковых двухвальных смесителей перед тарельчатыми (роторными) и лотковыми одновальными. Вместе с тем двухвальные лотковые смесители не могут конкурировать с гравитационными, область применения которых – приготовление подвижных смесей с осадкой конуса 3–5 см и выше. Основным конструктивным недостатком лотковых смесителей является необходимость уплотнения валов.

При работе с крупным заполнителем происходит его заклинивание между корпусом и лопастями, что может привести к выходу из строя смесительного механизма, и сопровождается интенсивным абразивным износом. Для устранения заклинивания применяется упругая установка лопастей, однако вследствие большой инерционности это указанную проблему полностью не решает.

а – общий вид; б – кинематическая схема; 1 – цилиндрическая обечайка; 2 – смесительный барабан; 3 – электродвигатель; 4, 9 – пневмоцилиндр; 5 – рама; 6 – вентиль; 7 – маслораспылитель; 9 – воздухораспределитель; 10, 12 – подшипники; 11 – зубчатый венец; 13 – шестерня; 14 – муфта; 15 – вал-шестерня; 16, 17, 18 – зубчатые колеса; 19 – запорное устройство

Рисунок 1 – Гравитационный бетоносмеситель

1 - электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – редуктор; 4 – уравнительная муфта; 5 – зубчатая передача; 6 – патрубок; 7 – лопасть; 8 – сменные лопатки; 9 – распорные втулки; 10 – вал; 11, 12 – подшипники

Рисунок 2 – Бетоносмеситель непрерывного действия с принудительным перемешиванием

1 – редуктор с двигателем; 2 – муфта; 3 – глушитель; 4 - воздухораспределитель; 5 – вентиль; 6 – пневмоцилиндр; 7 – ротор

Рисунок 3 – Схема цикличного бетоносмесителя принудительного действия

На кафедре СДПТМиО Белорусско-Российского университета проводятся работы по использованию в смесителях упругодеформируемых рабочих органов в виде винтовых спиралей. На рисунке 4, а представлена лопасть в виде цилиндрической спирали, на рисунке 4, б – лопасть в виде замкнутой тороидно-винтовой спирали, на рисунке 4, в – смесительный механизм в виде кинематически деформируемой спирали.

Результаты производственных и лабораторных испытаний показывают, что применение таких рабочих органов обеспечивает повышение долговечности в 2,5...3,5 раза, увеличивает производительность в 1,2...1,7 раз, снижает энергоемкость на 20...70 % и позволяет либо повысить марку бетона, либо экономить по 20 % цемента.

а - лопасть в виде цилиндрической спирали; б - лопасть в виде замкнутой тороидно-винтовой спирали; в - смесительный механизм в виде кинематически деформируемой спирали

Рисунок 4 – Упругодеформируемые рабочие органы смесителей

Производительность смесителей цикличного действия П_цд, м³/ч, определяется по формуле

(1)

где – емкость смесителя (по выходу готовой смеси), л;

– число циклов в час, z = 3600/Т;

Т – время одного цикла, с.

Время одного цикла Т, с, рассчитывается по формуле

, (2)

где – время загрузки, с;

– время смешивания, с;

– время выгрузки, с.

Производительность смесителя непрерывного действия П_нд, м³/ч, определяется по формуле

(3)

где – площадь поперечного сечения материала в смесителе, м²;

– скорость осевого перемещения материала, м/с.

В общем случае момент М, Н·м, необходимый для вращения лопасти (рисунок 5)

, (4)

где – коэффициент сопротивления движению лопасти, кПа;

b– проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м;

– радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Для смесителей с горизонтальными валами, имеющих лопасти одинакового размера, мощность двигателя N, кВт, рассчитывается

; (5)

, (6)

где – угловая скорость вала, рад/с;

z – число лопастей;

– КПД привода;

j – коэффициент, учитывающий степень погружения лопастей в смесь; для лотковых смесителей можно принять равным 0,5.

Рисунок 5 – Схема к расчету мощности N привода принудительных смесителей

Для определения мощности привода роторного смесителя можно пользоваться формулой К. М.Королева

, (7)

где – коэффициент сопротивления, определяемый по таблице 1;

– угловая скорость ротора, рад/с;

– активная площадь i-й лопасти, м²;

– средний радиус движения i-й лопасти, м;

h– КПД привода.

Таблица 1 – Данные к определению коэффициента сопротивления бетонной смеси

Вид бетонной смеси	Осадка конуса, см	Жёсткость, с	Зависимость коэффициента сопротивления , кПа, от средней линейной скорости лопастейVср, м/с
1 Жёсткая		12–18
2 Малоподвижная	0–2	4–12
3 Подвижная	4–6	–
4 Весьма подвижная	10–12	–

Качество приготовленной бетонной смеси на этапе смешивания оценивают с помощью осадки конуса. При этом смешивание считается хорошим, когда колебания осадки конуса для проб смеси, взятых из различных объёмов корпуса смесителя, составляют не более 1 см.

Приготовленная бетонная смесь транспортируется к месту ее укладки. Различают машины для транспортирования смесей на объект и внутри строительного объекта.