CC BY
13
№1, 2G01 г.
151
■ ¡J
mm
Шк.
H
n
¡¡И ill
ill
il
Ж0,
mm
УДК 658.512:693.542/.548 (574.25)
К ВОПРОСУ О ПАВЛОДАРСКОМ ВАРИАНТЕ ИНТЕНСИВНОЙ РАЗДЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
М.К.Кудерин, Г.И.Авдеев, В.Ф.Стрельцов
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Мащпада бетонды цорытпаны даярлау жене оныц технологияльщ сызбаларын api к,арай жетindipy туралы жеделдет!лген бвлшектт технологияныц (ЖБТ) теориялъщ жэне твж1рибел1к тужырымдамасы берглген.
В статье изложено теоретическое и эксперементалъное обоснование интенсивной раздельной технологии (ИРТ) приготовления бетонной смеси и дальнейшее совершенствование ее технологической линии.
The article considers theoretical and practical description of the intensive separate technology of concrete mix preparation andfurther improvement of its technological line.
Научные предпосылки к освоению ИРТ.
Практическое освоение интенсивной раздельной технологии (ИРТ) приготовления бетонной смеси в Павлодарском регионе началось еще в 1987-1990 гг. По решению Госстроя СССР это направление как ресурсосберегающее было включено в программу основных государственно-отраслевых задач. Теоретическое обоснование следует из поли-структурной теории композиционных строительных материалов, в том числе бетона. Первичный принцип ИРТ - принцип раздельности -означает раздельное формирование
микро- и макроструктуры композита в режимах, близких к оптимальным. Применительно к бетону этот принцип реализуется в предварительном приготовлении цементного теста с включением модификаторов, наполнителей или мелкозернистых заполнителей в быстроходных аппаратах по интенсивному режиму с последующим получением бетонной смеси в обычных смесителях.
При введении ИРТ наблюдаются 4 ступени в использовании компонентов бетонной смеси.
Первая ступень - традицион-
ное применение различных марок цемента, песка, воды и щебня или керамзита.
Вторая ступень - дополнительное применение оптимального наполнения цементного теста.
Третья ступень характеризуется использованием различного рода модификаторов, в первую очередь пластификаторов.
Четвертая ступень - одновременное использование наполнителей и пластификаторов.
Имеются данные, что именно четвертая ступень использования компонентов бетонной смеси при ИРТ позволяет снизить, по сравнению с ординарной технологией, нормативный расход цемента вдвое.
Опыт показывает, что оптимальное значение дисперсности и количества наполнителей зависит от их природы, дисперсности цемента и назначения бетона. Рекомендуемые значения удельной поверхности различных наполнителей составляют (см2/г): кварцевого песка -900...1200; известняка - 1500...2500; электрофосфорных шлаков -1000...1500; доменных шлаков -600...3000; ваграночных шлаков -1000...2000; барханных песков -1000...2000; аппатитсодержащих пород - 1000...1500; золы-унос ТЭЦ -2000...3000; керамзитовой пыли -3000...3500; вулканического стекла -800...1500;глиежей- 1000...1500.
Поверхностная активность дисперсных частиц наполнителей целенаправленно изменяется добавками модифицирующих веществ при механическом измельчении до требуемой дисперсности. В качестве
модификаторов эффективно использовать известные гидрофобизаторы, ПАВ и другие материалы в следующем количестве (в % к наполнителю по массе): сланцевую смолу -0,2...0,6; хлопковую смолу - 0,3...0,5; мылонафт - 0,4...0,6; ГКЖ -11 -0,1...0,3; фурфурол - 0,4...0,6; АЦФ-ЗМ -0,1...1,5; анилин -0,1...0,3; С-3 -0,3...2,0; ЛСТ - 0,4...1,2; графит 1,0...2,0; серу - 0,5...1,0; цемент -0,5...5,0.
Для экономии цемента желательно по возможности заменить его наполнителем в смеси. При прочих равных условиях рациональная степень наполнения зависит от водосо-держания смеси и увеличивается с повышением В/Ц.
Основу ИРТ составляет приготовление наполненного цементного теста или мелкозернистой смеси в интенсивном гидродинамическом режиме в быстроходных смесителях. Сущность происходящих при этих механических, физических и физико-химических явлений нуждается в тщательном изучении и идентификации. Тем не менее можно констатировать, что основными факторами, обуславливающими снижение потребности цемента или адекватное увеличение прочности, являются общая гомогенизация и повышение однородности смеси, дезагрегирование и диспергирование цементных частиц, улучшение смачиваемости и повышение растворимости зерен цемента, десольватация гидро-тирующихся зерен. В итоге повышается степень гидротации на 15-20%, т.е. более плотно используется его потенциальная вяжущая способ-
№1, 2001г.
153
ность. Определенная роль, очевидно, принадлежит трибохимическому эффекту. Как показывают исследования, интенсивные гидромеханические воздействия на новообразования способствуют процессу клас-терообразования (агрегирования) частиц гелевой составляющей с высвобождением физически связанной воды, улучшая водный .баланс гид-ротирующейся смеси. Максимальное водоотделение проб цементного теста наблюдается после 50-60 с
скоростного перемешивания смеси.
Теоретическое обоснование ИРТ к моменту освоения ее в Павлодарском регионе подтвердилось исследовательскими данными, полученными и опубликованными Ташкентским автомобильно-дорожным институтом. В качестве активатора они использовали роторно-пульса-ционный аппарат. Активации подвергалась лишь цементно-водная суспензия. Полученные результаты приведены ниже (см. Таблицу).
Таблица
Изменение прочностных свойств бетона от соотношения твердой и жидкой фаз водной суспензией цемента после активации.
Расход компоненте приготовление 1м бетош ВИ-0.3 и добавкой СЛ )в на юй смеси с Б 0.07% Соотношение Т : Ж по весу Плотность водной суспензии цемента, г/см Прочность бетона в образцах ЮхЮхЮ * г см, кгс*си
цемент кг песок кг щебень кг водная суспензия цемента, л
*550 200 500 1250 224 1:0,8 1,61 910
*550 160 500 1250 215 1:1,0 1,51 880
*550 133 500 1250 202 1:1,2 1,45 780
*550 114 500 1250 196 1:1,4 1,40 740
Контроль бе з активации
550 500 1250 215 1:1,0 1,51 700
*В знаменателе указано количество активированного цемента из общего расхода.
Из таблицы видно,что с повышением концентрации цемента в активированной водной суспензии при изменении Т:Ж от 1:1,4 до 1:0,8, возрастает в бетоне количество вво-
димого активированного цемента от 114 кг до 200 кг на 1 м (при неизмененном общем расходе 550 кг), соответственно возрастает и прочность бетона от 740 кгс/см до 910
кгс/см2, что по сравнению с контрольным результатом, полученным без активации цемента, дает повышение прочности бетона на 30%.
Таким образом, и теоретическое, и экспериментальное обоснование ИРТ было получено, настало время производственного, промышленного освоения ее.
Промышленное освоение ИРТ
Первый опыт действительно широкомасштабного внедрения ИРТ был связан с конструкцией смесителя-активатора (в дальнейшем активатор) С А 400/500, разработанного КузНИИшахтстроем. К сожалению, в этой конструкции быстро выявились недостатки как надежного, так и эксплуатационного порядка: верхний привод, затрудняющий подачу компонентов смеси; прилипание смеси к крышке и стенкам, недостаточно полное перемешивание, несовершенство узла выгрузи смеси, «зарастание» труб подачи цемента и песка, неудачное решение узлов и подшипников, неудовлетворительная герметичность, невозможность перехода от режима ИРТ к обычной технологии в случае отказов активатора, ручное управление, малый объем активации и многие другие.
Однако технологическая оправданность и эффективность ИРТ была доказана и широко освещалась в печати.
Стали появляться новые, более совершенные конструкции активаторов с обязательным промышленным внедрением. Активаторы этих предприятий отличались от базового СА 400/500 размерами, конструкциями различных узлов, режимами работ, повышением мощ-
ностей приводных электродвигатели и т.д. Однако, несмотря на улучшения, все они несли основные недостатки базовой модели и не смогли стать образцами, пригодными для серийного производства.
Павлодарский регион, хотя отставал в области ИРТ от передовых достижений, тем не менее развернул в этом направлении многие свои научно-инженерные подразделения на активнейшее решение как теоретических, так и практических задач. Теоретическая сторона дела сосредотачивалась в Павлодарском государственном университете. Лидерами в производственном внедрении ИРТ, безусловно, являлись в то время (1989-1990 гг.) конструкторы специально созданного для этой цели СКТБ в ПКТИ «Казэнергопро-ект». Работая по внедрению ИРТ. они пришли к твердому и, очевидно, единственно правильному убеждению в том, что техническое решение проблемы должно исходить из следующих стратегических выводов:
" конструктивные разработки должны опираться исключительно на функциональную предназначенность узлов и механизмов, а не на «возможности» технологии изготовления, преимущественно старой и кустарной;
№1, 2001г.
155
■ необходимо верхний привод активатора заменить на нижний;
■ должно быть иное решение составляющих корпуса активатора и в первую очередь его смесительной камеры;
■ необходимо иное решение конструкции затворов, трасс подачи, системы самоочистки, системы управления и контроля;
■ активатор с его блок - приставкой должен легко вписываться
в любые действующие по ординарной (обычной) технологии линии по приготовлению бетонной смеси.
Правильность этих выводов была доказана созданием Павлодарского варианта ИРТ, который прекрасно вписался в действующую технологию бывшего Ермаковского ЗЖБК, успешно прошел государственные приемочные испытания с решением межведомственной комиссии о серийном производстве и
вода
0 0 0 0 0
Хщниаая Зола Цем&т у у Песок ШЪемк
Рис. 1. Комбинированная структурная схема приготовления бетонной смеси по интенсивной раздельной технологии
1- смеситель-активатор; 2 - бетоносмеситель; 3,4,5,6,7 - дозаторы твердых компонентов бетонной смеси; 8 - конус подачи компонентов бетонной смеси; 9 - затвор левый; 10 - затвор крышки активатора; 11 - приемник компонентов бетонной смеси, поддерживающих активации; 12 - затвор правый.
признан лучшим в СССР (см. рис. 1).
Блок-приставка Павлодарского варианта ИРТ содержит уникальный активатор (поз. 1), приемник компонентов бетонной смеси, подлежащих активации (поз. 11) с правым и левым затвором (поз. 9 и 12), трубопровод подачи воды, системы пневмо- и электрообеспечения. Все остальное, без каких-либо изме-
нении, относится к линии, действующей по обычной технологии.
Уникальность активатора в том, что, в отличие от базовой модели и всех известных конструкции, он имеет 2-х камерный корпус с обратными конусами, нижний привод с шестиручьевой клиноременной передачей, механизм самоочистки и пневмозащиту подшипниковых уз-
лов и люков сброса готовой смеси.
Общетехнические данные активатора
Общий объем загрузочной камеры,л. Объем по загрузке, л. Мощность электродвигателя, кВт. Производительность, м^час. Габаритные размеры, мм. Масса, кг. Управление
1000 700 37 25
2340х2280х2800
3500
полуавтоматическое
При работе технологической линии в режиме ИРТ только на второй ступени использование компонентов повышения прочности бетона колеблется от 25 до 40% в зависимости от его марки и технических характеристик смеси.
Перевод технологических линий с обычного режима на ИРТ и наоборот осуществляется при помо-
3 месяца.
Дальнейшее развитие Павлодарского варианта ИРТ Конструкторы Павлодарского варианта ИРТ по замечаниям
щи поворота тумблера на пульте управления.
Годовой экономический эффект применительно к программе Ермаковского ЗЖБК на 1990 год составил:
■ в натуральном выражении - 7350 тонн;
■ в денежном выражении -29 млн. 400.000 тенге;
■ срок окупаемости -
межведомственной комиссии доводят и улучшают отдельные детали и узлы блок-приставки с ее активатором и становятся калькодержателя-
№1, 2001г.
157
ми еще более совершенной технологической линии ИРТ.
Так был найден новый подход к решению проблемы - использование виброволновых процессов. Этот подход как нельзя лучше продолжает развитие Павлодарского варианта ИРТ.
Виброволновые процессы, обнаруженные при испытании космической техники, несут в себе огромную энергию и позволяют надеяться на необычайно высокую эффективность при их использовании. Для участия в создании волновых генераторов был заключен и выполнен соответствующий договор с Московским институтом машиноведения им. Благонравова, решены многие другие вопросы и разработана технологическая схема вибро-волновой активизации бетонной смеси (см. рис. 2). По этой схеме было намечено изготовление опытной, по сути научно-исследовательской установки, которая позволила бы дать ответы на такие вопросы, как:
1) какова эффективность волновых генераторов (поз. 8-9)? Павлодарского активатора (поз. 7) при работе на водоцементной суспензии? Ионизатора (поз. 5)? Виброактиватора песка (поз. 6)?
2) возможно ли создание отдельного виброволнового смесителя? И если возможно, то какова его эффективность?
3) какова эффективность разного вида местных добавок?
Предполагая возможности получения необходимых данных на
виброволновой установке (рис. 2), ученые конструкторы ПГУ пришли к выводу о целесообразности перехода от интенсивной раздельной технологии (ИРТ) просто к интенсивной технологии, осуществляемой в едино скомпонованной конструкции бетоно- и др. рода смесителей (см. рис. 3). Это позволило бы добиться не только высокой экономической эффективности и значительно снизить металлоемкость оборудования, но и создать семейство смесителей нового поколения с введением их в технологии как на крупных промышленных предприятиях так и на уровне малых предприятий и других производств.
Основные параметры новых виброволновых смесителей приведены в таблице (см. рис. 3). Принцип их работы заключается в следующем: при включении смесителя, вначале он работает в режиме активатора (рабочие органы поз.11 и 10)-активируются водоцементная суспензия с химическими добавками, зола, часть песка и другие необходимые компоненты; затем смеситель при помощи механизма переключения режимов (поз.2), входящего в состав планетарного редуктора (поз. 1), переводится на обычный режим перемешивания с подачей остальных компонентов смеси (щебня, керамзита, песка и т.п.); рабочими органами при обычном режиме являются лопасти (поз. 7 и 13), которые получают высокочастотные колебания от волновых генераторов (поз. 6), размещенных в стойках лопастей, установленных в виброизоляторах (поз. 4); источником пита-
Рис. 2. Технологическая схема виброволновой активации бетонной смеси
1, 2, 3, 4 - дозаторы; 5 -ионизатор; 6 - виброактиватор песка; 7 - активатор водоце-ментной смеси; 8,9 - генератор волновой; 10 - бетононасос; 11 - волновой бетоносмеситель; 12 - маслонасос.
ния волновых генераторов (поз. 6) является маслонасос (поз. 20), перекачивающий индустриальное масло по замкнутому контуру; готовая смесь выгружается открытием затвора (поз. 12); водоцементная сус-
пензия с химическими добавками готовится в объемном кавитацион-ном активаторе (поз. 17)*, рабочими органами которого являются зубчатые диски (поз. 18 и 19); из ка-витационного активатора водоце-
* Указанная подготовка водоцементной суспензии с ионизатором воды (поз. 16), активатором (поз. 17),растворонасосом (поз. 21) и волновым генератором (поз. 15) требуется лишь в опытном экземпляре бетоносмесителя, в промышленном -она упростится.
Рис. 3. Комбинированная структурная схема бетоносмесителя-активатора с виброволновой установкой
1- редуктор планетарный; 2 - механизм переключения режимов; 3 - скребок; 4 -виброизолятор; 5 - диск; 6,15- гидродинамический; 7,13- лопасть; 8 - бетоносмеситель-активатор; 9 - фильтр; 10 - крыльчатка; 11 - ротор-активатор; 12 - затвор; 14 - дозатор объемный; 16 - ионизатор; 17 - активатор цемента кавитационный; 18 ротор - зубчатый; 19 - диск зубчатый неподвижный; 20 - маслонасос; 21 - растворо-насос.
ментная суспензия растворонасосом (поз. 21)* подается через волновой генератор (поз Л 5) в дозатор объемный (поз. 14); цикл от подготовки до выгрузки готовой смеси повторяется.
Из вышеизложенного следует, что Павлодарский вариант ИРТ находится на 3-х стадиях развития.
На 1-й стадии можно приступить к немедленной промышленной реализации ИРТ, на 2-й - требуется
создание виброволновой установки с проведением на ней научно-исследовательских испытаний. На 3-й стадии необходимы разработка, изготовление и испытание опытного образца виброволнового бетоносмесителя нового поколения.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Информационный вестник "Павлодарский вариант ИРТ" Павлодар 1996г.
