Приготовление бетонной смеси в трехвальном смесителе

Рассматривается конструкция нового трехвального бетоносмесителя, характе­ристики которого близки к аппарату иде­ального смешения.

Основным недостатком двухвальных смесителей является их низкая усреднительная способность как на макро-, так и на микроуровне, что объясняется незначи­тельным процентом разрушения мелких агломератов из частиц растворной состав­ляющей и отсутствием идентичных условий перемешивания по высоте сечения рабочей зоны.

Результаты исследований [1, 2, 3] пока­зали, что использование метода двухстадийного приготовления бетонной смеси приводит к увеличению прочности бетон­ных образцов. Этот эффект объясняется механической активацией компонентов бе­тонной смеси в процессе их интенсивного перемешивания без добав­ления воды. Суть данного вида активации сводится к увеличению удельной по­верхности компонентов за счет разрушения микро­структурных связей между зернами цемента, очище­ния пор поверхности мел­кого и крупного заполните­ля от неактивных пылевых пленок.

Чтобы приблизить ха­рактеристики бетоносмеси­теля к аппарату идеального смешения, предлагается разделить функции состав­ных частей рабочего орга­на машины. В корпусе сме­сителя имеются три вала, одновременное вращение которых позволяет совместить ряд операции: верхний и нижний ло­пастные валы участвуют в трехконтурном движении частиц смеси и разрушении аг­ломератов растворной составляющей, а средний вал с одной стороны шнеком транспортирует смесь к разгрузочному от­верстию машины, а с другой стороны уча­ствует в организации режима трехконтурного движения частиц смеси (рис. 3). Такой характер движения приводит к существен­ному увеличению рабочего пространства перемешивания, вплоть до использования полного объема машины.

При взаимодействии компонентов бетон­ной смеси с лопатками смесителя происхо­дит движение и перенос компонентов бетон­ной смеси из одной зоны смесителя в другую.

При положении лопатки по нормали к направлению вектора движения потока бе­тонной смеси на ней находится максималь­ное количество смеси. Скорость смеси яв­ляется наибольшей у кромок перемещаю­щейся лопатки, а за движущейся лопаткой образуется турбулентный след. На фронте лопатки образуется неподвижная зона, в которой не происходит процесса переме­шивания компонентов. В то же время на границе линий тока из-за разницы скорос­тей в результате трения происходит разру­шение мелких агломератов из частиц ра­створной составляющей. Разрушение про­исходит в пограничном слое.

Поток перемещаемых компонентов бе­тонной смеси рассматривается состоящимиз двух областей: внешнего течения и по­граничного слоя (рис. 4). Пограничный слой в значительной степени вызывает со­противление поверхностного трения. Меж­ду отдельными слоями движущейся бетон­ной смеси наблюдается внутреннее трение и изменение скорости движения ее частиц по толщине пограничного слоя. Так как из­менение скорости движения происходит главным образом в пограничном слое, то величина поверхностного трения проявля­ет себя преимущественно в пограничном слое. фото 2

Рассматривается равномерное движе­ние лопатки смесителя в бетонной смеси (жидкости Бингама) со скоростью W. Вслед­ствие наличия трения бетонной смеси о по­верхность лопатки возникает вихреобразное возвратное движение смеси за лопат­кой. Образование вихрей уменьшает энер­гию потока и увеличивает усреднение ком­понентов смеси на микроуровне.

Объем вихрей, срывающихся с элемен­та поверхности лопатки шириной dх, рас­сматривается на радиусе г. За какой-то от­резок времениdt будет:фото 3

dv=2ПИr*dr*dx

Масса объема срывающихся вихрей бу­дет равна произведению элементарного объемаdv на плотность р:

dm=p*dv=p*ПИ d (r)2*dx, отсюда

(дельта W)dm=(дельта W) p*ПИ d(r)2*dx

Полная потеря количества движения вследствие срыва и уноса вихрей по поверхности отR доR =0 будет равна ин­тегралу:

p*ПИ(R до 0)(дельта W)*d(r)2*dx

Изменение количества движения вызы­вает импульс внешних сил на действующую окружающую среду. Эти внешние силы бу­дут силами реакции, которые равны силам давления потока на лопатку. Следовательно:

Pdt=p*ПИ (R до 0) (дельта W) *d(r)2*dx,

где Р сила давления на лопатку.

На величину сопротивления влияет не только передняя часть лопатки, но и боко­вые поверхности, а также ее задняя повер­хность.

фото 4Если плоскость перемещающейся ло­патки составляет некоторый угол»альфа» с на­правлением ее движения, то величина со­ставляющей скорости будет равна W*sin альфа.

Площадь поперечного сечения потока бетонной смеси, изменяющей свое количе­ство движения, будет равна F*sin альфа. Поэто­му изменение количества движения, кото­рое имела масса бетонной cмеси, за единицу времени вследствие обтекания лопатки может быть определено из следующих ус­ловий:

Pdt=p*ПИ (R до 0) (дельта W)*d (r)2*dx*sin2 альфа.

Из вышеприведенного уравнения сле­дует, что зная размеры и форму лопаток смесителя, можно определить величину пограничного слоя, который обеспечивает разрушение агломератов растворной со­ставляющей.

Специфика конструкции смесителя со­стоит в том, что функции ее элементов раз­делены: лопатки осуществляют движение бетонной смеси в поперечном сечении с ча­стичной подачей в сторону загрузки, а шнек транспортирование в сторону выгрузки. За счет трехконтурного движения материала увеличивается зона с характеристиками, близкими к идеальному смешению.