Высокочастотная вибрация и повышение эффективности работы турбулентных бетоносмесителей и пенобетоносмесителей.

Возможность приготовления малоподвижных растворов на бетоносмесителях турбулентного типа.
Приготовление пенобетона пониженной технологической влажности и других вязких масс.
Повышение прочности пенобетона и пути сокращения расхода цемента.
Возможности модернизации турбулентных смесителей.

Как мы писали в статье, посвященной турбулентным смесителям (cерия статей "Строительная навигация", тема "Турбулентные бетоносмесители и пенобетоносмесители") эффективность турбулентного смесителя, прежде всего, определяется:

• Конфигурацией ротора-активатора турбулентного смесителя.
• Скоростью вращения ротора-активатора.
• Формой нижней части корпуса турбулентного смесителя.

В той же статье отмечалось, что правильно подобранные: конструкция активатора, скорости вращения и конфигурация придонной части емкости смесителя, позволяют организовать мощные восходящие потоки смешиваемого материала, что значительно повышает практическую эффективность турбулентного смесителя.

На наш взгляд наиболее отвечающей перечисленным условиям является конструкция турбинного цилиндрического активатора. При этом необходимо, чтобы высота цилиндра была равна, либо превышала высоту нижнего конуса емкости турбулентного смесителя. Если цилиндрический активатор оснащен лопастями минимального гидродинамического сопротивления и имеет скорость вращения более 250 оборотов в минуту, процесс смешивания выглядит следующим образом:
Активатор цилиндрического типа отбрасывает приготавливаемый раствор в сторону нижней конической части смесителя (рис.1).
Турбинный активатор цилиндрического типа отбрасывает от себя раствор, придавая ему ускорение. В нижней части емкости, проходя незначительное расстояние, раствор, ударяясь о наклонную стенку, отражается вверх.
Причем скорость движения раствора в нижней конической части емкости выше, чем в верхней части конуса, так как раствор, отбрасываемый верхней частью цилиндрического активатора, проходя большее расстояние до конической стенки смесителя, теряет скорость.
Поэтому в нижней части конуса скорость соударения раствора выше, чем в средней части, а в средней части выше, чем в верхней (рис.2). В результате, раствор интенсивно подается в верхнюю часть смесителя, где захватывается воронкой и снова подается к активатору.

Такой характер смешивания обеспечивает быстрое приготовление качественного раствора при уменьшении энергонагруженности смесительного оборудования. Значительно снижается абразивный износ активатора и стенок смесителя, так как снижается время и интенсивность контакта. В виду снижения интенсивности механического воздействия на составляющие бетонного раствора, появляется возможность введения в приготавливаемый раствор (бетон) различных добавок.

Интенсивное, но бережное смешивание, оказывает минимальное разрушающее воздействие на формируемые пузырьки пенобетона, поэтому турбулентные смесители, оснащенные цилиндрическим активатором, при изготовлении пенобетонных растворов низких плотностей показывают отличные результаты. Высокая производительность турбулентных смесителей, оснащенных цилиндрическим ротором-активатором, объясняется тем, что при смешивании компонентов раствора, не создает большое количество хаотических завихрений, зачастую мешающих друг другу и снижающих общую эффективность смешивания, а образует мощный восходящий поток приготавливаемого материала с последующим захватом материала воронкой.

Однако, при смешивании растворов повышенной вязкости, скорости отбрасываемого активатором материала может и не хватить для организации восходящего потока. Интенсивность кругового движения раствора вокруг оси ротора-активатора также снижается.

Причина этому - налипание пластичной смеси на нижнюю коническую часть емкости смесителя. В этом случае отбрасываемый материал создает возле стенки области локального уплотнения, то есть подвижность материала возле стенки еще больше понижается и эффективность смешивания резко падает. В этом случае разумно было бы добавить воды, либо пластифицирующие добавки и повысить подвижность приготавливаемого раствора.

Однако, для получения пенобетона повышенной прочности и снижения расхода цемента, повышать количество свободной воды ни в коем случае не следует. Повышение доли свободной воды в пенобетонной массе неизменно приводит к образованию микропор, вызывающих падение прочности готового материала (подробнее об этом в нашей статье "Проблема получения качественного пенобетона").

Так каким же образом можно повысить подвижность приготавливаемого материала, не увеличивая количество воды в растворе?

Практика показывает, что оптимальным решением проблемы налипания материала на стенки смесителя является использование высокочастотных вибровозмущений, подаваемых на корпус смесителя. Для объяснения этого явления обратимся к практике виброперемешивания, незаслуженно забытой у нас, но активно используемой за рубежом. Виброперемешиванием является воздействие на компоненты приготавливаемого раствора вибрационных импульсов. Вибрационные импульсы нарушают силы трения и сцепления между частицами, повышая подвижность раствора механическим путем (без увеличения доли воды в растворе). К тому же при вибоперемешивании наблюдается виброактивация компонентов смеси, что приводит к повышению прочности готового бетона. Виброактивация компонентов смеси объясняется обнажением поверхности зерен цемента и заполнителя, а также другими физико-химическими процессами. Активация цемента позволяет снизить его количество в приготавливаемом растворе без снижения прочности готового материала.

Установка в нижней части емкости турбулентного смесителя высокочастотных пневматических вибраторов, позволяет восстановить восходящее движение вязких составов и делает возможным эффективное перемешивание малоподвижной пенобетонной массы с пониженным содержанием воды (рис.3).

Высокочастотные виброимпульсы в районе нижней части емкости смесителя полностью устраняют уплотнение материала возле стенок, где, наоборот, наблюдается псевдоразжижение приготавливаемого материала. Иными словами, вязкий, малоподвижный материал, возле стенок емкости турбулентного смесителя становится более подвижным, активно поднимается вверх, где захватывается воронкой и повторно подается на ротор-активатор установки.

Применение высокочастотных вибраторов, установленных на турбулентных бетоносмесителях, позволяет значительно расширить номенклатуру приготавливаемых составов, освоить выпуск новых материалов на оборудовании, претерпевшем лишь незначительную модернизацию.

Пневматические шаровые или роликовые вибраторы, безопасны в работе, для их эксплуатации требуется лишь проводка питающих шлангов. При высокой частоте пневматические вибраторы имеют низкую амплитуду колебаний, что делает ненужной применение массивных виброизоляторов, снижающих негативное воздействие вибрации на раму и другие конструктивные части бетоносмесителя.

Высокочастотная вибрация в производстве пенобетона.

Многие производители пенобетона напрасно опасаются воздействия высокочастотных виброимпульсов на формируемые пустоты (поры). Правильно приготовленный пенобетон (поробетон) с пустотами сферической формы и идентичных типоразмеров, совершенно спокойно переносит низкоамплитудную виброобработку, в то время как виброобработка пенобетонной массы, пронизанной ослабляющими микропорами, действительно вызывает некоторое уменьшение объема. Однако такое уменьшение объема (и соответственно увеличение плотности материала) следует признать полезным, так как падение объема обусловлено схлопыванием микропор и более рациональным распределением пустот в приготавливаемом материале. Иными словами, высокочастотная виброобработка пенобетона зачастую повышает его качество, даже в случае, когда неправильно подобранное количество свободной воды вызвало появление ослабляющих микропор. Для компенсации потери первоначального объема пенобетонной массы и снижения плотности получаемого материала, следует незначительно увеличить коkичество пенообразователя используемого для получения пенобетона.