На правах рукописи

Щербинина Ольга Александровна

СПОСОБ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

МЕХАНОАКТИВИРОВАННОГО ВЯЖУЩЕГО

05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород – 2014 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Уваров Валерий Анатольевич

Официальные оппоненты: Галицков Станислав Яковлевич доктор технических наук, профессор, «Самарский государственный архитектурностроительный университет», заведующий кафедрой механизации, автоматизации и энергоснабжения строительства Сиваченко Леонид Александрович доктор технических наук, профессор, «Белорусско – Российский университет», профессор кафедры строительные, дорожные, подъемно – транспортные машины и оборудование

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Государственный университет – учебно – научно – производственный комплекс»

Защита диссертации состоится 22 октября 2014 г. в 12-30ч на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им.

В.Г. Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» www.gos_att.bstu.ru

Автореферат диссертации разослан « » 2014г.

Ученый секретарь диссертационного совета И.А. Семикопенко

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В связи с действующими экономическими реалиями в РФ на современном этапе, в секторе строительства уже весьма продолжительное время ведется интенсивный поиск эффективных и вместе с тем недорогих теплоизоляционных и конструкционных решений при строительстве, как жилых, так и промышленных зданий, и сооружений, а так же в индивидуальном жилищном строительстве. Одним из решений, способным удовлетворить вышеуказанным требованиям, ученые и производственники считают развитие производства пенобетона.

При нормальных условиях эксплуатации срок службы пенобетона не ограничен, он со временем становится только прочнее. Пенобетон по теплоизоляционным свойствам примерно в 10 раз лучше, чем бетон, а его себестоимость по сравнению с автоклавным газобетоном ниже на 25% и значительно ниже себестоимости строительного кирпича. Приведенные преимущества объясняет повышенный интерес к пенобетону как теплоизолирующему материалу в современных сложных экономических условиях.

Практика изготовления пенобетона показывает на большие различия в физико – механических показателях готовых изделий. Это связано с влиянием многих факторов, зачастую производителями не учитывается такой фактор, заметно влияющий на активность цементов, как продолжительность его хранения на складе после изготовления. Любой цемент при хранении теряет 15-20 % своей активности через 3 месяца и 20-30 % через месяцев. Процесс идет не только из-за присутствия влаги в воздухе, но и под воздействием атмосферной углекислоты. Для получения пенобетона необходимо, чтобы сроки схватывания цемента были минимальные. Как правило, начало схватывания – 2-3 часа. Но для пенобетона нужно, чтобы система быстрее набирала прочностные показатели, иначе пена начинает разрушаться, и в это время необходимо, чтобы цементная система приобрела определённую пластическую прочность. Поэтому при получении особенно лёгких пенобетонов приходится применять активацию цемента или применять совместную механическую и химическую активации. Механоактивация цемента позволяет снизить расход вяжущего при производстве пенобетона до 20%, что положительно сказывается на себестоимости готового пенобетона.

Вместе с тем, существующие технологические решения и оборудование, реализующее их, в России находятся в стадии постоянного усовершенствования.

Главным недостатком для производителей и потребителей технологического решения является большой набор единиц техники, входящих в стандартный технологический комплекс, а значит повышенные энергопотребление, металлоемкость и, соответственно, стоимость готового продукта. Обычно стандартный комплекс для производства пенобетона включает питатели-дозаторы, емкости расходных материалов, пеногенератор, смеситель - активатор, накопительную емкость и перекачивающий насос. Решить указанные выше проблемы можно путем совмещения ряда технологических операций в одном аппарате, например: активации цементного раствора и гомогенизация пенобетонной смеси. Для осуществления предложенного варианта необходимо разработать такое технологическое решение, которое обеспечило производство пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке, а так же провести исследование лабораторного образца и сделать выбор рациональных режимов его работы.

';

На основании всего перечисленного выше, можно сделать вывод об актуальности данной проблемы и определить цель настоящей работы.

Цель работы – разработка способа и оборудования для получения пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего, обеспечивающих снижение расхода вяжущего до 20% при производстве пенобетона.

Задачи исследований:

1. Провести анализ направлений развития технологических и технических решений при производстве пенобетона и выявить направления развития технологических решений при производстве пенобетона.

2. Разработать способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке, обеспечивающий снижение расхода вяжущего до Провести теоретические исследования предложенного способа, конструктивно-технологических параметров установки для производства пенобетонной смеси.

4. Исследовать технологический процесс и режимы работы роторно-пульсационной установки в составе производственной линии для производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего и определить влияние времени предварительной механоактивации.

5. Получить методом планирования многофакторного эксперимента уравнения регрессии для прочности, плотности и теплопроводности пенобетонных блоков от входных конструктивнотехнологических факторов, и провести экспериментальную проверку в лабораторных и промышленных условиях разработанных теоретических моделей.

Определить рациональные параметры процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего и методику расчета рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-пульсационной установки.

7. Разработать технологическую схему реализации способа производства пенобетонной смеси в роторно-пульсационной установке с использованием механоактивированного вяжущего и апробировать её в условиях реального производства.

Научная новизна заключается в получении:

- нового способа и оборудования для получения пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего, обеспечивающих снижение расхода вяжущего до 20%.

- аналитических выражений для расчета радиальной компоненты вектора скорости движения вязкого материала в роторно-пульсационной установке;

- аналитических выражений для расчета тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной установки;

- уравнений, позволяющих вычислить величины давления, оказываемого материалом на корпус роторно-пульсационной установки;

- аналитических выражений для расчета полной затрачиваемой мощности роторно-пульсационной установки при производстве пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего;

- уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные режимы процесса производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего предложенным способом.

Практическая значимость работы заключатся в получении на основании экспериментальных исследований и теоретических разработок принципиально нового технологического решения – способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего, на данное технологическое решение подана заявка на изобретение № 2013151717.

Полученные теоретические модели, технологические решения, а также рекомендации по рациональным рабочим режимам роторно-пульсационной установки могут быть использованы при расчете и проектировании технологических процессов пролучения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-технических конференциях: «Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов»; (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2011, 2012, 2013 г.).

Реализация работы.

Экспериментальные и теоретические результаты данной работы апробированы и внедрены в ООО «Ударник» (г. Белгород) при производстве пенобетона, в учебном процессе при выполнении дипломных и курсовых проектов на кафедре «Механического оборудования» БГТУ им.

В.Г. Шухова.

Результаты диссертационной работы рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Механического оборудования» в мае 2014 года.

Публикации.

По результатам работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в центральных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получен патент на полезную модель РФ.

Автор защищает.

1. Новый способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке обеспечивающий снижение расхода вяжущего до 20%, защищенный патентом РФ на изобретение.

2. Аналитические выражения для вычисления радиальной компоненты вектора скорости вязкого материала в роторно-пульсационной установке.

3. Уравнения для вычисления тангенциальной компоненты вектора скорости вязкого материала в корпусе роторно-пульсационной 4. Зависимости для определения давления, оказываемого материалом на корпус роторно-пульсационной установки.

5. Выражения, определяющие потребляемую мощность роторнопульсационной установки.

6. Зависимости для определения высоты подъема материала в расширительном бункере от конструктивных и технологических параметров.

7. Расчётную схему обоснования выбора системы координат и расположения основных конструктивных элементов роторно-пульсационной установки.

8. Регрессионные модели, позволяющие определить влияние основных варьируемых факторов при производстве пенобетонной смеси, обусловленных протеканием процесса на теплопроводность, прочность, и плотность изделий.

9. Теоретически обоснованное конструктивное решение роторнопульсационной установки, позволяющее снизить расход вяжущего до 20%.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из: введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 134 наименований; работа изложена на 147 страницах, содержит 43 рисунка, 6 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, указана научная новизна, практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ способов получения пенобетона и оборудования для их реализации, так же рассмотрено влияние механоактивации на последующие свойства цемента при производстве пенобетона.

Выполнено обоснование возможности и целесообразности использования способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего.

Приведена технологическая схема производства пенобетона по предложенному способу (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема производства пенобетона 1-емкость для воды, 2-емкость для цемента, 3-емкость для песка, 4- емкость для пенообразователя,5- бункер, 6- РПУ, 7- компрессор, 8-пеногенератор, 9-формы, 10- обратный клапан, 11-клапан, 12- выпускной патрубок, 13- выходной патрубок, 14- клапан, 15- электродвигатель, 16- частотно-импульсный преобразователь,17- патрубок.

Пенобетон по представленной технологической схеме получают следующим образом. В зависимости от объема герметичного бункера 8 из емкости 1 поступает заданное количество воды. Вращение роторно-пульсационной установки 7 осуществляется электродвигателем 16, и вода циркулирует по замкнутому циклу. В циркулирующий поток воды через бункер 8 из емкостей 2 и 3 дозируется цемент и при необходимости песок соответственно. Далее из герметичного бункера 8 компоненты пенобетонной смеси через патрубок 10 поступают в роторно-пульсационную установку 7. Здесь происходит гомогенезация и механоактивация растворной смеси. При этом ротор установки вращается с частотой от 3000 до об/мин. Регулировка частоты вращения ротора осуществляется при помощи регулируемого электропривода, в состав которого входит частотноимпульсный преобразователь 17 и электродвигатель 16. Оптимальное время активации происходит в течение 5-10 минут. После этого подготовленный рабочий раствор выбрасывается через патрубок 11 в герметичный бункер 8, где непрерывно циркулирует. Затем в пеногенератор 4 подается раствор пенообразователя из емкости 5 и сжатый воздух от компрессора Полученная в пеногенераторе 4 пена подается в камеру смешения 7 роторно-пульсационной установки одновременно с циркулирующим рабочим раствором. При этом клапан 12 на входе в бункер 8 закрыт. Поризация пенобетонной смеси происходит при частоте вращения ротора – 3000 об/мин, которая создает необходимое давление готовой смеси, что обеспечивает ее последующую транспортировку без использования вспомогательного устройства. Далее готовая смесь попадает в выходной патрубок 13, затем через открытый клапан 14 по трубопроводу поступает к месту заливки 15. Из бункера 8 избыточное давление сбрасывается в атмосферу с помощью обратного клапана 9.

Исходя из этого, использование предлагаемого совмещенного способа производства пенобетона позволит повысить производительность, улучшить качество готового продукта, снизить расход цемента и время на получение смеси при изготовлении пенобетона заданной плотности, кроме того осуществить транспортировку смеси на расстояние при этом не используя вспомогательные устройства.

Основным оборудованием в технологической линии по производству пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего является роторно-пульсационная установка представленая на рис. 2.

Рабочая часть роторно-пульсационной установки для производства пенобетона, состоит из корпуса, внутри которого расположен вал, на котором установлен шнек, с помощью которого компоненты пенобетонной смеси нагнетаются к рабочему колесу, также установленному на валу.

Процесс гомогенизации и поризации смеси происходит в образующемся узком зазоре между сегментами ротора и статора.

Рис. 2. Схема роторно-пульсационной установки 1 – корпус; 2 – вал; 3 – шнек; 4 – колесо рабочее; 5 – цилиндр статора малый; 6 – цилиндр статора большой; 7 – цилиндр ротора малый;

8 – цилиндр ротора большой; 9 – патрубок выходной; 10 – стакан приводной; 11 – стакан загрузочный; 12 – патрубок приемный;

13 – электродвигатель; 14 – муфта; 15 – рама; 16 – штуцер Поставлены цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрено движение вязкой среды в корпусе роторно-пульсационной установки для производства пенобетона. Математической основой теоретического исследования движения вязкой среды в корпусе РПУ является уравнение движения вязкой среды (уравнение Навье-Стокса), которое в векторной форме имеет вид:

В силу того, что в уравнение (1) входит также неизвестная величина Р (давление) в рассмотрение необходимо включить уравнение непрерывности:

Далее предполагая, что плотность движущейся среды в корпусе РПУ является величиной постоянной ( const ), поэтому уравнение (3) принимает вид:

Следовательно, уравнения (1) и (4) представляют полную систему уравнений, позволяющих исследовать поведение вязкой среды внутри корпуса РПУ.

Форма записи уравнения (1) предполагает отсутствие массовых сил.

Согласно расчётной схеме, представленной на рисунке 3, корпус РПУ без накопительного бункера обладает аксиальной симметрией, поэтому нахождение компонент вектора скорости движения вязкой среды внутри корпуса РПУ проще восполнять в цилиндрической системе координат ( r,, z ) с центром в точке 0. Если обозначить через r,, z соответственно радиальную, тангенциальную и «z» - компонента вектора скорости в цилиндрической системе координат, тогда для нахождения компонент плоского движения вязкой среды в плоскости перпендикулярной оси симметрии корпуса РПУ на основании (1) и (4) получаем следующие уравнения:

В силу аксиальной симметрии движения вязкой среды внутри корпуса РПУ естественно предположить, что все искомые величины для установившегося движения зависят только от одной переменной, а именно:

Учитывая, что дифференциальную операцию можно представить в виде:

Рис. 3. Расчётная схема обоснования выбора системы координат и расположения основных конструктивных элементов РПУ Поэтому на основании (8) и (9) уравнения (5) – (7) для движения вязкой среды в корпусе РПУ примут окончательно следующий вид:

Таким образом, полученные соотношения (10) – (12) представляют собой полную систему уравнений, решение которой позволяет найти искомые величины радиальной, тангенциальной компонент вектора скорости и давление «Р» внутри корпуса РПУ.

Для нахождения значений компонент скорости внутри корпуса РПУ разобьём весь внутренний объём корпуса на «i» зон, здесь «i» принимает значения от нуля до 4. Нулевая зона – это зона движения среды, заключённая в пределах R0 r R1.

Первая зона соответствует движению в пределах вторая в пределах третья в пределах R3 r R4, четвёртая в пределах R4 r R5.

Найдём решение дифференциального уравнения (12) для каждой из введённых зон. Интегрирование уравнения (12) приводит к следующему соотношению:

Так, для нулевой зоны ( i 0 ) значение константы интегрирования 0 можно найти исходя из следующего граничного условия:

Подстановка (15) и (16) в (14) приводит к результату:

На основании (18) и (14) находим выражение определяющее изменение радиальной компоненты скорости вязкой среды в нулевой зоне:

Для определения радиальной компоненты скорости схода материала с прорези в корпусе вращающегося цилиндра радиуса R1 воспользуемся расчётной схемой, представленной на рисунке 4.

Рис. 4. Расчётная схема к определению радиальной составляющей скорости схода материала с прорези в корпусе вращающегося цилиндра Радиальная составляющая скорости W1 схода для значения r R1 определяется выражением вида:

Согласно (14) и (20) для r R1 выполняется равенство:

Из соотношения (21) находим, что Подстановка (22) в (14) приводит к следующему результату:

Радиальные составляющие скорости во 2,3 и 4 зонах определяются следующими соотношениями:

Подстановка (14) в (11) с учётом (13) позволяет привести уравнение (11) к следующему виду:

формулой (22), а остальные значения определяются следующими соотношениями:

соотношению:

тогда уравнению (27) можно придать следующий вид:

Для нахождения решения дифференциального уравнения (32) сделаем замену аргумента функции согласно соотношению:

Проведя ряд подстановок приводим уравнение (32) к следующему виду:

С математической точки зрения дифференциальное уравнение (34) представляет собой дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами. Для построения решения (34) необходимо найти решение характеристического уравнения вида:

Решением уравнения (35) являются соотношения:

Используя (36) можно найти решение уравнения (34) С учётом (33) выражение (37) принимает окончательно следующий вид:

На основании выражения (38) находим тангенциальные составляющие скорости движения вязкого материала в корпусе РПУ.

В силу неподвижности цилиндра с радиусом R4 в области 4 значение тангенциальной скорости Для нахождения величины давления, оказываемого на корпус РПУ воспользуется уравнением (10).

Подстановка в уравнение (10) соотношений определяющих радиальную и тангенциальную составляющую скорости движения материала в зоне 4 приводит к следующему результату:

С учётом (26) уравнение (44) принимает вид:

Интегрирование дифференциального соотношения (45) в пределах от R4 до R5 приводит к следующему соотношению:

Согласно расчетной схемы предоставленной на рисунке 3 давление оказываемое материалом на корпус РПУ уравновешивается высотой столба материала в бункере, на основании сказанного можно записать следующие выражение:

Из соотношения (47) находим высоту подъёма материала в расширительном бункере:

Для случая радиального расположения прорезей на поверхности цилиндров ( 3= 4=0) формула (48) упрощается и принимает следующий вид:

Расчет потребляемой роторно-пульсационной установкой мощности выполним в рамках гидродинамической модели Куэтта с использованием диссипативной функции Если предположить, что основные затраты мощности РПУ затрачиваются на поддержания движения материала в корпусе установки и определяться интегральным выражением вида:

Если предположить далее, что коэффициент кинематической вязкости «» и плотности материала «» постоянные величины во всем рассматриваемом объёме, который согласно расчетной схемы 3 разбивается на зоны, поэтому с учётом (50) выражение (51) можно записать в следующем виде:

Таким образом, полученные аналитические выражения (53) и (54) в совокупности определяют мощность, которую необходимо затратить для приведения в движение материала с заданными технологическими параметрами и конструктивными размерами РПУ.

В третьей главе определен план и методика проведения экспериментальных исследований по производству пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке.

Для проведения эксперимента разработан способ получения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке. Подобрана контрольно-измерительная аппаратура, используемая при проведении эксперимента. Выявлены основные факторы, влияющие на эффективность процесса получения пенобетона в роторнопульсационной установке, установлены уровни их варьирования, определены параметры оптимизации.

В качестве плана эксперимента выбран план полного факторного эксперимента ЦКОП 24. Основные варьируемые факторы: nв (х1)– число оборотов вала ротора при механоактивации, 1586-4414 об/мин, tак (х2)– время механоактивации, 2,9-17,1 мин, В/Ц (х3)– водоцементное соотношение, 0,53 – 0,67, Pп (х4)– давление подаваемой пены, 0,28 – 0,42 Мпа.

В качестве функций отклика на воздействие факторов, определяющих процесс производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего выбраны: прочность пенобетонного блока R (по ГОСТ 10180-90), плотность пенобетонного блока (по ГОСТ 12730.1теплопроводность пенобетонного блока (по ГОСТ 7076-99). На рис. 5 представлен общий вид экспериментальной установки.

Рис. 5. Общий вид экспериментальной установки В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, получены и проанализированы уравнения регрессии, осуществлен выбор рационального режима процесса получения пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке.

Влияние исследуемых факторов на плотность, выражается уравнением регрессии в кодированном виде:

= 312,24 + 4,9051 + 1,7251 + 1,1871 2 1, На основании знаков и величин коэффициентов при соответствующих факторах и эффектах их взаимодействия можно сделать краткий анализ уравнения 55.

Соответствие полученного уравнения регрессии реальному процессу производства пенобетона подтверждает, то что, знаки «минус» при факторах х3 и х4- увеличение значения этих факторов ведет к снижению плотности пенобетона. Знак «минус» перед х4 показывает, что с увеличением давления подаваемой пены, плотность готового пенобетона будет снижаться, поскольку количественное соотношение объема цементного камня и пузырьков вовлекаемого воздуха будет расти в пользу последнего.

Исходя из чего, можно сделать вывод, что на плотность пенобетона все факторы влияют по-разному, о чем говорят различные величины коэффициентов и знаки перед ними.

По полученным уравнениям регрессии были построены графические зависимости. Наиболее характерные из них приведены на рис. 6 – 8.

Рис. 6. Графические зависимости = f(nв) при (tак; В/Ц)=const Изображенные графики (рис. 6) показывают, что при увеличении оборотов nв=1586 4414 об/мин плотность готового блока растет и достигает своего максимального значения =324,48 кг/м3 при частоте оборотов 4414 об/мин и давлении подаваемой пены 0,3 МПа и фиксированных значениях t=10 мин, В/Ц=0,6.

Полученные графики (рис. 6) показывают, что плотность пенобетонного блока снижается при росте водоцементного соотношения. Из графиков видно, что снижение плотности происходит от =322 кг/м3, при nв=4000 об/мин, до 308 кг/м3 при nв=2000 об/мин, так как степень значимости В/Ц соотношения имеет большую роль для плотности.

Уравнение регрессии, выражающее зависимость прочности готового пенобетонного блока от исследуемых факторов в кодированной форме, имеет вид:

= 0,694 + 0,0321 + 0,00351 0,01121 2 + 0,001251 3 + 0,001251 4 + 0,0262 + 0,011252 3 + 0, Из уравнения регрессии (56) мы видим, что наибольшее значение на величину прочности получаемого пенобетона оказывает число оборотов вала ротора при механоактивации. Так как перед величинами коэффициентов х3 и х4 стоит знак «минус», увеличение значений этих коэффициентов приводит к снижению прочности готового пенобетона. Увеличение числа оборотов вала ротора и времени механоактивации приводит к росту прочности, о чем свидетельствуют положительные знаки при соответствующих коэффициентах.

Зависимость прочности R= (в ) имеет почти линейную восходящую характеристику. С увеличением числа оборотов вала ротора при механоактивации прочность готового пенобетона растет, т.к. значительно увеличивается степень гидратации цемента. Из графика видно, что значительное влияние на прочность оказывает давление подаваемой пены. Максимальная прочность R=0,69 МПа достигается при Pп=0,3 МПа, nв= об/мин, t=10 мин, В/Ц=0,6. Зависимость прочности R= f ( В / Ц ) имеет убывающую характеристику, причем на графике видно, что чем выше число оборотов вала при механоактивации, тем прочность пенобетона выше. Это объясняется тем что наибольшее влияние на прочность пенобетонных блоков оказывает две величины – В/Ц соотношение и степень гидратации цемента, при этом степень гидратации находится в числителе, а водоцементное соотношение в знаменателе. Максимального значения R=0,677 МПа прочность достигает при nв= 4000 об/мин, В/Ц= 0,53.

Рис. 7. Графические зависимости R = f(nв) при (В/Ц; tак)=const Уравнение регрессии, выражающее зависимость теплопроводности готовых пенобетонных блоков от исследуемых факторов в кодированной форме, имеет вид:

= 0,081 0,000711 + 0,001851 + 0,0001251 2 + 0,000251 3 + 0,000251 4 0,000612 + 0,00162 + 0, 3 0,000252 4 0,0001123 + 0,00163 + 0, Проанализировав уравнение (57) сделаем вывод, что увеличение всех параметров приводит к снижению теплопроводности. Отрицательный знак при коэффициенте взаимного влияния при х2 х4 говорит о том, что при его увеличении теплопроводность готовых пенобетонных блоков снижается. Положительные знаки при всех других коэффициентах взаимного влияния показывают, что их увеличение приводит к росту теплопроводности.

Графики теплопроводности = (в ) показывают, что с увеличением оборотов вала ротора от 1586 до 4414 об/мин, происходит снижение теплопроводности, с разной степенью интенсивности. Из графиков видно, что теплопроводность f ( В / Ц ) имеет экстремальный характер, ее экстремум достигает своего минимума и равен 0,0629 Вт/(м 0С) при значении В/Ц=0,6.

Рис. 8. Графические зависимости = f(nв) при (tак; В/Ц)=const Для поиска экстремумов были выполнены следующие условия:

значения плотности и теплопроводности должны стремиться к минимуму, а величина прочности - к максимуму.

Это достигается при следующих значениях факторов: число оборотов вала ротора при механоактивации nв = 3300 об/мин; время механоактивации tак = 10 мин; водоцементное соотношение В/Ц = 0,58; давление подаваемой пены Pп = 0,35 МПа.

В пятой главе приведены данные по промышленному внедрению способа производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в ООО «Ударник» (г. Белгород).

Техническую и экономическую целесообразность внедрения нового способа производства пенобетонной смеси показали проведенные технико-экономические расчеты. Срок окупаемости составил 0,54 года.

Экономический эффект за 3 года составил 2263883,2 руб.

1. Рассмотрены основные технологические и технические решения при производстве пенобетона, пути развития и совершенствования технологии и техники для производства пенобетонных смесей с использованием механоактивированного вяжущего. Установлено, что в связи с развитием индивидуального жилищного строительства для производства пенобетонных смесей перспективны мобильные установки. Предложено разработать способ и оборудование для производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего.

2. На уровне изобретения разработан и запатентован новый способ производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке.

3. Аналитическим путем получены: выражения, определяющие радиальную и тангенциальную составляющие скорости движения материала во внутренней области роторно-пульсационной установки; уравнение, определяющее потребляемую мощность роторно-пульсационной установки; зависимости, определяющие высоту подъема материала в расширительном бункере от конструктивных и технологических параметров.

4. В лабораторных и опытно-промышленных условиях осуществлена экспериментальная проверка разработанных теоретических и технологических моделей. Определены зависимости и величины влияния исследуемых параметров: оборотов вала ротора nв, времени механоактивации tак, водоцементного соотношения В/Ц, и давления подаваемой пены Pп. на плотность, прочность R и теплопроводность готовых пенобетонных блоков. Определена общая область расположения оптимумов с учетом выходных параметров, что подтверждается адекватностью квадратичных моделей.

5. На основе рассчитанных уравнений регрессии осуществлена оптимизация процесса производства пенобетона с использованием механоактивированного вяжущего в роторно-пульсационной установке при условиях, когда выполняется требование min, Rmax, min.

Выявлено, что для любого сочетания входных величин от числа оборотов вала ротора nв, времени механоактивации tак, водоцементного соотношения В/Ц, и давления подаваемой пены Pп. существует их оптимальное сочетание, когда прочность стремится к максимуму, а плотность и теплопроводность - к минимуму. Это возможно при следующих значениях величин: nв =3300 об/мин, t=10 мин, В/Ц=0,58, Pп=0,32 МПа. Проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных значений мощности затрачиваемой роторно-пульсационной установкой, который показал наибольшее расхождение 9,4 %, что свидетельствует об адекватности теоретических исследований 6. Осуществлен в промышленных условиях способ производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего в ООО «Ударник», показавший высокую эффективность использования данного способа производства в роторно-пульсационной установке при производстве пенобетонной смеси, обеспечивающей снижение расхода вяжущего до 20%. В аккредитованном сертификационном испытательном центре «БГТУ – сертис» подтверждено соответствие качественных показателей пенобетонных блоков с использованием механоактивированного вяжущего, получаемых в роторно-пульсационной установке согласно требованиям предъявляемым ГОСТ 24485 – 89.

7. Техническую и экономическую целесообразность внедрения нового способа производства пенобетонной смеси с использованием механоактивированного вяжущего на ООО «Ударник» показали проведенные технико-экономические расчеты. Экономический эффект за 3 года составил 2263883,2 руб. Срок окупаемости составил 0,54 года.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Щербинина О.А. Получение разрешающей системы уравнений для расчета движения смеси в роторно-пульсационной установке для получения пенобетона / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин, В.А. Уваров // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова №4 – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2013.

– С. 78-81.

2. Щербинина О.А. Вычисление значений поля скоростей смеси пенобетона в роторно-пульсационной установке при турбулентном режиме / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин, В.А. Уваров // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова №5 – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2013. – С. 71-75.

3. Щербинина О.А. Мокрая механоактивация вяжущего компонента пенобетонной смеси / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей вып. – Белгород 2012. – С. 516-518.

4. Щербинина О.А. Способ и оборудование для производства пенобетона с применением механоактивированного вяжущего / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов:

Межвузовский сборник статей вып. 12 – Белгород, 2013. – С. 491-494.

5. Щербинина О.А. Оборудование, используемое для мокрого домола цемента при производстве пенобетона / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей вып. 12 – Белгород, 2013. – С. 495-499.

6. Щербинина О.А. Сухая механоактивация вяжущего компонента пенобетонной смеси / О.А. Щербинина, И.А. Щербинин // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей вып. 12 – Белгород, 2013. – С. 500-502.

7. Патент РФ №107503 Роторно-пульсационный комплекс для производства пенобетона. / Ибрагимов Д.В., Щербинина О.А., Шахова Л.Д., Щербинин И.А., Уваров В.А./ Дата публикации: 2011.09.03.

вектор скорости движения среды в РПУ, (м/с) P - давление внутри РПУ, (Па) коэффициент кинематической вязкости, (м 2 /с) оператор Лапласса, R0 - расстояние от центра вращения до вращающейся лопасти, м R1 - радиус первого вращающегося цилиндра, м R2 - радиус второго (неподвижного) цилиндра, м R3 - радиус третьего (вращающегося) цилиндра, м R4 - радиус четвёртого (неподвижного) цилиндра, м R5 - радиус корпуса РПУ, h длина патрубка, м H - высота подъёма массы смеси в бункере, м HB - линейный размер высоты накопительного бункера, м 1 дифференциальный оператор i= 1,2….4 - номер рассматриваемой зоны, i константа интегрирования, W0 - значение скорости схода материала с радиально расположенной лопасти ротора.

частота вращения ротора, с f коэффициент трения вязкой среды о лопатку ротора.

1 угол, определяющий отклонение оси прорези от радиального направления.

g - ускорение свободного падения, м2/с Отпечатано в Белгородском государственном технологическом