способ получения пенобетонной смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения пенобетонной смеси, включающий приготовление технологической смеси путем перемешивания поверхностно-активного вещества, воды, цемента и кремнеземистого компонента, отличающийся тем, что технологическую смесь поризуют сжатым воздухом в смесителе, имеющем эжектор, ротор с лопастями, установленный с возможностью вращения и образования зоны разрежения, путем многократного прохождения технологической смеси через эжектор и зону разрежения, с образованием множества мелких воздушных пор, давление воздуха в которых равно давлению в смесителе, при этом отбор поризованной технологической смеси производят через отверстие в нижней части смесителя.

2. Устройство для осуществления способа получения ячеистобетонной смеси, содержащее смеситель для приготовления технологической смеси, отличающееся тем, что оно снабжено соединенным со смесителем для приготовления технологической смеси посредством растворонасоса смесителем, имеющим корпус с конусообразной частью, воздуховод подачи сжатого воздуха, расположенный в конусообразной части корпуса ротор с лопастями, вертикальную трубу с радиальными каналами, соосно расположенную относительно ротора, в верхней части которой по касательной введен патрубок для подачи технологической смеси, а нижний конец трубы размещен в верхней части эжектора, размещенного над ротором.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что воздуховод установлен в вертикальной трубе, причем его нижний конец расположен ниже радиальных каналов.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что расширяющаяся часть эжектора выполнена в виде конической втулки, расположенной между лопастями ротора.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что верхняя часть эжектора установлена неподвижно по оси ротора с образованием каналов с вертикальной трубой.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вертикальная труба выполнена с конической воронкой, имеющей цилиндрический участок, причем воронка установлена над радиальными каналами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительной техники и может быть использовано, в частности, для получения ячеистых бетонов неавтоклавного твердения и их транспортировки к месту укладки в теплоизоляционных конструкциях здании и сооружений, а также для производства стеновых блоков, плит перекрытий и монолитного строительства.

До последнего времени применение ячеистого бетона сдерживалось отсутствием эффективной технологии получения пенобетонной смеси качественных пенообразователей, дешевого оборудования.

Известны различные способы и технологии получения ячеистого бетона, включающие приготовление пены в пенногенераторе, подача ее в смеситель с вяжущим и заполнителем (см. авт. св. СССР 1662988, кл. С 04 В 40/00, 1991. Патенты РФ 2078749, кл. С 04 В 38/02, 40/00, 1994; 2128154, кл. С 04 В 38/10, 1997 и др. ). Известные технологии не позволяют получать ячеисто-бетонные смеси низкой плотности, не дают однородной структуры затвердевшего цементного камня.

Аналогом заявляемого технического решения является также способ приготовления ячеисто-бетонной смеси неавтоклавного твердения (см. авт. св. СССР 1726459, кл. С 04 В 40/00, 1992). По этому способу пенобетонную смесь приготавливают путем едино-стадийного перемешивания всех составляющих пенобетонной смеси и дальнейшей транспортировки под давлением 0,5-3 МПа. При этом способе не обеспечивается получение равномерной смеси твердых частиц связующего заполнителя, воды и воздушных пор. Дисперсность всех фаз определяет устойчивость пенных систем и прочность получаемого материала. Кроме того, при одновременной подаче исходных компонентов в смеситель возможно образование свода внутри смесителя из сухих компонентов, что приводит к браку и поломке смесителя.

Известны также разнообразные по конструкции устройства для приготовления пенобетоииых смесей (см. ст. Меркин А.П. и др. Установка для получения и транспортирования пенобетонных смесей. Строительные и дорожные машины 11-12, 1992 г.; Патенты РФ 2078749, кл. С 04 В 38/02, 40/00, 1994 г.; 2085546, МКИ С 04 В 38/02, 40/00, 1995 г.; ст. Румянцев Б.М. Зудяев Е.А. Передвижной механизированный комплекс для устройства теплозвукоизоляционных слоев из пенобетонов "сухой минерализации", пром. и гражд. стр-ва. Промышленное строительство за 1997 г., 8, стр. 40-42.

Недостатком известных устройств является их относительная сложность и низкая надежность в работе, а также высокие требования к пенообразователям.

Близким аналогом к предлагаемому устройству по заявляемому изобретению стоит пенобетоносмеситель турбулентный (см. АО "Строминноцентр". Пенобетоносмеситель-турбулентный. Паспорт 1998 г. (пат. РФ 2173257 приоритет 2.02.2000 г., реестр 10 сентября 2001 г.), содержащий смеситель для исходных компонентов и ПАВ, с рабочим органом, находящимся в конусообразной части смесителя, и воздуховод сжатого воздуха. Главным недостатком аналога является то, что пенобетонная смесь готовится в одном смесителе и в зоне расположения ротора из-за неоднородных структур исходных компонентов над рабочим органом смесителя образуется "зависание", то есть образование необрушаемого свода из вяжущего и заполнителя, что заведомо приводит к браку и замедлению процесса перемешивания. В этом смысле предпочтительнее приготовление растворной смеси и ПАВ вести отдельно до заданной кондиции, как это предусмотрено по пат. РФ 2085546. Кроме этого для получения пенобетонной смеси необходимы высококачественные пенообразователи, а также ограничение рабочего давления сжатого воздуха в сосуде до 0,065 МПа не позволяет транспортировать пенобетонную смесь по рукаву на большие расстояния.

Ближайшим аналогом к предлагаемому способу получения пенобетонной смеси и устройству для его осуществления может быть способ получения ячеисто-бетонной смеси неавтоклавного твердения и выдача ее потребителю (см. пат. РФ 2085546, кл. С 04 В 38/02, 40/00). Сущность способа заключается в том, что растворную смесь готовят сначала в гидро, а затем в усредненном смесителе, вспенивание осуществляется путем прокачивания растворной смеси под давлением через эжектор-аэратор, с одновременной подачей в него ПАВ, после чего полученную смесь дополнительно подают в статический смеситель. Аналог имеет следующие недостатки: аэрация раствора в эжекторе-аэраторе происходит только при достаточном и непрерывном прохождении через него растворной смеси и минимальном противодавлении на выходе, осуществление на практики таких жестких условий очень сложно, а в ряде случаев невозможно; большое количество используемого оборудования и операций; уменьшение коэффициента - В/Т (коэффициент водо-твердото отношения) ограничено минимально необходимым количеством воды на пластификацию раствора для его прокачки, избыток воды в смеси отрицательно влияет на стабилизацию пенной системы и в итоге на качество конечного продукта.

Предлагаемый способ изготовления пенобетонной смеси состоит в том, чтобы, используя в комплексе лучшие технические решения, одновременно повышать качество приготовляемой пенобетонной смеси и уменьшать сложность применяемого оборудования.

Изобретение охватывается единым творческим замыслом, при осуществлении которого получается высокий технический результат. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе получения пенобетонной смеси, включающем приготовление технологической смеси путем перемешивания поверхностно-активного вещества, воды, цемента и кремнеземистого компонента, технологическая смесь поризуется сжатым воздухом в смесителе, имеющем эжектор, ротор с лопастями, установленный с возможностью вращения и образования зоны разрежения, путем многократного прохождения технологической смеси через эжектор и зону разрежения, с образованием множества мелких воздушных пор, давление воздуха в которых равно давлению в смесителе, при этом отбор поризованной технологической смеси производят через отверстие в нижней части смесителя. Такой способ получения пенобетонной смеси дает высокий технический результат: за счет однородности диспергированной системы; образования множества мелких воздушных пор; значительного уменьшение коэффициента - В/Т за счет добавления ПАВ на этапе приготовления технологической смеси; простота технологии при минимальной сложности технологического оборудования.

Устройство для осуществления заявленного способа получения пенобетонной смеси, содержащее смеситель для приготовления технологической смеси, отличающееся тем, что оно снабжено соединенным со смесителем для приготовления технологической смеси посредством растворонасоса смесителем, имеющим корпус с конусообразной частью, воздуховодом подачи сжатого воздуха, расположенным в конусообразной части корпуса ротором с лопастями, вертикальную трубу с радиальными каналами, соосно расположенную относительно ротора, в верхней части которой по касательной введен патрубок для подачи технологической смеси, а нижний конец трубы размещен в верхней части эжектора, размещенного над ротором.

Технический результат достигается тем что процесс получения пенобетонной смеси из технологической смеси осуществляется в смесителе, где в его конусообразной части установлен лопастной ротор и эжектор, причем эжектор состоит из двух частей, нижняя часть эжектора - его расширяющаяся часть - выполнена в виде конической втулки и установлена между "Г" образными лопастями ротора, а верхняя часть эжектора установлена над ротором по оси его вращения неподвижно на вертикальной трубе с радиальными каналами и конической воронкой, имеющей цилиндрический участок, причем воронка установлена над радиальными каналами, воздуховод подачи сжатого воздуха установлен в вертикальной трубе, причем его нижний конец расположен ниже радиальных каналов. Конструктивное решение смесителя предоставляет возможность осуществить поризацию технологической смеси последовательно, по мере движения ее в смесителе: технологическая смесь поризуется в вертикальной трубе потоком сжатого воздуха, поступающего в смеситель по воздуховоду в вертикальную трубу; технологическая смесь поризуется в эжекторе в потоке сжатого воздуха, всасываясь в зону разрежения, созданную вращением лопастного ротора; технологическая смесь поризуется в турбулентных потоках, возникающих по периферии вращения лопастей ротора при его вращении.

Повышенный технический результат достигается и тем, что в независимости от внешних факторов за счет величины разрежения в нижней расширяющейся части эжектора, достигается многократная прокачка технологической смеси через эжектор, причем при прекращении подачи сжатого воздуха в смеситель сжатый воздух для поризации технологической смеси в достаточном количестве поступает в эжектор через радиальные каналы вертикальной трубы.

Вся совокупность существенных признаков заявляемого комплексного объекта позволяет решить единую техническую задачу повышения качества пенобетонной смеси при минимальной сложности технологии изготовления и оборудования.

Ниже приводится пример осуществления изобретения, иллюстрируемый прилагаемыми чертежами и схемой.

На фиг.1 изображена технологическая схема заявляемого способа, на фиг.2 - вертикальный разрез по смесителю.

В общем виде схема производства пенобетонной смеси состоит из смесителя для приготовления технологической смеси 1, растворопровода 2, растворонасоса 3, соединенного шлангом 4 со смесителем для получения пенобетоиной смеси 5, воздуховода сжатого воздуха 6 с краном 7.

Смеситель для получения пенобетонной смеси из технологической смеси 5 (фиг.2) состоит из конусообразного корпуса 8 с устроенными фланцами в верхней и нижней частях (не показаны).

К фланцу в верхней части корпуса закреплена крышка 9, на корпусе установлен манометр 10, предохранительный клапан 11, патрубок 12 с краном 13 для сброса избыточного давления воздуха. Верхняя крышка 9 снабжена вертикальной трубой с радиальными каналами 15, на нижней части трубы 14 закреплена верхняя часть эжектора 16, между ними устроены проходы 17. В верхней части трубы 14 по касательной в направлении вращения ротора врезан патрубок для шланга 4 подачи технологической смеси и воздуховод 6 для подачи сжатого воздуха с краном 7.

К нижнему фланцу корпуса баропоризатора закреплен корпус 18 привода ротора с валом 19, уплотнениями 25, 26, 28, подшипниками 27, распорной втулкой 29, нижней крышкой 30 с сальником 31, в корпусе 18 устроено отверстие 36 с патрубком 37 и краном 38, и рукавом подачи готовой пенобетонной смеси. На валу 19 гайками 23, 24, закреплен ротор 20, на котором установлены лопасти 21. Между лопастями 21 закреплена коническая втулка 22, являющаяся расширяющейся частью сборного эжектора.

Привод вращения вала ротора осуществляется электромотором 35 через ременную передачу 33 и шкивы 34, 32.

Устройство для получения пенобетонной смеси работает следующим образом: в статическом смесителе кратковременным перемешиванием до однородности дозированного количества всех составляющих пенобетона (песок, цемент, вода, ПАВ) приготовляем технологическую смесь. Далее технологическая смесь растворонасосом под давлением закачивается в вертикальную трубу 14 смесителя по касательной в направлении вращения ротора с одновременной подачей туда сжатого воздуха. Завихрясь в конической воронке с цилиндрическом участком 40, технологическая смесь факелом распыляется в вертикальной трубе, где поризуется потоком сжатого воздуха, поступающего туда по воздуховоду 6, и далее всасывается через эжектор в зону разрежения, созданную вращением лопастей ротора. Претерпев перепады скорости и давления в эжекторе, технологическая смесь поризуется в воздушном потоке, далее разгоняясь центробежными силами вращения лопастей ротора, выбрасывается в периферийную область их вращения, где по линии раздела фаз (воздух/дисперсная смесь) возникают мощные турбулентные потоки, способствующие поризации технологической смеси. По мере накопления технологической смеси в смесителе она вновь вовлекается в процесс поризации, засасываясь в эжектор по проходам 17 за счет разности давления в смесителе и зоне лопастей. Под многократным воздействием перепадов давления и скорости в эжекторе хаотичным движением в турбулентных потоках вода и пенообразователь, находящиеся в технологической смеси, поризуются порами очень малого диаметра, увеличение объема пенобетонной смеси и изменение ее структуры достигаются только количеством пор.

При прекращении подачи сжатого воздуха в смеситель процесс поризации смеси не прекращается, сжатый воздух в эжектор всасывается через радиальные каналы 15 из верхней его части смесителя.

По окончании процесса поризации пенобетонная смесь выдавливается избыточным давлением воздуха из смесителя через кран, устроенный в нижней части емкости, и далее по рукаву транспортируется к месту укладки. Изменений в пенобетонной смеси во время ее движения по растворопроводу не происходит по причине незначительной скорости движения, но уже ближе к выходу из растворопровода начинает развиваться процесс увеличения объема пенобетонной смеси за счет избыточного внутреннего давления воздуха в порах. Процесс не имеет взрывного характера, а протекает медленно, что положительно сказывается на структурном построении пенобетонной смеси. Крупные и мелкие частицы заполнителя выдавливаются в межузловые пространства пор и с вяжущим выстраивают эластичный, но в то же время очень прочный объемный каркас. Все силы межмолекулярного сцепления воды, пенообразователя, вяжущего и заполнителя направлены на удержание остаточного давления в порах, в конечном счете объема пенобетонной смеси.

Получение пенобетонной смеси по заявленному способу и на устройстве для его осуществления предоставляет уникальную возможность использовать энергию сжатого воздуха в увеличении объема и структурном построении пенобетонной смеси.

При устройстве дополнительной емкости для накапливания технологической смеси процесс изготовления пенобетонной смеси осуществляется непрерывно.

Изготовление технологической смеси на первом этапе процесса предоставляет возможность, методом проб внося соответствующие корректировки, точно изготовлять готовый продукт по объемному весу.

Изготовленная пенобетонная смесь имеет высокопористую структуру с порами очень малого диаметра и с внутренним давлением воздуха в порах. Одно из достоинств этой смеси - легко удерживать в своем объеме во взвешенном состоянии любое количество крупных, тяжелых частиц заполнителя, позволяет по предложенной технологии изготовлять пенобетон объемным весом 350-1200 кг/м³ с содержанием заполнителя до 50% и выше к весу вяжущего, что значительно уменьшает его стоимость (в сравнении с аналогом по пат. 2078749).

При этом следует обратить внимание, что в аналоге по пат. 2078749 время перемешивания смеси при ее плотности от 520 до 1000 кг/м³ составляет от 2 до 10 мин, в то же время у аналога по авт. св. СССР 1726459 составляет 2,5 мин с плотностью 780 кг/м³. По предлагаемой технологии удается получать смесь с плотностью до 350 кг/м³ при сопоставимом времени перемешивания.

Изготовленная по предложенной к рассмотрению технологии пенобетонная смесь имеет сверхвысокую поризацию порами очень малого диаметра с остаточным внутренним давлением воздуха в порах, которое способствует построенной структуре пенобетонной смеси удерживать заданный объем, тем самым стабилизирует ее, исключая процесс расслаивания и максимально препятствуя истечению воды из смеси.