RU2384403C2

RU2384403C2 - Method of foam mix production

Info

Publication number: RU2384403C2
Application number: RU2008117097/03A
Authority: RU
Inventors: Наталья Владимировна Ефимова (RU); Наталья Владимировна Ефимова; Андрей Петрович Пустовгар (RU); Андрей Петрович Пустовгар; Михаил Васильевич Ольшевский (RU); Михаил Васильевич Ольшевский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью фирма "ВЕФТ"
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2010-03-20
Also published as: RU2008117097A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: at first tempering water is batched into ejector mixer equipped with horizontal disk rotor with radially arranged blades, via aerator arranged in the form of perforated aeration pipe vertically arranged in mixer. Then foaming agent is supplied via mixer hatch, and rotor is used to mix it with tempering water to produce concentrated solution of foaming agent. Afterwards mixer hatch is first charged with modifying additive, which is mixed with concentrated solution of foaming agent, then dry construction mix is supplied, or its components in any sequence, and with maximum rotation of rotor and closed charging hatch via vertical aeration pipe there is tempering water supplied to flush earlier prepared mix from upper part of mixer, and via vertical pipe coaxially installed in aeration pipe under pressure of up to 3 atmospheres - compressed air, and using air flow ejected into zone of underpressure over rotor and cavitation power pulses excited by rotating rotor, for 2-4 minutes they mix, enrich and form pores in mortar mix to produce finished products. Extraction of finished foam mix is done via discharging window with tap arranged in lower part of mixer.

EFFECT: simplification of production and technological cycle for preparation of foam mixtures and their products with simultaneous improvement of their physical and mechanical properties.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано, в частности, для получн6ия ячеистых смесей с елью изготовления теплоизоляционных конструкций зданий и сооружений, а также для производства стеновых блоков, плит перекрытий, и монолитного строительства. Известен способ получения ячеисто-бетонной смеси, по которому пенобетонную смесь приготавливают путем единостадийного перемешивания всех составляющих пенобетонной смеси и дальнейшей транспортировки под давлением 0,5-3 атм (SU 1726459, кл. С04В 40/00, 1992).The invention relates to the field of construction and can be used, in particular, for the production of cellular mixtures with spruce for the manufacture of heat-insulating structures of buildings and structures, as well as for the production of wall blocks, floor slabs, and monolithic construction. There is a method of producing a cellular concrete mixture, in which a foam concrete mixture is prepared by unilaterally mixing all the components of the foam concrete mixture and further transporting it under a pressure of 0.5-3 atm (SU 1726459, CL 40B 40/00, 1992).

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. Наиболее близким техническим решением является способ получения пенобетонной смеси заключающийся в том, что растворную смесь готовят сначала в гидро, а затем в усредненном смесителе, вспенивание осуществляется путем прокачивания растворной смеси подавлением через эжектор аэратор, с одновременно подачей в него ПАВ, после чего полученную смесь дополнительно подают в статический смеситель (RU, 2085546, кл. С04В 38/02, 2000).This method does not provide a uniform mixture of solid particles of a binder filler, water and air pores. The dispersion of all phases determines the stability of foam systems and the strength of the resulting material. In addition, while supplying the starting components to the mixer, it is possible to form a vault inside the mixer from dry components, which leads to marriage and breakage of the mixer. The closest technical solution is the method of producing a foam concrete mixture consisting in the fact that the mortar mixture is prepared first in a hydro, and then in an averaged mixer, foaming is carried out by pumping the mortar mixture by suppression through an ejector aerator, while surfactant is fed into it, after which the resulting mixture is additionally served in a static mixer (RU, 2085546, class C04B 38/02, 2000).

Главным недостатком данного способа 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.The main disadvantage of this method is that the foam concrete mixture is prepared in one mixer and in the zone where the rotor is located, due to the heterogeneous structures of the starting components above the working body of the mixer, “freezing” forms, that is, the formation of an unbreakable arch from the binder and aggregate, which obviously leads to marriage and slow down the mixing process.

Предлагаемый способ приготовления ячеистых смесей характеризуется тем, что предварительно в эжекторный смеситель, снабженный горизонтальным дисковым ротором с радиально расположенными лопастями, через аэратор, выполненный в виде вертикально расположенной в смесителе перфорированной трубы аэрации, производят дозированную подачу под давлением воды затворения, затем через люк смесителя подают пенообразователь и ротором перемешивают с водой затворения для получения концентрированного раствора пенообразователя, после чего, также через люк смесителя, сначала загружают модифицирующую добавку, перемешивая ее с водой затворения и пенообразователем, а затем - сухую строительную смесь, либо ее компоненты в любой последовательности и, при максимально вращающемся роторе и закрытом загрузочном люке, через коаксиально расположенную в трубке аэрации вертикальную трубку подают под давлением до 3-х атм сжатый воздух, и образованным, таким образом, водно-воздушным потоком, эжектируемым в зону разряжения над ротором, и возбуждаемыми от вращающегося ротора, кавитационными силовыми импульсами производят в течении 2-4 минут перемешивание, обогащение и поризацию растворной смеси до получения готовой продукции, а отбор готовой ячеистой смеси осуществляют через разгрузочное окно с отводом, расположенным в нижней части смесителя.The proposed method for the preparation of cellular mixtures is characterized by the fact that preliminarily, in an ejector mixer equipped with a horizontal disk rotor with radially arranged blades, an aerator made in the form of a perforated aeration pipe vertically located in the mixer provides a metered supply under pressure of mixing water, then it is fed through the hatch of the mixer the foaming agent and rotor are mixed with mixing water to obtain a concentrated foaming solution, after which, also black the hatch of the mixer, first load the modifying additive, mixing it with mixing water and a foaming agent, and then the dry building mixture, or its components in any order and, with the rotor turning as fast as possible and the loading door closed, through a vertical tube coaxially located in the aeration tube, under pressure up to 3 atm, compressed air, and thus formed by a water-air flow ejected into the discharge zone above the rotor, and cavitational force excited from the rotating rotor pulses for 2-4 minutes produce mixing, enrichment and porization of the mortar mixture to obtain the finished product, and the selection of the finished mesh mixture is carried out through the discharge window with a tap located at the bottom of the mixer.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки для осуществления способа, на фиг.2 изображено расположение над днищем установки ротора с полостями, отбойных лопаток и экранов кавитации; на фиг.3 изображен фрагмент коаксиально расположенных в смесителе труб с перфорированной дроссельной заслонкой между ними.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the installation for implementing the method, figure 2 shows the location above the bottom of the installation of the rotor with cavities, jack blades and cavitation screens; figure 3 shows a fragment of coaxially arranged pipes in the mixer with a perforated throttle valve between them.

Установка для осуществления способа содержит смеситель 1, устройство подачи в смеситель сжатого воздуха 2, устройство дозированной подачи воды под давлением 3 в смеситель 1, внутри которого в нижней его части установлен горизонтальный дисковый ротор с радиально расположенными лопастями, и отбойные лопатки 6, прикрепленные к внутренней поверхности корпуса смесителя 1. Устройство дозированной подачи воды 3 выполнено в виде объемного камерного насоса 7 с датчиком контроля уровня воды 8 и с водозаборным трубопроводом 9, снабженным обратным клапаном 10. Водозаборный трубопровод 9 сообщен с полостью смесителя 1 при помощи аэратора, выполненного в виде вертикальной, соосно расположенной в корпусе последнего перфорированной трубы аэрации 11 с перфорацией 12, диаметр отверстий которой по длине трубы увеличивается сверху вниз. Труба аэрации 11 заканчивается коническим сужением 13. Устройство подачи сжатого воздуха 2 выполнено с коаксиально расположенной в трубе аэрации 11 вертикальной трубой 14, свободный конец которой расположен в коническом сужении 13 трубы аэрации 11. Образованная между вертикальной трубой аэрации 11 и коаксиально расположенной в ней вертикальной трубой 14 подачи сжатого воздуха полость перекрыта перфорированной дроссельной заслонкой 15, установленной в верхней части указанных труб. Дроссельная заслонка 15 выполнена с перфорацией 16. Обращенные к центру концы лопастей 5 ротора 4 объединены между собой общей обечайкой 17, которая выполняет функцию подвижной части эжектора с внутренним коническим расширением, направленным в сторону диска 18 ротора, а коническое сужение 13 трубы аэрации 11 выполняет функцию неподвижной части эжектора. Корпус смесителя имеет загрузочный люк 19 с поворотной внутрь крышкой 10, снабженной клапаном с уплотнением 21, и разгрзочное окно 22 с отводом готовой продукции 23, снабженным краном 24. В верхней части объемного камерного насоса 7 установлен воздухопровод подачи сжатого воздуха 25, снабженный клапаном сброса избыточного давления 26, а в нижней части смонтирован патрубок подачи воды затворения 27, выполненный с обратным клапаном 28 и краном 29. Нижняя поверхность диска 18 ротора снабжена перемешивающе-зачистными элементами 30. Обращенные к центру свободные концы отбойных лопаток 6 выполнены с перфорацией 31. Подача в смеситель сжатого воздуха осуществляется от компрессора 32 по трубопроводу с краном 33 регулирования подачи воздуха. На верхней части корпуса установлены предохранительный клапан 34, манометр 35 и патрубок 36 с краном 37 для сброса избыточного давления воздуха. Привод ротора осуществляется от двигателя 38 через ременную передачу 39. На днище смесителя 1 между неподвижными отбойными лопатками 6 установлены экраны кавитации 4, выполненные с возможностью регулирования зазоров между ними и лопастями ротора.The installation for implementing the method comprises a mixer 1, a device for supplying compressed air to a mixer 2, a device for dosing water under pressure 3 into a mixer 1, inside of which a horizontal disk rotor with radially located blades is installed in its lower part, and jacking blades 6 attached to the inside the surface of the mixer body 1. The dosed water supply device 3 is made in the form of a volumetric chamber pump 7 with a water level control sensor 8 and with a water intake pipe 9 equipped with a return valve 10. Ahn water intake pipe 9 communicates with the cavity of the mixer 1 by means of an aerator configured as a vertical, axially disposed in the shell of perforated aeration tube 11 with perforations 12, which hole diameter of the pipe length increases downwards. The aeration pipe 11 ends with a conical narrowing 13. The compressed air supply 2 is made with a vertical pipe 14 coaxially located in the aeration pipe 11, the free end of which is located in the conical narrowing 13 of the aeration pipe 11. Formed between the vertical aeration pipe 11 and the vertical pipe coaxially located in it 14 of the compressed air supply, the cavity is blocked by a perforated throttle valve 15 installed in the upper part of these pipes. The throttle valve 15 is made with perforation 16. The ends of the blades 5 of the rotor 4 facing the center are joined together by a common shell 17, which performs the function of the movable part of the ejector with an internal conical extension directed towards the rotor disk 18, and the conical restriction 13 of the aeration pipe 11 performs the function fixed part of the ejector. The mixer housing has a loading hatch 19 with an inwardly turning lid 10, equipped with a valve with a seal 21, and an unloading window 22 with an outlet for finished products 23, equipped with a valve 24. An air supply pipe 25 is installed in the upper part of the volume chamber pump 7, equipped with an excess relief valve pressure 26, and in the lower part is mounted a nozzle for supplying mixing water 27, made with a check valve 28 and a valve 29. The lower surface of the rotor disk 18 is equipped with stirring-cleaning elements 30. Turning to the center of its the free ends of the jack blades 6 are made with perforation 31. The compressed air is supplied to the mixer from the compressor 32 through a pipeline with a valve 33 for regulating the air supply. A safety valve 34, a pressure gauge 35, and a pipe 36 with a valve 37 are installed on the upper part of the housing to relieve excess air pressure. The rotor is driven from the engine 38 through a belt drive 39. On the bottom of the mixer 1 between the stationary jack blades 6 are installed cavitation screens 4 made with the possibility of adjusting the gaps between them and the rotor blades.

Реализация предложенного способа приготовления ячеистых смесей осуществляется следующим образом.Implementation of the proposed method for the preparation of cellular mixtures is as follows.

В смеситель 1 объемным камерным насосом 7 осуществляют дозированную подачу под давлением воды затворения. Через загрузочную воронку 41 и загрузочный люк 19 подают пенообразователь и включают ротор. Также через загрузочную воронку 41 и загрузочный люк 19 загружают сухую строительную смесь, закрывают крышку 20 загрузочного окна и включают устройство подачи сжатого воздуха при работающем на полных оборотах роторе производят интенсивное перемешивание и поризацию смеси до получения готовой ячеистой, например, пенобетонной смеси. При этом центробежным насосом из промежуточной емкости (условно не показаны) подается вода затворения в объемный каменный насос 7 при открытом клапане сброса избыточного давления 26. Объем воды определяется установкой электрического датчика контроля уровня воды 8. При подаче сжатого воздуха в объемный камерный насос 7 клапан сброса избыточного давления воздуха 26 закрывается и вода под давлением по водозаборной трубе 9 с обратным клапаном 10 поступает в вертикальную перфорированную трубу аэрации 11, которая расположена в смесителе и имеет расположенные над перфорированной дроссельной заслонкой 15 отверстий 12 для смыва верхней части смесителя от ранее приготовленной смеси. Сжатый воздух подается из компрессора 32 через кран регулирования подачи воздуха 33 в вертикальную трубу 14, коаксиально расположенную в трубе аэрации 11. Сухая пенобетонная смесь на основе (воды, пенообразователя, заполнителя и вяжущего), или отдельно взятые и отдозированные компоненты на этой же основе совместно с водой затворения и пенообразователем под действием сжатого воздуха, быстро вращающегося ротора и эжектора обогащаются воздухом в зоне разряжения, создаваемой лопастями ротора и эжектором, и перемешиваются с ранее поризованной смесью. Претерпев перепады скорости и давления, т.е. качественные изменения, смесь поризуется в воздушном потоке, далее газодисперсная смесь разгоняется центробежными силами вращения ротора и выносится в периферийную область на перфорированные отбойные лопатки и экраны кавитации, где кинетическая энергия газодисперсного потока создает интенсивное турбулентное и кавитационное перемешивание смеси. По мере накопления смеси смесителе она вновь вовлекается в процесс поризации, засасываясь в эжектор за счет разности давления в смесителе и зоне лопастей. Вода и пенообразователь, находящиеся в смеси, поризуются порами очень малого диаметра, увеличение объема пенобетонной смеси и изменение ее структуры достигаются количеством пор.In the mixer 1 volume chamber pump 7 carry out a dosed flow under pressure of mixing water. A foaming agent is supplied through a loading funnel 41 and a loading hatch 19 and the rotor is turned on. Also, a dry mortar is loaded through the loading funnel 41 and the loading hatch 19, the cover 20 of the loading window is closed, and the compressed air supply device is turned on and the rotor is working at full speed, the mixture is intensively mixed and porous until a ready-made cellular, for example, foam concrete mixture is obtained. In this case, the centrifugal pump from the intermediate tank (not shown conditionally) supplies mixing water to the volumetric stone pump 7 with the overpressure relief valve 26 open. The volume of water is determined by installing an electric water level control sensor 8. When compressed air is supplied to the volumetric chamber pump 7, the relief valve excess air pressure 26 is closed and water under pressure through the intake pipe 9 with a check valve 10 enters the vertical perforated aeration pipe 11, which is located in the mixer and has p memory location above the perforated throttle valve 15 openings 12 to flush the top of the mixer to the previously prepared mixture. Compressed air is supplied from the compressor 32 through an air supply control valve 33 into a vertical pipe 14 coaxially located in the aeration pipe 11. Dry foam concrete mixture based on (water, foaming agent, aggregate and binder), or separately taken and metered components on the same basis together with mixing water and a foaming agent under the action of compressed air, a rapidly rotating rotor and ejector, they are enriched with air in the rarefaction zone created by the rotor blades and the ejector, and mix with previously porous with Monsieur. Having undergone changes in speed and pressure, i.e. qualitative changes, the mixture is porous in the air stream, then the gas-dispersed mixture is accelerated by centrifugal forces of rotor rotation and carried out into the peripheral region to the perforated jack blades and cavitation screens, where the kinetic energy of the gas-dispersed stream creates intense turbulent and cavitation mixing of the mixture. As the mixer mixture accumulates, it is again involved in the porous process, being sucked into the ejector due to the pressure difference in the mixer and the blade zone. Water and a foaming agent in the mixture are porosized by pores of very small diameter, an increase in the volume of the foam concrete mixture and a change in its structure are achieved by the number of pores.

Подача большого количества сжатого воздуха в зону вращения ротора значительно уменьшает сопротивление смеси его вращению, что дает возможность существенно увеличивать скорость вращения. Наличие большого количества сжатого воздуха и высоких скоростей образуют в области движения лопастей воздушно-дисперсные турбулентные потоки, при которых частицы смеси и воздуха совершают неупорядоченные, хаотичные движения по сложным траекториям, а скорость, давление и плотность воздушно-дисперсной среды испытывает хаотичность, создавая идеальную среду для образования большого количества мелких воздушных пор.The supply of a large amount of compressed air to the zone of rotation of the rotor significantly reduces the resistance of the mixture to its rotation, which makes it possible to significantly increase the speed of rotation. The presence of a large amount of compressed air and high speeds form air-dispersed turbulent flows in the region of motion of the blades, in which the particles of the mixture and air make random, chaotic movements along complex trajectories, and the speed, pressure and density of the air-dispersed medium are random, creating an ideal environment for the formation of a large number of small air pores.

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 смеси за счет избыточного внутреннего давления воздуха в порах. Процесс не имеет взрывного характера, а протекает медленно, что положительно сказывается на структурном построении 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. По окончании процесса поризации пенобетонная смесь выдавливается избыточным давлением воздуха из смесителя через кран 24, установленный в нижней части емкости, и далее по рукаву транспортируется к месту укладки.Changes in the foam concrete mixture during its movement through the mortar pipe do not occur due to the insignificant speed of movement, but closer to the outlet of the mortar pipe the process of increasing the volume of the mixture begins due to excessive internal air pressure in the pores. The process is not explosive, but proceeds slowly, which positively affects the structural construction of the mixture. Large and small particles of the aggregate are squeezed into the interstitial spaces of the pores and with a binder build an elastic, but at the same time very strong volumetric frame. All the forces of intermolecular adhesion of water, foaming agent, binder and aggregate are aimed at retaining the residual pressure in the pores, ultimately the volume of the foam concrete mixture. At the end of the porization process, the foam concrete mixture is squeezed out by excess air pressure from the mixer through a valve 24 installed in the lower part of the tank, and then transported along the sleeve to the installation site.

В случае приготовления на данной установке гипсобетонной смеси предусмотрен вариант продувки сливного шланга через разгрузочное окно 22, а на нижней поверхности диска ротора установлены для этого перемешивающе-зачистные элементы 30. В верхней части корпуса смесителя для повышения эффективности перемешивания и поризации могут быть также установлены отбойные лопатки, а обращенные к периферии корпуса свободные концы лопастей ротора могут быть выполнены гребенчатой формы (условно не показано).In the case of preparation of gypsum concrete mixture at this installation, an option is provided for blowing the drain hose through the discharge window 22, and mixing and cleaning elements 30 are installed on the bottom surface of the rotor disk for this. In the upper part of the mixer body, jacking blades can also be installed and the free ends of the rotor blades facing the periphery of the housing can be of a comb-like shape (not shown conditionally).

Получение ячеистой смеси по заявленной технологии предоставляет возможность использования энергии сжатого воздуха в увеличении объема и структурного построения смеси. Изготовленная 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 смесь плотностью до 1200 кг/м и в кратчайшие временные сроки перемешивания в пределах от 2-х до 4-х минут.Obtaining a cellular mixture according to the claimed technology provides the opportunity to use the energy of compressed air to increase the volume and structural construction of the mixture. The prepared mixture has a highly porous structure with pores of very small diameter and with internal air pressure in the pores. One of the advantages of this mixture is that it is easy to hold any quantity of large, heavy aggregate particles in suspension, allowing the mixture to be manufactured with a density of up to 1200 kg / m according to the proposed technology and within the shortest possible mixing times ranging from 2 to 4 minutes.

Данная смесь имеет достаточно высокую поризацию порами очень малого диаметра с остаточным внутренним давлением воздуха в порах, которое способствует построенной структуре смеси удерживать заданный объем, тем самым стабилизирует ее, исключая процесс расслаивания и максимально препятствуя истечению воды из смеси.This mixture has a sufficiently high pore porosity of very small diameter with a residual internal air pressure in the pores, which helps the structure of the mixture to maintain a given volume, thereby stabilizing it, eliminating the process of delamination and preventing the outflow of water from the mixture as much as possible.

Claims

A method of preparing cellular mixtures, characterized in that the pre-ejector mixer is equipped with a horizontal disk rotor with radially arranged blades, through an aerator made in the form of a perforated aeration pipe vertically located in the mixer, a metered supply is made under pressure of mixing water, then through the hatch of the mixer serves the foaming agent and rotor are mixed with mixing water to obtain a concentrated foaming solution, and then through the hatch of the mixer with First, the modifying additive is loaded, mixed with a concentrated foaming solution, and then the dry mortar or its components in any order, and with the maximum rotating rotor and the closed loading hatch, mixing water is supplied through a vertical aeration pipe to flush the previously prepared mixture from the top of the mixer and through a vertical pipe coaxially located in the aeration pipe under a pressure of up to 3 atmospheres - compressed air and an air stream ejected into the rarefaction zone above p otor, and cavitation force pulses excited from a rotating rotor, stir, enrich and porize the mortar mixture for 2-4 minutes to obtain the finished product, and the selection of the finished mesh mixture is carried out through the discharge window with a tap located at the bottom of the mixer.