Пароразогрев бетонных смесей основан на непосредственном вводе пара в смесь при ее перемешивании. Разогрев бетонной смеси паром, поступающим в смесительный барабан, происходит за счет тепла фазового перехода, выделяющегося при конденсации пара, соприкасающегося с холодными составляющими бетонной смеси, а также со стенками и лопастями смесительного барабана. При конденсации 1 кг пара выделяется около 2250 кДж. тепла. В процессе разогрева бетонной смеси пар, конденсируясь, не только нагревает ее, но и образует часть воды затворения. К моменту завершения приготовления бетонная смесь при максимальной структурной и температурной однородности должна иметь заданную температуру, определенное водосодержание (В/ц) и консистенцию.
Энергетические параметры пароразогрева бетонной смеси в автобетоносмесителях.
Для определения оптимальных параметров пароразогрева смеси, а также способов его контроля и управления необходимо знать зависимость температуры, влажности и консистенции разогреваемой смеси от ряда факторов. Основными из них являются способ подачи пара в смеситель, его термодинамические параметры и расход, геометрические характеристики смесителя и его заполнение, начальные и конечные температуры и водосодержание смеси, интенсивность перемешивания и скорость вращения барабана смесителя.
Смешивание является одним из важнейших процессов в технологии производства бетона. Равномерность распределения исходных материалов между собой в бетоносмесителе во многом определяет физико-механические свойства затвердевшего бетона.
При изготовлении бетонной смеси необходимо равномерно распределить ее составляющие между собой, дезаэрировать смесь (так как при загрузке материалов в смеситель на 1 м3 вносится около 700 л воздуха), полностью смочить водой цементные зерна (поверхность которых в зависимости от расхода цемента и удельной поверхности может составлять 80-150 тыс. м2), а также создать оболочки из цементной пасты вокруг зерен заполнителей (поверхность заполнителей в зависимости от гранулометрического состава равна 3-40 тыс. м2).
Как малая, так и большая продолжительность смешивания снижают качество смеси и бетона. В первом случае из-за недостаточного времени смешивания не будет достигнуто равномерное распределение составляющих, во втором - из-за измельчения заполнителей, вызывающего повышение водопотребности смеси, а также из-за возможного расслоения. В связи с этим принципиальное значение имеет определение той минимальной скорости вращения барабана смесителя, которая в процессе пароразогрева обеспечит поступление в смесь требующегося для нагрева и увлажнения смеси конденсата.
Процесс перемешивания в автобетоносмесителе значительно отличается от процесса перемешивания в стационарных гравитационных смесителях, поэтому для получения бетонной смеси требуемого качества приходится руководствоваться требованиями, характерными именно для автобетоносмесителей.
Все типы автобетоносмесителей представляют собой смонтированный на автомобильном шасси (или прицепе) гравитационный реверсивный бетоносмеситель. Бетоносмесители реверсивные характеризуются тем, что лопастное оперение в них, в отличие от применяемого в стационарных бетоносмесителях, выполнено в виде двух винтовых лопастей.
Определяющими технологическими параметрами являются емкость смесительного барабана, угловая скорость его вращения и суммарное число оборотов, а также объемные соотношения емкости и готового замеса, емкости и объема загружаемых компонентов.
Одним из важных параметров смесительного барабана является объемный коэффициент заполнения, выражающий отношение объема готового замеса к геометрическому объему барабана. У стационарных гравитационных бетоносмесителей этот коэффициент составляет 0,2-0,4; это значит, что от 60 до 80% внутреннего пространства барабана используется для образования радиальных и осевых потоков, обеспечивающих требуемое перемешивание компонентов бетона при небольшой продолжительности (1-2 минуты).
У автобетоносмесителей объемный коэффициент заполнения составляет 0,5-0,6 (возить бетонную смесь, на 20-40% заполняющую объем барабана, становится экономически нецелесообразным); здесь только 40-50% пространства используется для создания потоков гравитационного перемешивания компонентов. Указанное свободное пространство относится к моменту окончания перемешивания, а при загрузке, до подачи воды в барабан, свободного пространства будет еще меньше. Например, при коэффициенте выхода (отношение суммы объемов загруженных компонентов к объему замеса), равном 0,65, свободного пространства в начале процесса будет всего 25-30%. Поэтому время на перемешивание здесь приходится увеличивать до 15-20 минут.
Для процесса перемешивания угловая скорость (или окружная скорость стенок) барабана принимается такой, чтобы компоненты бетона поднимались в верхнее пространство барабана - выше горизонтальной осевой плоскости, и оттуда падали под действием силы тяжести. В подавляющем большинстве стационарных гравитационных бетоносмесителей (здесь имеются в виду и мобильные бетоносмесители опрокидные, устанавливаемые на строительных площадках) подъем смеси и перевод ее на каскадный режим падения в основном осуществляется захватывающими смесь лопастями. В барабане автобетоносмесителя вывод смеси на каскадный режим падения осуществляется за счет трения смеси о стенки и лопасти барабана и собственной вязкости смеси. Интенсификация процесса перемешивания обеспечивается максимальной высотой падения, что достигается увеличением скорости вращения барабана. Однако скорость не должна превышать критическую, по достижении которой смесь переходит на режим центрифугирования. Критическая скорость зависит от радиуса барабана.
Для смесителя, радиус барабана которого равен 1 м, критическая скорость составит около 3,15 м/сек, что имеет место при скорости вращения порядка 30 об/мин. Частота вращения барабанов современных автобетоносмесителей 0-22 об/мин. Достаточно интенсивное смесеобразование, обеспечивающее получение высококачественной смеси, составляет 6-12 об/мин.
Производится расчет пароразогрева в автобетоносмесителе требуемого объема бетонной смеси, при заданных геометрии барабана, скорости подъема температуры (максимальной температуры разогрева и времени ее достижения) и параметрах пара: давлении и температуре. Расчет сводится к определению площадей конденсатообразующих поверхностей, возможного весового прихода конденсата за 1 минуту, часовой производительности источника пара и наименьшей частоты вращения барабана смесителя, при которой обеспечивается конденсация требуемого количества пара.
Конденсатообразующими поверхностями в автобетоносмесителе являются: внутренние поверхности барабана (наклонные, вертикальные и горизонтальные), вертикальные поверхности лопастей и горизонтальная или наклонная (в процессе побуждения) поверхность бетонной смеси.