СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ВЯЖУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОЙ СЕРЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
METHOD OF CONCRETE PRODUCTION USING TECHNICAL SULFUR AS A BINDER AND THE INSTALLATION FOR ITS PREPARATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к производству изделий из серного бетона.
Уровень техники
Известны устройства для получения бетона на основе цемента, в которых компоненты бетонной смеси подают по отдельным трактам, каждый компонент смеси взвешивают в собственном дозаторе и подают по течкам в один или два смесителя, в которых получают бетонную смесь требуемого качества (Бауман В.А и др. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1975 г.).
Недостатками являются то, что устройства для подачи компонентов в смеситель и сам смеситель не имеют систем подогрева, а также высокие теплопотери, низкая производительность, использование данного технического решения только для сухих компонентов невозможно.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство (SU 647117, В28С 7/02, опубл. 15.02.1979), которое позволяет приготавливать бетонную смесь с заданной температурой. Устройство содержит систему подогрева-охлаждения материалов в бункерах, блок управления и обеспечивает получение бетона заданной температуры в смесителе.
Недостатками являются: получение смеси невысокого качества, измерение температуры не во всех, а только в одном бункере твердых компонентов и в бункерах жидких компонентов, недостаточность и неравномерность прогрева всех материалов, высокие теплопотери, низкая производительность, использование данного технического решения только для сухих компонентов невозможно.
Заявленное изобретение устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего технического решения является получение бетонной смеси требуемой температуры при загрузке в систему только сухих компонентов.
Техническим результатом является повышение равномерности прогрева всех компонентов, снижение теплопотерь, повышение скорости набора прочности, получение бетонной смеси требуемой температуры при загрузке в смеситель только сухих компонентов, повышение качества смеси, повышение производительности.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата способ производства бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы включает загрузку компонентов в бункеры, подогрев компонентов, дозирование компонентов и перемешивание их в смесителе, при этом компоненты смеси загружают в три бункера, в два из которых загружают инертные компоненты, а в один серу, в бункерах с загруженными компонентами производят первую стадию нагрева, из подогретых бункеров через питатели каждый компонент смеси направляют в свой шнек-подогреватель, в шнеках-подогревателях производят вторую стадию нагрева компонентов, из шнеков-подогревателей все компоненты смеси направляют в многокомпонентный дозатор для взвешивания, после чего из многокомпонентного дозатора через загрузочное окно с затвором компоненты направляют в, по меньшей мере, один подогреваемый смеситель, в котором производят третью стадию нагрева, в процессе которой смесь нагревают до 130-140 ºС, перемешивают и после этого через разгрузочную течку с затвором выгружают из смесителя.
При первой стадии нагрева в бункерах два бункера с инертными компонентами нагревают до температуры 125-135ºС, а бункер с серой нагревают до температуры 65-75ºС.
При второй стадии нагрева в шнеках два бункера с инертными компонентами нагревают до температуры 145-155ºС, а бункер с серой нагревают до температуры 75-85ºС.
Компоненты из дозатора через загрузочное окно с затвором направляют поочередно в два подогреваемых смесителя, выполненных передвижными на позицию загрузки и разгрузки с помощью системы перемещения смесителей.
Установка для получения бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы содержит бункеры для компонентов смеси, дозатор, смеситель, при этом установка содержит три подогреваемых бункера для компонентов смеси, два из которых выполнены для инертных материалов, а один для серы, при этом под бункерами установлены шнеки-подогреватели, связанные с бункерами через питатели, под шнеками-подогревателями установлен один многокомпонентный дозатор, под которым в свою очередь установлен, по меньшей мере, один подогреваемый смеситель, связанный с многокомпонентным дозатором через загрузочное окно с затвором.
Установка содержит три шнека-подогревателя, каждый из которых установлен под одним из бункеров со своим компонентом смеси.
Многокомпонентный дозатор выполнен теплоизолированным.
Установка снабжена двумя подогреваемыми смесителями, установленными под многокомпонентным дозатором, выполненными передвижными на позицию загрузки и разгрузки с помощью системы перемещения смесителей.
Подогреваемый смеситель снабжен загрузочным окном с затвором и разгрузочной течкой с затвором.
Все бункеры и шнеки снабжены системой измерения температуры компонента на выходе, связанной через блок управления с системой поддержания температуры стенок.
На стенках бункеров снаружи установлены плоские электронагреватели, снабженные системой поддержания заданной температуры и защищенные снаружи теплоизоляцией.
На фиг. 1 изображена схема установки для получения бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы.
На фигуре цифрами обозначены следующие элементы:
1 - бункер для инертного компонента;
2 - бункер для инертного компонента;
3 – бункер для серы;
4 – система обогрева стенок;
5 – питатель;
6 - обогреваемые шнеки-подогреватели;
7 - многокомпонентный дозатор;
8 – смеситель;
9 – система обогрева смесителя;
10 – загрузочное окно смесителя;
11 – затвор загрузочного окна смесителя;
12 – разгрузочная течка смесителя;
13 - затвор разгрузочной течки смесителя;
14 – затвор дозатора;
15 – система перемещения смесителей.
Осуществление изобретения
Установка предназначена для получения бетонной смеси требуемой температуры при загрузке в смеситель только сухих компонентов.
В качестве таких компонентов используются инертные компоненты, например, мелкий кварцевый наполнитель, дробленый гранит и т.п., а также вяжущие компоненты, например, сера. Преимуществами серного бетона являются: повышенные качественные характеристики; возможность использования широкого спектра сырьевых ресурсов; отсутствие потребности в использовании воды и цемента; быстрый набор прочности; возможность повторной переработки путем переплавки.
Установка содержит три бункера большой емкости, в каждый из которых загружаются компоненты смеси, например, два бункера из трех предназначены для загрузки инертных компонентов смеси, например, один 1 для песка, а второй 2 для щебня, а один, третий 3, предназначен для загрузки вяжущего компонента, например, серы. Бункеры выполнены подогреваемыми за счет наличия системы обогрева стенок 4, состоящей из установленных снаружи на стенках бункеров плоских электронагревателей, снабженных системой поддержания заданной температуры и защищенных снаружи теплоизоляцией.  На выходе из бункеров подогревателей установлены вибропитатели 5, через которые каждый бункер связан с одним из трех шнеков-подогревателей 6, расположенных под указанными бункерами 1, 2 и 3, в которых происходит дополнительный нагрев компонентов. Привод вибропитателей снабжен частотными преобразователями, позволяющими согласовать производительность вибропитателей с производительностью шнеков-подогревателей 6. Питатель 5 включается только в тот момент, когда компонент сырья соответствующим шнеком-подогревателем 6 загружается в дозатор 7 и выключается одновременно со шнеком.
Для сокращения потерь тепла компонентами смеси при перегрузках дозирование компонентов ведут в одном многокомпонентном дозаторе 7, установленном под шнеками-подогревателями, который является общим для всех компонентов и выполнен защищенным снаружи теплоизоляцией и снабжен затвором 14. Под дозатором 7 установлен смеситель 8 с системой обогрева 9, в котором производится окончательный подогрев смеси до заданной температуры. Смеситель снабжен загрузочным окном 10 с затвором 11 и разгрузочной течкой 12 с затвором 13. Для увеличения производительности установка может содержать два смесителя 8, снабженных системой перемещения 15 смесителей. Оба смесителя устанавливаются на одной общей платформе, которая с помощью электропривода перемещается на позиции остановки смесителей. В зависимости от производительности устройства и габаритов смесителей может использоваться для перемещения платформы гидропривод.
В бункерах 1 и 2 инертные компоненты нагревают до температуры 125-135ºС, а серу в бункере 3 до температуры 65-75ºС, при этом в шнеках 6 температуру инертных компонентов получают в пределах 145-155ºС, серы 75-85ºС, а в смесителе 8 окончательный нагрев смеси проводят до температуры 130-140ºС.
Все бункеры и шнеки-подогреватели снабжены системой измерения температуры компонента на выходе, связанной через блок управления с системой поддержания температуры стенок, что позволяет обеспечить получение всех компонентов смеси с заданной температурой. Температура компонентов измеряется на выходе из бункеров и шнеков бесконтактными системами, определяющими температуру материала по его излучению.
Установка работает следующим образом. Инертные компоненты смеси загружают в бункеры 1 и 2, серу в бункер 3, в которых проходит первая стадия нагрева. В бункерах 1 и 2 компоненты нагревают до температуры 130ºС, а в бункере 3 серу нагревают до температуры 70ºС. На стенках бункеров снаружи установлены плоские электронагреватели, снабженные системой поддержания заданной температуры и защищенные снаружи теплоизоляцией. Поскольку толщина слоя компонента достаточно большая, нагрев компонента по сечению может быть неравномерным, кроме того, неравномерность прогрева может зависеть от изменения влажности компонента, загружаемого в бункер. Поскольку для получения качественной смеси при высокой производительности смесителя 8, в котором производится окончательный подогрев смеси до заданной температуры, требуется точное соблюдение температуры компонентов, вторую стадию нагрева производят в шнеках-подогревателях 6, в которых при перемещении компонента происходит его перемешивание и выравнивание температуры по сечению компонента. Это позволяет получить на выходе из шнеков заданную температуру компонентов. На выходе из бункеров-подогревателей установлены вибропитатели, привод которых снабжен частотными преобразователями, позволяющими согласовать производительность вибропитателей с производительностью шнеков подогревателей. Питатель включается только в тот момент, когда компонент сырья соответствующим шнеком подогревателем загружается в дозатор и выключается одновременно со шнеком. Все бункеры и шнеки подогреватели снабжены системой измерения температуры компонента на выходе, связанной через блок управления с системой поддержания температуры стенок, что позволяет обеспечить получение всех компонентов смеси с заданной температурой. Для сокращения теплопотерь при дозировании и загрузке в смеситель 8 все компоненты смеси после шнеков-подогревателей направляют в один многокомпонентный дозатор 7, при открывании затвора 14 которого смесь попадает в смеситель 8. При загрузке смесителя 8 затвор 11 на загрузочном окне 10 открывают и закрывают после загрузки компонентов для сокращения теплопотерь. При перемешивании в смесителе сера за счет более высокой температуры инертных компонентов и подогрева смеси в смесителе расплавляется и образуется серобетон, который при температуре 130-140ºС через разгрузочную течку 12 с затвором 13 выгружается из смесителя 8. С целью увеличения производительности установки она может быть снабжена двумя смесителями 8, передвигаемыми на позицию загрузки и разгрузки системой перемещения смесителей 15. Оба смесителя устанавливаются на одной общей платформе, которая с помощью электропривода перемещается на позиции остановки смесителей. В зависимости от производительности устройства и габаритов смесителей может использоваться для перемещения платформы гидропривод.
Особенностью предлагаемого технического решения является отсутствие жидких компонентов. Специфика технологии производства изделий из бетона с использованием технической серы в качестве вяжущего предполагает подачу в смеситель только подогретых сухих компонентов, а окончательный нагрев смеси с расплавлением серы производится в смесителе.
Технология изготовления бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы требует, чтобы перемешивание бетонной смеси в смесителе производилось при температуре 130-140ºС, которую смесь приобретает непосредственно при перемешивании в смесителе.
Сера плавится при температуре 114ºС и сохраняет свою высокую текучесть до температуры 150ºС. При снижении нижнего уровня температуры до этой величины возникает опасность схватывания бетона в местах, где температура опустится ниже, а нагрев смеси до более высоких температур требует дополнительных затрат тепла, что отрицательно скажется на себестоимости конечной продукции. Каждые 10ºС повышения температуры требует для изделия массой 250 кг дополнительных затрат тепла порядка 1000 ккал, или 200 кг условного топлива.
Исходя из вышеизложенного, принята оптимальная температура приготовления бетона смеси в пределах 130-140ºС.  Учитывая, что все процессы осуществляются на открытом воздухе, происходят непрерывные потери тепла в окружающую среду и снижение температуры   бетона до его использования для изготовления изделий.  Поэтому принята температура смеси при перемешивании в смесителе 130-140ºС.
Приведенные значения температур были получены опытным путем.
Все замесы были проведены на одном составе бетонной смеси, состоящей по массе из 20% серы, 20% мелкого кварцевого наполнителя и 60% дробленого гранита.
Первая стадия нагрева производилась в бункерах 1 и 2, в которых были загружены мелкий кварцевый наполнитель и дробленый гранит, до температуры 130ºС, а бункер, в который загружали серу, нагревался до температуры 70ºС. Вторая стадия нагрева производилась в шнеках-подогревателях 6, в которых температуру инертных компонентов получали 150ºС, серы 80ºС. При перемещении компонентов в шнеках-подогревателях происходило их перемешивание и выравнивание температуры по сечению компонента. После дозирования всех компонентов в одном многокомпонентном дозаторе производилась третья стадия нагрева в смесителе. Все компоненты смеси нагревались в печи до 110ºС, а затем перемешивались в смесителе с термоизолированным корпусом в течение 2 мин. При температуре 110 ºС сера не расплавилась, бетонная смесь не была получена.
Во время второго эксперимента при той же последовательности, но при температуре нагрева в бункерах инертных компонентов до 125ºС, серы до 65ºС и в шнеках инертных компонентов до 145ºС, серы 75ºС и окончательном нагреве смеси в смесителе до температуры 130ºС была получена бетонная смесь с равномерным распределением компонентов по объему. За счет этого получены высокие физико-механические показатели полученного бетона.
Во время третьего эксперимента при той же последовательности, но при температуре нагрева в бункерах инертных компонентов до 135ºС, серы до 75ºС и в шнеках инертных компонентов до 155ºС, серы 85ºС и окончательном нагреве смеси в смесителе до температуры 140ºС также была получена бетонная смесь с равномерным распределением компонентов по объему с высокими физико-механическими показателями.
При проведении четвертого эксперимента при той же последовательности, но при температуре нагрева в бункерах инертных компонентов до 130ºС, серы до 70ºС и в шнеках инертных компонентов до 150ºС, серы 80ºС и окончательном нагреве смеси в смесителе до температуры 160ºС высокая вязкость серы не позволила получить гомогенную массу, за счет этого в объеме смеси были непромешанные участки, резко снижающие физико-механические показатели свойств изделий.
В таблице 1 приведены свойства смеси при ее выгрузке из смесителя при разных температурах.
Таблица 1
N пп.
Температура приготовления бетонной смеси, ºС
Температура формы, ºС
Результат формования изделий
Прочность  бетона
на сжатие, МПа
на изгиб, МПа
1
110
120
Сформовать не удалось. Изделия рассыпались
-
-
2
130
120
получены изделия
41,3
9,9
3
140
120
получены изделия
42,5
9,6
4
160
120
получены изделия
28,9
4,5
Таким образом, за счет использования только сухих компонентов, одним из которых в качестве вяжущего является техническая сера, и подогрева этих компонентов в бункерах и шнеках перед загрузкой в смеситель и подогрева конечной смеси в смесителе при температуре 130-140ºС обеспечивается получение бетона заданной температуры и достижение заявленного технического результата.