9.ПОЗИТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ СОСТАВОВ СУХИХ СМЕСЕЙ

Одним из основных показателей качества компонентов сухих смесей является их дисперсионная характеристика, которая варьируется в достаточно широком диапазоне в зависимости от направления использования: от миллиметров для относительно простых составов; до микронов для клеевых составов, тонкослойных композитов и качественных красок. Показатели удельной поверхности, как и гранулометрический состав, во многом определяют основные свойства компонентов, используемых в производстве строительных смесей. Большинство природных материалов, используемых в производстве строительных смесей, требуют дополнительного измельчения. Так, содержание крупных фракций (0.5- 2 мм) в природных материалах обычно достаточно только для составления рецептур относительно простых смесей.

Для производства более сложных составов необходимо использовать компоненты большей дисперсности, но содержание в природных материалах тонкой фракции (менее 100 мкм) обычно невысоко, а именно высокодисперсные материалы являются основой тонкослойных композитов, качественных красок и клеевых составов. По мере увеличения интенсивности энергетического воздействия при смешивании повышается не только однородность получаемого продукта, но также увеличивается дисперсность используемых компонентов, появляется реальная возможность совмещения наиболее ответственных технологических операций в производстве сухих строительных смесей, а именно: сортировка-измельчение и дозирование-смешивание. Повышение концентрации энергии в смесительной камере позволяет добиться не просто высокой степени совмещения компонентов смеси, но и изменить их физико-механическое состояние, структуру поверхности, показатели дисперсности и т.д. Установлено, что при определенной интенсивности соударения частиц смешиваемых материалов в местах контактов возникают механические напряжения, приводящие не только к изменению структуры поверхностных слоев, но и к более глубоким изменениям свойств обрабатываемых материалов.

Хорошо известно, что состояние активированного материала характеризуется, прежде всего, его энергосодержанием, обусловленным поверхностной энергией, аккумулированной в виде различных дефектов структуры, а также энергией искажения его кристаллической решетки. Впоследствии эта накопленная энергия оказывает позитивное влияние на кинетику основных технологических процессов. Для активированных составов, полученных в результате перемешивания в энергонапряженных смесителях, помимо высокой степени гомогенизации смеси также характерно возникновение эффектов, когда частицы одного вещества могут быть привиты на поверхности другого, что позволяет создавать многокомпонентные составы высокой связности, а значит, и стабильности. Сегодня в производстве сухих смесей сложного состава широко используются природные материалы, дисперсионная характеристика которых была искусственно изменена, вместе с тем именно тонкий помол является наиболее сложной и дорогостоящей технологической операцией, требующей применения специального помольного и классифицирующего оборудования. Совмещение процессов помола и смешивания материалов позволяет не только уменьшить энергозатраты на осуществление данных технологических операций, но и кардинально повысить эффективность совместного действия смешанных компонентов. Рассматривая процесс производства многокомпонентных смесей как комплекс технологических операций по равномерному распределению между собой компонентов в конечном продукте, зависимость дисперсионных характеристик смешиваемых компонентов и показателей однородности полученной смеси представляется весьма очевидной.

10. ПРЕДПРИНИМАЕМЫЕ ПОПЫТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСИТЕЛЕЙ-АКТИВАТОРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

При всей перспективности использования высокоэнергонапряженных смесителей-активаторов, данный тип оборудования сегодня практически не используется в отечественном производстве сухих строительных смесей. Производители смесительного оборудования только делают первые шаги в направлении создания агрегатов-механоактиваторов циклического или непрерывного действия. Самое печальное в данной ситуации то, что богатый опыт проектирования, производства и эксплуатации помольносмешивающих агрегатов, традиционно используемых в других областях производственной деятельности, совершенно не учитывается при создании смесительного оборудования для производства сухих строительных смесей. Для повышения интенсивности энергетических воздействий на компоненты смеси при их перемешивании в производстве сухих смесей предпринимались попытки применения шаровых мельниц различного способа побуждения мелющих тел (мельницы барабанные и вибрационные). Данный тип помольного оборудования традиционно применяется для производства высокодисперсных материалов. Использование шаровых мельниц в роли смесителя-активатора объясняется, прежде всего, именно их широким распространением, а также богатым опытом получения активированных составов в лабораторных условиях.

Лабораторные шаровые мельницы традиционно используются в исследовательских работах по механохимической активации сыпучих материалов. Но массовое производство – это не лабораторные опыты. Выяснилось, что шаровые мельницы истирающего действия не в полной мере отвечают требованиям производства многокомпонентных смесей высокого уровня однородности. Основной проблемой, встающей на пути использования шаровых мельниц в качестве смесительного агрегата при производстве строительных смесей, является сама реализуемая ими модель разрушения твердых материалов. Частицы измельчаемых и смешиваемых компонентов разрушаются в шаровой мельнице в результате раздавливающего воздействия низкой энергонагруженности. Для повышения интенсивности воздействия мелющих тел на обрабатываемые материалы, когда энергия каждого отдельного элемента (шара, стержня либо мелющего тела другой формы) сама по себе не может быть увеличена для достижения требуемых результатов помола либо смешивания необходимо увеличить частоту таких воздействий. В случае, когда используется шаровая мельница непрерывного действия, интенсивность энергетического воздействия может быть повышена при увеличении загрузки мельницы мелющими телами, что, соответственно, увеличивает и ее габаритные размеры. При использовании мельницы циклического действия интенсивность воздействия повышается при увеличении времени обработки материала.

Ни один из этих методов не может быть рекомендован к использованию в производстве строительных смесей, так как первый из них подразумевает использование оборудования, материалоемкость и энергопотребление которого не укладывается в существующие стандарты производства. Второй метод не обеспечивает требуемую производительность помольно-смесительного оборудования на основе шаровой мельницы. В целом, измельчительное оборудование истирающего и раздавливающего действия совершенно не соответствует современной концепции снижения энергоемкости рабочих процессов с одновременным увеличением производительности и повышения эффективности воздействия на обрабатываемый материал. Еще одним существенным недостатком шаровых мельниц, используемых для совмещения процессов измельчения и смешивания твердых компонентов в производстве сухих строительных смесей, является опасность расслоения приготавливаемого продукта. Материалы, используемые в производстве строительных смесей, в основном имеют разные размеры, прочность, плотность, показатели размалываемости и т.д., это относится и к основным компонентам, и к химическим добавкам. В процессе совместного помола-смешивания, мелющие тела (шары, стержни и т.д.) вызывают сегрегацию приготавливаемой смеси. Под воздействием частых, но слабона-груженных контактов в результате тиксотропного разжижения смеси более тяжелые частицы опускаются в нижнюю часть емкости мельницы, более легкие частицы поднимаются в верхнюю часть, что приводит к значительному снижению однородности получаемого продукта. Побуждающие контакты мелющих тел снижают силу сцепления между частицами, вызывая интенсивное расслоение приготавливаемой смеси, и чем продолжительнее воздействие, тем менее однородным будет полученный материал.

Таким образом, несмотря на широкие возможности механохимической активации при совместном помоле-смешивании порошкообразных материалов, данный метод на сегодняшний день, в основном, реализован только в лабораторных условиях. Это связано, прежде всего, с отсутствием необходимого помольно-смесительного оборудования, созданного с учетом специфики производства сухих смесей. Негативный опыт применения шаровых мельниц для реализации задач высокоэнергонагруженного смешивания лишний раз подчеркивает необходимость использования специальных измельчительно-смешивающих агрегатов - механоактиваторов. Оборудование, используемое для гомогенизации и тонкого помола компонентов смеси, должно создавать высокие механические нагрузки на обрабатываемый материал, обеспечивать равномерное распределение в основном объеме смеси малых добавок, не допускать расслоения (сегрегации) приготавливаемого продукта, что совершенно невозможно при использовании мельниц раздавливающее-истирающего действия.