При виробництві таких будівельних матеріалів, як силікатна і будівельна цеглина, каміння, блоки, плити, плитки, сухі будівельні суміші і т.п. важливе місце відводиться технологічному процесу підготовки сировинних формувальних сумішей (мас) вогкістю не більше 10%. Від якості підготовки сумішей залежить і якість готових виробів [17, 49].

Закономірності змішування

Механізм дії змішування компонентів сипких сумішей (мас) є дуже складним і залежить від великої кількості чинників, у тому числі від параметрів змішувача і режимів його роботи.

Змішування сипких будівельних матеріалів складається з наступних механічних операцій: переміщення груп частинок матеріалу з одного місця в інше, так зване конвективне змішування (I); перерозподіл частинок при їх переміщенні, так зване дифузійне змішування (II); зосередження частинок в окремих місцях, так звана сегрегація частинок (мал.5.1).

В результаті змішування відбувається взаємне переміщення частинок різних компонентів суміші, що знаходяться до перемішування або окремо, або в неоднорідному стані [17, 49].

Ідеально в результаті змішування повинна вийти така суміш компонентів, що в будь-якій її точці (пробі) до кожної частинки одного з компонентів примикають частинки іншого компоненту в кількості, визначуваній співвідношенням 1:

1. Наприклад, якщо суміш складається з трьох компонентів, маси яких співвідносяться як числа А: В: С, то в будь-якому достатньо малому об'ємі (пробі), узятому випадково в довільному місці (точці), після змішування маси цих компонентів теж повинні відноситися як числа а: b : с.

Мал.5.1. Залежність коефіцієнта неоднорідності від часу змішування

Проте таке ідеальне змішування, тобто той, що рівномірне розташовує частинок в суміші в реальних умовах, не спостерігається [17,49].

Щоб оцінити якість змішування однією випадковою величиною, суміш умовно вважають двокомпонентною. Для чого з суміші виділяють який-небудь один компонент, званий умовно основним (ключовим). Решту компонентів, що входять в суміш, об'єднують в другий (загальний) компонент. По ступеню розподілу ключового (основного) компоненту в суміші, тобто в другому умовному компоненті, судять про якість змішування. Вибір компонентів при цьому є суб'єктивним.

Розроблено досить багато формул (емпіричної залежності) для розрахунку критерію якості змішування. Наприклад, при безперервному збільшенні поверхні розділу між компонентами за рахунок упровадження (дифузії) процес змішування описується наступним рівнянням

 (5.1)

де S - поточна величина поверхні розділу; S₀ - максимально можлива поверхня розділу; е - підстава натурального логарифма, е = 2,71; k - коефіцієнт пропорційності; t - час змішування.

Іноді процес змішування зв'язується з впливом розміру і густини частинок окремих компонентів суміші, тобто з явищем сегрегації (розшарування). Ступінь змішування без урахування розшарування суміші описується залежністю

 (5.2)

де А - постійний коефіцієнт, що враховує властивості сумішей (матеріалу), тип і режим роботи змішувача; t - час змішування; е = 2,71 - основа натурального логарифма.

Найбільше поширення для оцінки якості змішування компонентів сипкої будівельної суміші набув коефіцієнт неоднорідності (варіації)

 (5.3)

де  - середнє квадратичне відхилення концентрації ключового компоненту в пробах;  - середньоарифметичне значення концентрації ключового компоненту в пробах; с_і - значення концентрації ключового компоненту в і-ої проби; п - число аналізованих (відібраних для аналізу) проб.

Чим менше значення  тим вище якість змішення компонентів суміші і її однорідність.

Під кінетикою змішування розуміється закономірність протікання процесу в часі [17, 49, 73].

Закономірність зміни концентрації речовини в потоці при змішенні описується рівнянням [73].

 (5.4)

де Q - витрата компонентів; С_Н, С - концентрація індикатора відповідно на вході і на виході змішувача; дτ - час змішування; V_с - об'єм робочого органу змішувача.

Ліва частина рівняння (5.4) виражає кількість індикатора, що поступає в змішувач. В правій частині рівняння перший доданок є кількістю індикатора, виведеного із змішувача, друге - кількість індикатора, що знаходиться в змішувачі з урахуванням концентрації його, що змінилася, за час дτ [73].

Приймаючи наступні параметри:

, одержимо рівняння

 (5.5)

У разі так званого процесу "вимивання", коли в поступаючому потоці індикатор відсутній, тобто С_н = 0, рівняння має вигляд [8]:

 (5.6)

Середній час перебування частинок в змішувачі τ_ср означає, що об'їм речовини, що поступає в змішувач за час τ_ср, чисельно рівний його місткості і є випадковою величиною [17, 73].

Середній час перебування частинок в умовних осередках (зонах) змішувача, що визначає якість змішування, залежить від конструкції і режиму роботи змішувача і фізико-механічних і технологічних властивостей перемішуваних компонентів суміші і визначається експериментально. В більшості промислових змішувачів можна одержувати суміші з якістю змішування не нижче 20% [17, 49].