СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЯЧЕИСТО-БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2014 года по МПК B28C5/00 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности может быть использовано при производстве ячеистых бетонов.

Известен способ оперативного назначения рецептуры ячеисто-бетонной смеси /Жернаков Н.И., Мясников В.Н., Козюк М.Ф. Патент РФ на изобретение №2237040/ [1]. В этом способе осуществляется анализ температуры бетона в массиве перед его резкой и энтальпии, определяемой экспресс-методом, а также корректировка содержания компонентов с использованием компьютера, микропроцессор которого программируют на основании экспериментальной зависимости температуры бетона в массиве от содержания извести при заданных величинах энтальпии извести, также заложенных в программу.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что известный способ обладает большой трудоемкостью. Кроме того, процесс анализа температуры бетона в массиве определяется перед его резкой, что не обеспечивает достаточно быструю коррекцию рецептуры приготовления смеси на изменение энтальпии извести.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу по совокупности признаков является способ производства ячеисто-бетонной смеси /Патент 2474493 Российская Федерация, МПК В28С 5/00. Способ производства ячеисто-бетонной смеси [текст]/ Галицков С.Я., Галицков К.С., Стороженко Г.С., Шломов С.В.; заявитель ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»/ Заявка 2011130017 приоритет 19.07.2011; опубл. 10.02.2013, Бюл. №4/ [2]. В этом способе осуществляется анализ изменения температуры выгрузки, определяется коэффициент отклонения максимального значения температуры во время выдержки смеси. С помощью этого коэффициента вычисляется значение массы дозируемой извести для следующего замеса. Этот способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в известном способе масса извести корректируется на основании температуры выгрузки смеси, но при этом не учитывается динамика гашения извести во время замеса, по этой причине возможно ошибочное определение коэффициента отклонения максимального значения температуры во время выдержки смеси, что не обеспечивает достаточно быструю точную коррекцию рецептуры приготовления смеси на изменение энтальпии извести.

Сущность изобретения - повышение качества ячеисто-бетонных изделий и сокращение времени корректировки масс компонентов смеси при производстве ячеисто-бетонной смеси.

Технический результат - повышение качества ячеисто-бетонных изделий, оперативная корректировка масс компонентов ячеисто-бетонной смеси для следующего замеса при изменении энтальпии извести.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе производства ячеисто-бетонной смеси, включающем в себя подготовку и перемешивание в смесителе портландцемента, извести массой m₀ с известным значением энтальпии k₀, гипса, воды, кремнеземистого компонента обратного шлама, алюминиевой пудры, измерение температуры смеси в процессе перемешивания, выгрузку смеси из смесителя в форму с последующей ее выдержкой, дополнительно экспериментально определяют начало момента загрузки извести t=0, определяют температуру смеси в момент загрузки извести T_CM.НАЧ(t=0), вычисляют изменение температуры Т_ИЗ(t)=Т_СМ(t)-T_CM.НАЧ(t=0), ее первую и вторую производную по времени dT_ИЗ/dt и d²T_ИЗ/dt², сравнивают значение d²T_ИЗ/dt² с нулем, определяют момент времени t=t₀, когда вторая производная равна нулю, фиксируют значение T_ИЗ(t₀), dT_ИЗ/dt|_t0 момент времени t=t₀, определяют величину Т₃ по выражению: Т₃=T_ИЗ(t₀)/dT_ИЗ/dt|_t0, вычисляют значения постоянных времени T₁ и Т₂ из решения системы уравнений:

$$\{\begin{array}{c}{T}_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}},\\ t_0=\frac{T_1{T}_2}{T_1-T_2}\ln \frac{T_1}{T_2};\end{array}$$

определяют значение величины энтальпии извести по выражению:

$$k=\frac{T_{ИЗ}\left(t_0\right)}{m_{ИЗ}}\left(1+\frac{T_1}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-\frac{T_2}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}\right)$$ ,

вычисляют новое значение массы дозируемой извести m для следующего замеса по выражению: m=m₀(k₀/k), значение m вводят в рецептуру следующего замеса.

На чертежах представлено: на фиг.1(в) показана кривая изменения температуры при нагреве ячеисто-бетонной смеси из-за гашения извести массой m₀ с известным значением энтальпии k₀. На фиг.1(б) показана первая ее производная по времени dT_ИЗ/dt. На фиг.1(а) показана вторая производная по времени d²T_ИЗ/dt². На этих кривых показан момент времени t₀, в который вторая производная изменения температуры смеси равна нулю d²T_ИЗ/dt²=0. В этот момент времени фиксируют значения изменения температуры Т_ИЗ(t=t₀) и первой ее производной dT_ИЗ/dt|_t0, по ним определяют величину Т₃ по выражению: Т₃=Т_ИЗ(t=t₀)/dT_ИЗ/dt|_t0.

На фиг.2 изображена функциональная схема устройства оперативной корректировки масс компонентов смеси для следующего замеса при изменении энтальпии извести, где приняты следующие обозначения: блок умножения 3, блок задания рецепта 4, который содержит в себе блок задания массы извести m₀ 1, дозаторы компонентов смеси 5, смеситель 6 с датчиком измерения температуры смеси - Т_СМ 7, первый блок регистрации - Т_СМ.НАЧ(t=0) 9, блок устройства сравнения 8, первый блок вычисления dT_ИЗ/dt 10, второй блок вычисления d²T_ИЗ/dt² 11, блок условия d²T_ИЗ/dt²>0 12, второй блок регистрации t₀=t, Т_ИЗ(t₀) и dT_ИЗ/dt|_t0 13, третий блок вычислений Т₃ 14, четвертый блок вычисления Т₁ и T₂ 15, пятый блок вычисления k 16, блок деления k₀/k 17, блок задания энтальпии k₀ 2, блок памяти 18.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Принимая во внимание, что динамика гашения извести описывается апериодическим звеном второго порядка:

$$W\left(p\right)=\frac{T_{ИЗ}\left(p\right)}{m\left(p\right)}=\frac{K}{\left(T_{1}p+1\right)\left(T_{2}p+1\right)},\left(\text{1}\right)$$

переходная характеристика динамики тепловыделения смеси (фиг.1в) имеет вид:

$$T_{ИЗ}\left(t\right)=\left(1+\frac{T_1}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t}{T_1}}-\frac{T_2}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t}{T_2}}\right)\cdot T_{ИЗ.УСТ},\left(\text{2}\right)$$

где T_ИЗ.УСТ=k·m₀. Продифференцировав дважды это уравнение получаем первую производную изменения температуры смеси по времени (фиг.1б):

$$\frac{d{T}_{ИЗ}}{dt}=\frac{1}{T_2-T_1}\cdot \left(e^{-\frac{t}{T_1}}-e^{-\frac{t}{T_2}}\right)\cdot T_{ИЗ.УСТ},\left(\text{3}\right)$$

и вторую производную изменения температуры смеси по времени (фиг.1а):

$$\frac{d^2{T}_{ИЗ}}{d{t}^2}=\frac{1}{T_2-T_1}\cdot \left(\frac{1}{T_1}\cdot e^{-\frac{t}{T_1}}-\frac{1}{T_2}\cdot e^{-\frac{t}{T_2}}\right)\cdot T_{ИЗ.УСТ}.\left(\text{4}\right)$$

В точке t=t₀ перегиба переходной характеристики вторая производная изменения температуры смеси по времени равна нулю, поэтому имеет место равенство:

$$\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$T_1$}\right.\cdot e^{-t_0/T_1}-\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$T_2$}\right.\cdot e^{-t_0/T_2}=0$$

$$e^{t_0\frac{T_1-T_2}{T_1{T}_2}}=\frac{T_1}{T_2}$$ ,

прологарифмируем правую и левую части равенства, в результате получим:

$$t_0=\frac{T_1{T}_2}{T_1-T_2}\ln \frac{T_1}{T_2}$$ ,

значение t₀ определено из условий равенства d²T_ИЗ/dt²|_t0=0.

Для определения величины Т₃ разделим выражение (2) на (3) в результате для момента времени t=t₀ получим:

$$T_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}}$$ .

Запишем систему из двух нелинейных уравнений с двумя неизвестными (T₁ и T₂):

$$\{\begin{array}{c}{T}_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}},\\ t_0=\frac{T_1{T}_2}{T_1-T_2}\ln \frac{T_1}{T_2},\end{array}\left(\text{6}\right)$$

Численное решение данной системы позволит найти Т₁ и T₂. Затем из решения уравнения переходной характеристики динамики тепловыделения смеси определяется коэффициент k по выражению:

$$k=\frac{T_{ИЗ}\left(t_0\right)}{m_0}{\left(1+\frac{T_1}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-\frac{T_2}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}\right)}^{-1}$$ .

Определив фактическое значение энтальпии k для данного замеса, вычисляют массу извести для следующего замеса как произведение первоначальной массы извести m₀ на отношение известной энтальпии k₀ к фактической найденной k: m=m₀(k₀/k). Величина m вводиться в рецептуру смеси. Вышесказанное можно осуществить на базе устройства для оперативной корректировки масс компонентов смеси для следующего замеса при изменении энтальпии извести, изображенной на фиг.2. Устройство работает следующим образом. Блок задания массы извести m₀ 1 формирует сигнал задания массы извести m₀, который поступает на вход блока умножения 3, на второй вход блока умножения 3 поступает сигнал с выхода блока памяти 18. Выход датчика измерения температуры смеси Т_СМ 7 соединен с прямым входом блока устройства сравнения 8 и со входом первого блока регистрации T_CM.НАЧ(t=0) 9, который регистрирует значение температуры смеси T_CM.НАЧ перед загрузкой извести в момент времени t=0. Сигнал с первого блока регистрации T_CM.НАЧ(t=0) 9 подается на инверсный вход блока устройства сравнения 8. На выходе блока устройства сравнения 8 формируется сигнал изменения температуры Т_ИЗ(t)=Т_СМ(t)-T_CM.НАЧ(t=0), который подается на вход первого блока вычисления dT_ИЗ/dt 10.

В первом блоке вычисления dT_ИЗ/dt 10 вычисляется первая производная от изменения температуры по времени:

$$\frac{d{T}_{ИЗ}}{dt}=\frac{1}{T_2-T_1}\cdot \left(e^{-\frac{t}{T_1}}-e^{-\frac{t}{T_2}}\right)\cdot T_{ИЗ.УСТ}$$ ,

где T_ИЗ.УСТ=k·m₀. Сигнал с выхода первого блока вычисления dT_ИЗ/dt 10 передается на вход второго блока вычисления d²T_ИЗ/dt² 11, где вычисляется вторая производная от изменения температуры по времени:

$$\frac{d^2{T}_{ИЗ}}{d{t}^2}=\frac{1}{T_2-T_1}\cdot \left(\frac{1}{T_1}\cdot e^{-\frac{t}{T_1}}-\frac{1}{T_2}\cdot e^{-\frac{t}{T_2}}\right)\cdot T_{ИЗ.УСТ}$$ .

Сигнал с выхода второго блока вычисления d²T_ИЗ/dt² 11 подается на вход блока условия d²T_ИЗ/dt²>0 12. При выполнении условия d²Т_ИЗ/dt²>0 сигнал подается на вход датчика измерения температуры смеси Т_СМ 7 и цикл повторяется неопределенное количество раз до тех пор, пока условие не нарушится. При нарушении условия сигнал подается на вход второго блока регистрации t₀=t, Т_ИЗ(t₀) и dТ_ИЗ/dt|_t0 13, регистратор зафиксирует следующие сигналы: момент времени t₀, когда d²T_ИЗ/dt²=0; значение изменения температуры Т_ИЗ(t₀) и значение первой производной в данный момент времени. Сигналы с выхода второго блока регистрации t₀=t, Т_ИЗ(t₀) и dT_ИЗ/dt|_t0 13 подаются на вход третьего блока вычисления Т₃ 14, где вычисляется:

$$T_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}}.$$

С выхода третьего блока вычисления Т₃ 14 сигнал подается на вход четвертого блока вычисления T₁ и T₂ 15, где вычисляются постоянные времени T₁ и T₂ путем численного решения системы из двух нелинейных уравнений с двумя неизвестными T₁ и T₂:

$$\{\begin{array}{c}{T}_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}},\\ t_0=\frac{T_1{T}_2}{T_1-T_2}\ln \frac{T_1}{T_2},\end{array}$$

С выхода четвертого блока вычисления T₁ и T₂ 15 сигнал подается на вход пятого блока вычисления k 16, где определяется фактическое значение энтальпии для данного замеса по выражению:

$$k=\frac{T_{ИЗ}\left(t_0\right)}{m_0}{\left(1+\frac{T_1}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-\frac{T_2}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}\right)}^{-1}$$ .

Выходной сигнал с пятого блока вычисления k 16 подается на второй вход блока деления k₀/k 17. На первый вход блока деления k₀/k 17 поступает сформированный на блоке задания энтальпии k₀ 2 предполагаемое значение энтальпии k₀. На выходе блока деления k₀/k 17 формируется коэффициент k₀/k, который подается на вход блока памяти 18. Сигнал с блока памяти 18 подается на второй вход блока умножения 3. Первый вход блока умножения 3 соединен с выходом блока задания массы извести m₀ 1, формирующего сигнал, определяющий значение массы m₀. Поэтому на выходе блока умножения 3 формируется сигнал, определяющий значение массы извести m=m₀(k₀/k), который подается на вход блока задания рецепта 4.

Выход блока задания рецепта 4 подается на вход дозаторов компонентов смеси 5, выход которого соединен со смесителем 6, оснащенным датчиком измерения температуры смеси T_CM 7.

Это приводит к тому, что температура смеси при выгрузке следующего замеса приближается к значению температуре смеси требуемой по технологии производства ячеисто-бетонной смеси для правильного формирования массива ячеистого бетона.

Заявленный способ позволяет автоматически оперативно уточнять значение массы извести в рецептуре при производстве ячеисто-бетонной смеси.

С применением заявленного способа повышается качество производства ячеисто-бетонных изделий за счет стабилизации температурного режима при гашении извести и сокращается время корректировки масс компонентов смеси.

Источники информации

1. Пат. 2237040 Российская Федерация, МПК 7 С04В0 38/02. Способ оперативного назначения рецептуры ячеисто-бетонной смеси/ Жернаков Н.И. Мясников; заявитель и патентообладатель ОАО «Коттедж». - №2002110345/03.

2. Патент 2474493 Российская Федерация, МПК В28С 5/00. Способ производства ячеисто-бетонной смеси [текст]/ Галицков С.Я., Галицков К.С., Стороженко Г.С., Шломов С.В.; заявитель ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» / Заявка 2011130017 приоритет 19.07.2011; опубл. 10.02.2013, Бюл. №4.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности может быть использовано при производстве ячеистых бетонов. Технический результат - оперативная корректировка масс компонентов ячеисто-бетонной смеси для следующего замеса при изменении энтальпии извести. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что по анализу динамики температуры смеси от момента загрузки извести до выгрузки смеси из смесителя вычисляется новое значение массы дозируемой извести для следующего замеса. 2 ил.

Способ производства ячеисто-бетонной смеси, включающий в себя подготовку и перемешивание в смесителе портландцемента, извести массой m₀ с известным значением энтальпии k₀, гипса, воды, кремнеземистого компонента обратного шлама, алюминиевой пудры, измерение температуры смеси в смесителе в процессе перемешивания, выгрузку смеси из смесителя в форму с последующей ее выдержкой, отличающийся тем, что дополнительно экспериментально определяют начало момента загрузки извести t=0, определяют температуру смеси в момент загрузки извести Т_СМ.НАЧ(t=0), вычисляют изменение температуры Т_ИЗ(t)=Т_СМ(t)-Т_СМ.НАЧ(t=0), ее первую и вторую производную по времени dT_ИЗ/dt и d²T_ИЗ/dt², сравнивают значение d²T_ИЗ/dt² с нулем, определяют момент времени t₀=t, когда вторая производная равна нулю, фиксируют значение Т_ИЗ(t₀), dТ_ИЗ/dt|_t0 в момент времени t=t₀, определяют величину Т₃ по выражению: Т₃=Т_ИЗ(t₀)/dT_ИЗ/dt|_t0, вычисляют значения постоянных времени T₁ и T₂ из решения системы уравнений:
$$\{\begin{array}{c}{T}_3=\frac{T_2-T_1+T_1{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-T_2{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}}{e^{-\frac{t_0}{T_2}}-e^{-\frac{t_0}{T_1}}},\\ t_0=\frac{T_1{T}_2}{T_1-T_2}\ln \frac{T_1}{T_2};\end{array}$$
определяют значение величины энтальпии извести по выражению:
$$k=\frac{T_{ИЗ}\left(t_0\right)}{m_{ИЗ}}\left(1+\frac{T_1}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_1}}-\frac{T_2}{T_2-T_1}{e}^{-\frac{t_0}{T_2}}\right)$$ ,
вычисляют новое значение массы дозируемой извести m для следующего замеса по выражению: m=m₀(k₀/k) значение m вводят в рецептуру следующего замеса.